sexta-feira, 22 de janeiro de 2016

Manutenção Industrial - Aula 02 - Motor de Indução Trifásico

Os Motores de Indução Trifásicos são compostos basicamente de duas partes: um estator e um rotor. O estator constitui a parte estática de um motor e o rotor sua parte móvel.
O estator é composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente para reduzir ao mínimo as perdas por correntes parasitas e histerese. Estas chapas têm o formato de um anel com ranhuras internas (vista frontal) de tal maneira que possam ser alojados enrolamentos que deverão criar um campo magnético no estator.
O rotor, composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente como o estator, tem também o formato de um anel (vista frontal), com os enrolamentos alojados longitudinalmente.
O motor de indução é o motor de construção mais simples. O estator e rotor são montados solidários, com um eixo comum aos “anéis” que os compõem. A aplicação de uma tensão nos enrolamentos do estator irá fazer com que apareça uma tensão nos enrolamentos do rotor. Assim o estator pode ser considerado como o primário de um transformador e o rotor como seu secundário. O espaço entre o estator e o rotor é denominado entreferro. Os enrolamentos, ou bobinas, são em número de três. Estas bobinas, alojadas nas ranhuras do estator, podem ser ligadas em estrela ou triângulo. No rotor os enrolamentos, enrolados longitudinalmente a seu eixo, podem ser realizados de duas maneiras, o que dá origem a dois tipos de rotor: Rotor Gaiola de Esquilo e Rotor Bobinado.
O funcionamento de um motor de indução trifásico baseia-se no princípio do acoplamento eletromagnético entre o estator e o rotor, pois há uma interação eletromagnética entre o campo girante do estator e as correntes induzidas nas barras do rotor, quando estas são cortadas pelo campo girante.
O campo girante é criado devido aos enrolamentos de cada fase estarem espaçados entre si de 120º. Sendo que ao alimentar os enrolamentos com um sistema trifásico, as correntes I1, I2 e I3 originarão seus respectivos campos magnéticos H1, H2 e H3, também, espaçados entre si 120°.
Além disso, como os campos são proporcionais às respectivas correntes, serão defasados no tempo, também de 120° entre si. A soma vetorial dos três campos H1, H2 e H3, será igual ao campo total H resultante.
A composição do campo gerado pela corrente induzida no rotor com o campo girante do estator resulta em uma força de origem magnética que gera um conjugado no eixo do motor, tendendo a fazer o rotor girar no sentido do campo girante. Se o conjugado é suficiente para vencer o conjugado resistente aplicado sobre o eixo, o rotor começa a girar. A energia elétrica fornecida ao estator pela rede é transformada em energia mecânica através do eixo do motor.

Veja resumo de tipos de falhas em motores trifásicos no link: <<  16_02_002 WEG Falhas em Motores trifásicos.pdf >>.

© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/02/2015

quinta-feira, 21 de janeiro de 2016

Manutenção Industrial - Aula 01 - Motores de Indução Monofásicos

Construtivamente, os motores monofásicos são semelhantes aos trifásicos, com a diferença de possuírem um único enrolamento de fase. Sua grande vantagem é a de poderem ser ligados à tensão de fase das redes elétricas, normalmente disponíveis em residências e pequenas propriedades rurais - ao contrário do que sucede com as redes trifásicas. Em contrapartida, possuem o inconveniente de serem incapazes de partir sem a ajuda de um circuito auxiliar, o que não ocorre com os motores trifásicos.
Em uma comparação com motores trifásicos, os monofásicos apresentam muitas desvantagens: apresentam maiores volume e peso para potências e velocidades iguais (em média 4 vezes); seu custo é mais elevado que os de motores trifásicos de mesma potência e velocidade; necessitam de manutenção mais apurada devido ao circuito de partida e seus acessórios; apresentam rendimento e fator de potência menores para a mesma potência; apresentam maior consumo de energia; possuem menor conjugado de partida e são difíceis de encontrar no comércio para potências mais elevadas (acima de 10 cv).
Motores monofásicos não podem partir sozinhos porque não conseguem formar o campo girante, como fazem os motores trifásicos. O campo pulsante sempre tem a mesma direção e não permitindo a indução de correntes significativas nos enrolamentos rotóricos.
Porém, se de alguma forma se puder conseguir um segundo campo com defasagem de 90° em relação à alimentação, se terá um sistema bifásico, com a conseqüente formação de um campo girante capaz de promover a partida, como mostra a figura ao lado. Existem várias maneiras de proporcionar esta defasagem. Cada uma delas corresponde a um determinado tipo de motor monofásico, como se verá na próximas seções.
É importante salientar que após atingir certa velocidade (entre 65 - 80% de sua velocidade síncrona), o motor pode continuar trabalhando com uma só fase. Isto quer dizer que, após acelerado, o circuito auxiliar de partida pode ser "desligado" sem que o motor pare.

Veja resumo de tipos de falhas em motores monofásicos no link: <<  16_02_001 WEG Falhas em Motores Monofásicos.pdf >>.

© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/02/2015

segunda-feira, 5 de outubro de 2015

Instalação Industrial - Aula 06 - Trabalho, Potência Elétrica, Mecânica e Rendimento de Motores

Figura 01 - Conceito de Horse Power
Está abaixo as principais fórmulas que abrangem a rede trifásica e motores AC, independentemente de o motor ser síncrono ou assíncrono. Em um motor trifásico projetado corretamente , a tensão e a corrente será igual entre as fases . Isso significa Vf1 = Vf2 = VF3 ; If1 = IF2 = IF3. O mesmo fenômeno ocorre quando falamos de tensões de linha e correntes . VL1 = VL2 = VL3 ; IL1 = IL2 = IL3 . A relação entre as tensões de linha e tensões de fase , dependem inteiramente do sistema de conexão que encontramos instalado, ou estrela ou triangulo.
A potência mecânica é definida como sendo a força aplicada sobre um corpo, para deslocá-lo uma certa distância em um determinado intervalo de tempo. 
James Watt foi um engenheiro que celebrizou-se por seu trabalho a respeito e foi o criador dos termos watts e hp (Horse Power).
Figura 02 - Potência Mecânica
Em avaliações que ele realizou junto aos cavalos que retiravam carvão das minas, Watt concluiu que em média, cada cavalos era capaz de içar dos fundos das minas, cerca de 330 libras (149.7 kg) de carvão, por uma distância de 100 pés (30.48 metros) em um intervalo de 1 minuto (60 Segundos), ou seja, 33000 lb.ft/min (746,7 W). Tal potência ficou conhecida e é utilizada até hoje, como sendo o equivalente a 1 hp.
O Trabalho e Potência Mecânica de um motor é definido pela força do motor. A Força é o produto da massa pela aceleração, peso é uma força que age sobre a massa pela aceleração da gravidade (g = 9,81 m/s2), sua unidade é N ou Kgf. 
Figura 03 - Potência Mecânica em
movimentos circulares
Define-se como trabalho mecânico o produto da força aplicada a um determinado corpo pelo deslocamento do mesmo, sua unidade é o [Nm] ou [J]. O trabalho necessário para elevar um corpo de 150 kgf a uma altura de 30 m é: 4500 Kgf.m
A potência mecânica é o trabalho mecânico realizado na unidade de tempo (1 j/s = 1 watts). A potência mecânica necessária para elevar um corpo de 150 kgf a uma altura de 30 m em 60 segundos é: 75 Kgf.m/s. Como a força (da gravidade) que se opõe ao  movimento é de 9,81 m/s2, temos 75 x 9,81 = 736 Watts = 1 cv.
Para movimentos circulares, a distância é substituída pela velocidade periférica, isto é, pelo caminho percorrido em metros na periferia da peça girante em um segundo.
Onde: v = Velocidade angular em m/s, d = Diâmetro da peça em metros e n = Velocidade em rpm.
Figura 04 - Potência Elétrica
A potência elétrica (P) é calculada pela fórmula ao lado que representa o consumo de energia. Onde: U = tensão da rede em volts; I = intensidade da corrente em amperes e cos* é o fator de potência.
Potência ativa é a parte da potência aparente que é realmente transformada em energia. É obtida do produto entre a potência aparente e o fator de potência. Se a carga for puramente resistiva o cos ϕ = 1, a potência ativa e a potência aparente terão o mesmo valor.
Figura 05 - η (Rendimento)
O Fator de potência é indicado usualmente pela expressão  e representa o ângulo de defasagem da tensão em relação à corrente, além de representar a relação entre a potência real P (ativa, efetivamente transformada em trabalho) e a potência aparente S. 
A potência aparente é a soma vetorial da potência ativa e da potência reativa Q, potência esta que não realiza trabalho e é transferida e armazenada nos elementos passivos (capacitores e indutores) do circuito.
O rendimento, também conhecido pelo símbolo η, representa a relação entre a potência real ou útil Pu (efetivamente transferida para a ponta do eixo) e a potência total absorvida da rede Pa, ambas são potências ativas. O rendimento é calculado pela fórmula abaixo. Onde: Pu = Potência mecânica e Pa = Potência elétrica. 
A rotação do motor é calculada pela fórmula ao lado que representa o as rotações por minuto do rotor. Onde: n = velocidade nominal do eixo do motor assíncrono; F. frequência da rede;   P. pares de pólos do motor e S o escorregamento do rotor.
É importante dimensionar os motores para uma condição de funcionamento entre 75% e 100% do valor nominal, onde estes apresentam valores de rendimento mais elevados, o que proporciona uma redução nos gastos com energia elétrica.
© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/02/2015

domingo, 27 de setembro de 2015

Instalação Industrial - Aula 05 - Equipamentos á Motor de Indução


Os equipamentos á motor constituem cargas em que a corrente elétrica durante a partida é bastante superior á de funcionamento normal. A potência elétrica em funcionamento é determinada pela potência mecânica no eixo.
Estas características podem resultar em sobrecarga á instalação se não houver proteção adequada. Os circuitos que alimentam equipamentos á motor devem possuir proteção contra correntes de sobrecargas que suportem a corrente de partida do motor. 
As quedas de tensão entre a origem (QD) e os terminais dos motores não devem ultrapassar 4% nos circuitos alimentados por rede pública em baixa tensão e 7% nas redes com alimentadas com transformador próprio durante o funcionamento normal do motor. Durante a partida a queda máxima admitida é de 10%.
Os motores elétricos são máquinas que recebem energia elétrica da rede e fornecem energia mecânica através da movimentação de seu eixo. 
Quando um motor é energizado, este exige uma corrente (corrente de partida) extremamente elevada, podendo atingir valores de 6 a 10 vezes o valor nominal especificado. 
Se o motor é energizado em vazio (sem carga) ele adquire rapidamente sua velocidade nominal e a diminuição da corrente de partida será rápida também. Porém, se o motor partir “em carga” a situação é mais complicada, pois as correntes serão maiores e as solicitações elétricas dos dispositivos de acionamento também serão elevadas.
Os componentes utilizados no circuito á motor devem possuir as funções de seccionamento, proteção contra correntes de curto-circuito e sobrecarga além de comando funcional.
A potência elétrica do motor em CV é essencial para a seleção do dispositivo de partida, ela indica a "força" disponível para executar o trabalho (girar o eixo do motor, elevar um peso, etc). A categoria de emprego determina exatamente para que finalidade pode ser aplicado um equipamento em função da corrente e tensão nominal. Cargas indutivas tais como motores de anéis sem reversão, sem frenagem por contra-corrente ou com partida em estrela-triângulo se enquadram na categoria AC2. Já cargas fortemente indutivas,tais como partida direta de motores de gaiola em onde ocorre desligamento com carga se enquadram na categoria AC3. E finalmente cargas fortemente indutivas constituídas por motores de gaiola com frenagem por contra-corrente e reversão na categoria AC4.
Para estas situações a utilização de componentes elétricos com o correto dimensionamento e instalação é fundamental para um desempenho satisfatório e não sobrecarregar a rede e os componentes elétricos. A capacidade elétrica dos componentes utilizados deve ser maior ou no mínimo igual à potência do motor e/ou equipamento a ser comandado. É recomendável que os dispositivos operem a 75% da potência nominal especificada pelo fabricante.
Os componentes a serem utilizados na partida direta segundo recomendação Siemens está disponível no link a seguir: 10_06_002 Partida Direta Siemens .
Os componentes a serem utilizados na partida com reversão segundo recomendação Siemens está disponível no link a seguir: 10_06_003 Partida direta com reversão Siemens.pdf.
Os componentes a serem utilizados na partida estrela triangulo segundo recomendação Siemens está disponível no link a seguir: 10_06_004 Partida estrela triângulo Siemens.pdf.
Os componentes a serem na partida compensadora utilizados segundo recomendação Siemens está disponível no link a seguir; 10_06_006 Partida com auto transformador Siemens.pdf.
© Direitos de autor. 2014: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 20/09/2014

quinta-feira, 17 de setembro de 2015

Instalação Industrial - Aula 04 - Características dos motores de indução

Os motores de indução trifásicos do tipo gaiola de esquilo são os mais comuns na indústria. Este nome é dado devido ao formato do seu rotor. Algumas características são interessantes ao estudo dos comandos elétricos. Basicamente os motores do tipo gaiola são compostos por dois subconjuntos: Estator: com enrolamento montado na carcaça do motor, fornecendo o campo girante e Rotor: enrolamento constituído por barras curto-circuitadas, a sua corrente é induzida pela ação do campo girante, provocando uma rotação do rotor e o fornecimento de energia mecânica ao eixo do motor.
Quando o motor é energizado, ele funciona como um transformador com o secundário em curto-circuito, portanto exige da rede elétrica uma corrente muito maior que a nominal, podendo atingir cerca de 7 vezes o valor da mesma.
As altas correntes de partida causam inconvenientes pois exigem um dimensionamento de cabos com diâmetros bem maiores do que o necessário. Além disso podem haver quedas momentâneas do fator de potência , que é monitorado pela concessionária de energia elétrica, causando multas a indústria.
Para evitar estas altas correntes na partida, existem algumas estratégias em comandos. Uma delas é alimentar o motor com 50% ou 65% da tensão nominal, é o caso da partida estrela-triângulo, que será vista neste curso. Outras estratégias são: Resistores ou indutores em série; Transformadores ou autotransformadores; Chaves série-paralelo e Chaves compensadoras, etc.
Os motores de indução podem ser comprados com 6 pontas e 12 pontas. No caso do motor de 6 pontas existem dois tipos de ligação: Triângulo: a tensão nominal é de 220 V e Estrela: a tensão nominal é de 380 V.
No caso do motor de 12 pontas, existem quatro tipos possíveis de ligação: Triângulo em paralelo: a tensão nominal é 220 V; Estrela em paralelo: a tensão nominal é 380 V; Triângulo em série: a tensão nominal é 440 V e Estrela em série: a tensão nominal é 760 V.
Nota-se que nas figuras são mostradas as quantidades de bobinas constituintes de cada motor. Assim um motor de 6 pontas tem 3 bobinas e um de 12 pontas tem 6 bobinas. Como cada bobina tem 2 pontas, a explicado o nome é explicita.
A união dos contatos segue uma determinada ordem padrão. Existe uma regra prática para fazê-lo: numera-se sempre os terminais de fora com 1, 2 e 3 e liga-se os terminais faltantes. No caso do motor de 12 pontas deve-se ainda associar o série paralelo com as bobinas correspondentes, como por exemplo. Deixa-se a cargo do aluno, a título de exercício a identificação dos terminais na ligação estrela em série.
Uma última característica importante do motor de indução a ser citada é a sua placa de identificação, que traz informações importantes, listadas a seguir:
• CV: Potência mecânica do motor em cv;
• Ip/In: Relação entre as correntes de partida e nominal;
• Hz: Freqüência da tensão de operação do motor;
• RPM: Velocidade do motor na freqüência nominal de operação;
• V: Tensão de alimentação;
• A: Corrente requerida pelo motor em condições nominais de operação;
• F.S.: Fator de serviço, quando o fator de serviço é igual a 1,0, isto implica que o motor pode disponibilizar 100% de sua potência mecânica.
As dimensões e características de motores elétricos podem ser consultadas no catálogo disponível no link a seguir: 14_09_024 Manual de Motores.
© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/09/2015.

terça-feira, 15 de setembro de 2015

Instalação Industrial - Aula 03 - Tipos de Motores Elétricos

O motor elétrico é a máquina mais simples para se obter energia mecânica através da transformação de energia elétrica. Sendo que o motor de indução é o mais usado entre todos os tipos de motores, pois concilia robustez, grande versatilidade de aplicação, baixo custo, melhores rendimentos e não é poluente, aliados ao fato de se utilizar energia elétrica como fonte de alimentação (energia de fácil disponibilidade e baixo custo). Os tipos mais comuns de motores elétricos são: 
Motores de corrente contínua: São motores que precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada em contínua. Sua velocidade pode ser ajustada de acordo com a tensão aplicada. Tem sua utilização principal nas aplicações que requeiram elevado conjugado de partida (como tração elétrica) e controle de velocidade sobre grandes faixas, principalmente em potências elevadas. Devido a necessidade de uma fonte de corrente contínua, e forma construtiva tem o seu custo elevado.
Motor universal: é um tipo de motor de funciona tanto em corrente contínua quanto em corrente alternada. O motor universal é um motor CC com excitação série, ou seja, um motor CC cujos enrolamentos de campo e de armadura estão conectados em série, podendo, portanto ser alimentado por uma única fonte, que pode ser contínua ou alternada monofásica.
Motores de corrente alternada: São motores que sua alimentação é feita através de uma fonte de corrente alternada. Podem ser classificados em assíncronos (indução) e síncronos. As máquinas síncronas possuem velocidade fixa e têm sua aplicação bastante limitada, devido ao alto custo. Já os motores de indução são utilizados na grande maioria das aplicações que necessitam de motores elétricos.
Veja resumo de tipos de motores no link: <<  15_01_001 Motores Voges Manual.pdf >>.
© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/02/2015


domingo, 13 de setembro de 2015

Revisão 13 - Dispositivos de Sinalização

Dispositivos de Sinalização são componentes utilizados para indicar o estado em que se encontra um painel de comando ou processo automatizado. As informações mais comuns fornecidas através destes dispositivos são: ligado, desligado, falha e emergência.
Os Dispositivos de Sinalização podem ser do tipo Visual ou Sonoro. Os indicadores visuais fornecem sinais luminosos indicativos de estado, emergência e falha. São os mais utilizados devido à simplicidade, eficiência (na indicação) e baixo custo. São fornecidos por lâmpadas ou LEDs.
As cores indicadas são:  Vermelho  fixo - Máquina operando energizada - Perigo. São reservadas para indicações  o estado de alimentação elétrica geral ou equipamento ligado.
A cor  Verde  - Máquina pronta para Operar - desligada. É a cor usada para caracterizar “segurança” e é utilizada para indicar máquinas em estado seguro, ou desligada.
Vermelho Piscante ou Alaranjada  - é a cor empregada para indicar “falha”. São reservadas para indicações  estado crítico ou falha.
A cor Amarela indica situação importante, porém sem perigo, bem como alarme de nível baixo, ou máquina aguardando.
Branco - Máquina em movimento.
A cor Azul  - Comando remoto ou preparação de Máquina.
Os símbolos elétricos e cores utilizadas em um indicador luminoso estão representadas ao lado.
Os indicadores acústicos fornecem sinais audíveis indicativos de estado, falha e emergência. São as sirenes e buzinas elétricas. Utilizados em locais de difícil visualização (para indicadores luminosos) e quando se deseja atingir um grande número de pessoas em diferentes locais.
Outras cores são definidas pelo projetista, ou conforme a padronização que cada empresa adota para indicações.
Folha de dados de sinalizadores disponível  no link: 14_08_005 Sinalizadores L20_TPN .