Apostila de Eletricidade Industrial

Apostila de Eletricidade Industrial

(Parte 2 de 4)

Figura 13 – Comportamento da corrente nas ligações estrela e triângulo

3.2.1 Corrente nominal (In)

A corrente nominal é lida na placa de identificação do motor, ou seja, aquela que o motor absorve da rede quando funcionando à potência nominal, sob tensão e freqüência nominais.

Quando houver mais de um valor na placa de identificação, cada um refere-se a tensão ou a velocidade diferente.

3.2.2 Corrente de partida (Ip/In)

Os motores elétricos solicitam da rede de alimentação, durante a partida, uma corrente de valor elevado, da ordem de 6 a 10 vezes a corrente nominal. Este valor depende das características construtivas do motor e não da carga acionada. A carga influencia apenas no tempo durante o qual a corrente de acionamento circula no motor e na rede de alimentação (tempo de aceleração do motor).

A corrente é representada na placa de identificação pela sigla Ip/In (corrente de partida / corrente nominal).

Atenção: Não se deve confundir com a sigla IP, que significa grau de proteção.

Exemplo:

motor trifásico 5cv 380/660 – 8,7/5,0 A

A corrente na bobina sempre Será igual ao contrário da rede que terá valores diferentes

5 ATR S

8,7 A 5A 5A

380 V660 V

3.3 ROTAÇÃO DO MOTOR TRIFÁSICO

3.3.1 Invertendo a rotação

Em qualquer motor trifásico, a inversão do sentido de rotação é feita trocando-se na “alimentação” duas fases quaisquer entre si (uma permanece inalterada), diferentemente dos motores monofásicos de fase auxiliar, onde é trocada a ligação do motor (5 por 6).

3.3.2 Determinando a rotação (rpm)

A rotação de um motor elétrico trifásico (rotor tipo gaiola) é determinada pelo número de pólos do motor e pela freqüência da rede elétrica. A tensão elétrica não influencia na rotação (a menos que se aplique tensão muito inferior à nominal, o que refletirá na potência e no torque do motor, neste caso podendo até queimá-lo).

Atenção: A quantidade de pólos de um motor é por fase.

3.3.3 Velocidade síncrona (ns)

É a velocidade do campo magnético girante formado internamente no motor. Através dela pode-se saber o valor da rotação do motor.

A equação que determina a rpm (rotações por minuto) é:

ns =2 · 60 · fp

f= freqüência da rede em Hz

Onde:ns = velocidade síncrona em rpm p = número de pólos.

Exemplo: Em um motor de 2 pólos em rede de 60 Hz a rotação será de 3600 rpm.

3.3.4 Velocidade assíncrona (n)

Um pouco inferior à velocidade síncrona, a velocidade assíncrona é a rotação medida no eixo do motor. Em síntese, é a verdadeira rotação do motor, descontadose as perdas; daí o nome de motor assíncrono (em português assíncrono significa fora de sincronismo, no caso entre a velocidade do campo magnético e a do eixo do motor). O valor lido na placa dos motores, portanto valor nominal, é o valor da velocidade assíncrona.

É a diferença entre a velocidade do campo magnético (velocidade síncrona) e a rotação do motor, sendo também chamado de deslizamento.

O escorregamento de um motor normalmente varia em função da carga: quando a carga for zero (motor em vazio) o escorregamento será praticamente nulo; quando for a nominal, o escorregamento também será o nominal.

O escorregamento pode ser dado em rpm ou em %. Exemplo: motor de quatro pólos – 60 Hz - 1746 rpm. O escorregamento é de 54 rpm ou 3% (ns = 1800 rpm).

Na placa de identificação geralmente é informada a rpm nominal (a plena carga) e não o escorregamento do motor, havendo necessidade de calculá-lo caso interesse.

3.4 TORQUE

Torque é a medida do esforço necessário para se girar um eixo. Freqüentemente é confundido com “força”, que é um dos componentes do torque. É o produto da distância e da força, também conhecido por conjugado, momento, par e binário.

T = F x dOnde:T = Torque em mkgf

F = Força em kgf d = distância em m

Quando se coloca uma carga a ser movimentada por um motor, a força que ele pode fazer estará ligada diretamente ao comprimento da alavanca a partir do centro do eixo. Logo, não se pode determinar um valor fixo para a força de um motor.

Quando se especifica a força relacionando-a com o comprimento da alavanca, ou seja, determina o torque deste motor, é possível saber qual a carga máxima que este poderá acionar para cada alavanca construída.

Figura 14 – Torque

O mesmo motor pode erguer cargas muito diferentes dependendo da alavanca do sistema. Porém, deve-se observar que o torque do motor não seja ultrapassado.

M 25 kgf

0,1 m

T = F x d T = 25 x 0,1

T = 2,5 mkgfM 50 kgf

T = F x d T = 50 x 0,05 T = 2,5 mkgf

3.5 POTÊNCIA MECÂNICA

A potência mede a rapidez com que a energia é aplicada ou consumida. Para levantar uma carga de 45 kgf a uma altura de 100 m, a energia necessária será de:

E =45 kgf x 100 m =4500 kgfm

Quando se usa um motor elétrico capaz de erguer esta carga em 30 segundos, a potência necessária será de:

P =4500 kgfm / 30 s =150 kgfm/s

A unidade mais usual para potência é o cv (cavalo-vapor), equivalente a 75 kgfm/s. Assim, a potência do motor acima será:

P = 150

75 = 2 cv

Observação: A unidade de medida de energia mecânica, kgfm, é a mesma usada para conjugado, mas trata-se de grandezas de diferente natureza que não devem ser confundidas, pelo que se costuma representá-las invertidas: conjugado: mkgf e energia mecânica: kgfm.

3.6 POTÊNCIA ELÉTRICA

A potência elétrica absorvida por uma carga monofásica resistiva é calculada multiplicando-se a tensão pela corrente (P = U x I).

Em um sistema trifásico, a potência em cada fase será dada da mesma forma (Pf = Uf x If), como se tivesse um sistema monofásico independente. A potência total será a soma das três fases (P = 3Pf = 3 x Uf x If), tanto no circuito estrela como no triângulo.

O mais comum quando se fala de circuitos trifásicos é usar os valores de linha, e não os de fase como feito anteriormente. Sabendo, então, que em um circuito triângulo Uf = Ul e Il = If x 3, em um circuito estrela a Il = If e Ul = Uf x 3 e que 3 x 3 = 3, tem-se em qualquer caso:

P = Uf x If x 3 →P = Uf x 3 x If x 3→P = Ul x Il x 3→P =U x I x 3

Esta expressão é válida para circuitos formados por resistências. Em circuitos reativos, como nos motores (reatância indutiva - Xl), onde existe defasagem, esta deve ser levada em conta, ficando a expressão assim:

P = U x I x 3 x cosϕOnde:P = potência em Watts (W)

U = tensão de linha em Volts (V) I = corrente de linha em Ampères (A) Cosϕ = coseno do ângulo de defasagem entre U e I

Para expressar a potência elétrica em cv (cavalo-vapor) ou HP (Horse-Power), a relação é: 1 cv ≅ 736 W; 1 HP ≅ 746 W.

Observações:– esta expressão é para cargas trifásicas equilibradas; – cosϕ é o F.P. (fator de potência);

– na placa dos motores está impressa a potência mecânica (no eixo).

3.7 RENDIMENTO (ηηηη)

A energia elétrica absorvida da rede por um motor elétrico é transformada em energia mecânica disponível no eixo. A potência ativa fornecida pela rede não será cedida na totalidade como sendo potência mecânica no eixo do motor.

A potência cedida sofre uma diminuição relativa as perdas que ocorrem no motor. O rendimento define a eficiência desta transformação sendo expresso por um número (<1) ou em percentagem.

η = Pfornecida (mecânica)

Psolicitada (elétrica)

A potência recebida (rede) é calculada por:P = U x I x 3 x cosϕ

A potência fornecida (disponível no eixo) é calculada por: P = U x I x 3 x cosϕ x η

Exemplo 1: Qual é a potência fornecida por um motor trifásico, com rendimento de 90%, que recebe uma potência de 15,5 kW? P = 15,5 kW x 0,90 P = 13,95 kW

Exemplo 2: Qual é o rendimento de um motor trifásico em plena carga que tem os seguintes dados de placa: P = 5,4 kW; U = 380 V; I = 9,5 A; F.P = 0,92? P = U x I x 3 x cosϕ x η 5,4 kW = 380 V x 9,5 A x 3 x 0,92 x η η ≅ 0,94 ou 94%

3.8 FATOR DE SERVIÇO

Fator de serviço é um multiplicador que, quando aplicado à potência nominal do motor elétrico, indica a carga que pode ser acionada continuamente sob tensão e freqüência nominais e com limite de elevação de temperatura do enrolamento.

Os valores de rendimento (η), fator de potência (FP) e velocidade podem diferir dos valores nominais, mas o conjugado, a corrente de rotor bloqueado e o conjugado máximo (Cmáx) permanecem inalterados.

A utilização do fator de serviço implica uma vida útil inferior àquela do motor com carga nominal. O fator de serviço não deve ser confundido com a capacidade de sobrecarga momentânea que o motor pode suportar. Para este caso, o valor é geralmente de até 60% da carga nominal durante 15 segundos.

Exemplo 1: motor 5 cv e FS 1,10 Carga máxima admissível no eixo = 5 cv x 1,10 = 5,5 cv

Exemplo 2: motor In 8,7A e FS 1,15 Corrente máxima admissível = 8,7 A x 1,15 = 10,005 A

Exemplo 3: motor com In 12,4A e FS 1,0 Corrente máxima admissível = 12,4 A x 1,0 = 12,4 A

3.9 REGIME DE SERVIÇO

Cada tipo de máquina exige uma condição de carga diferente do motor. Um ventilador ou uma bomba centrífuga, por exemplo, solicita carga contínua, enquanto uma prensa puncionadora, um guindaste ou uma ponte rolante solicita carga alternada (intermitente).

O regime de serviço define a regularidade da carga a que o motor é submetido. A escolha do tipo do motor deve ser feita pelo fabricante da máquina a ser acionada, comprando o motor mais adequado a seu caso. Quando os regimes padrões não se enquadram exatamente com o perfil da máquina, deve escolher um motor para condições no mínimo mais exigentes que a necessária.

Os regimes padronizados estão definidos a seguir: - regime contínuo (S1)

- regime de tempo limitado (S2)

- regime intermitente periódico (S3)

- regime intermitente periódico com partidas (S4) - regime intermitente periódico com frenagem elétrica (S5);

- regime de funcionamento contínuo com carga intermitente (S6)

- regime de funcionamento contínuo com frenagem elétrica (S7);

- regime de funcionamento contínuo com mudança periódica na relação carga/velocidade de rotação (S8); - regimes especiais.

Nas placas dos motores consta seu tipo de regime (Sx). Alguns regimes são acompanhados de dados suplementares (Exemplo: S2 60 minutos).

3.10 CLASSE DE ISOLAMENTO

É a determinação da temperatura máxima de trabalho que o motor pode suportar continuamente sem ter prejuízos em sua vida útil.

A classe de cada motor é em função de suas características construtivas. As classes de isolamento padronizadas para máquinas elétricas são:

CLASSE A - 105°C; CLASSE E - 120°C; CLASSE B - 130°C; CLASSE F - 155°C; CLASSE H - 180°C.

3.1 GRAU DE PROTEÇÃO (IP)

É a indicação das características física dos equipamentos elétricos, referenciando-se a permissão da entrada de corpos estranhos para seu interior. É definido pelas letras IP seguidas por dois algarismos que representam:

1º algarismo: indica o grau de proteção contra a penetração de corpos sólidos estranhos e contato acidental

0 - sem proteção 1 - corpos estranhos de dimensões acima de 50 m 2 - corpos estranhos de dimensões acima de 12 m 4 - corpos estranhos de dimensões acima de 1 m 5 - proteção contra acúmulo de poeiras prejudicial ao equipamento 6 - proteção total contra a poeira

2º algarismo: indica o grau de proteção contra a penetração de água no interior do equipamento:

0 - sem proteção 1 - pingos de água na vertical

2 - pingos de água até a inclinação de 15º com a vertical 3 - água de chuva até a inclinação de 60º com a vertical

4 - respingos de todas as direções 5 - jatos de água de todas as direções 6 - água de vagalhões 7 - imersão temporária 8 - imersão permanente

Exemplo: grau de proteção IP54: proteção completa contra toques, acúmulo de poeiras nocivas e respingos de todas as direções.

3.12 CATEGORIA

Um motor elétrico não apresenta o mesmo conjugado para diferentes rotações. À medida que vai acelerando, o valor do conjugado altera, adquirindo valores que vão depender das características de construção do motor (normalmente do formato do rotor). A variação do conjugado não é linear e não existe relação de proporcionalidade com a rotação.

Existem três categorias de conjugados definidos por norma que determinam a relação do conjugado com a velocidade e a corrente de partida dos motores trifásicos, sendo cada uma adequada a um tipo de carga.

Categoria N – conjugado de partida normal, corrente de partida normal, baixo escorregamento. A maior parte dos motores encontrados no mercado pertencem a esta categoria, e são indicados para o acionamento de cargas normais como bombas e máquinas operatrizes.

Categoria H – conjugado de partida alto, corrente de partida normal, baixo escorregamento.

Empregado em máquinas que exigem maior conjugado na partida como peneiras, transportadores carregadores, cargas de alta inércia e outros.

Categoria D – conjugado de partida alto, corrente de partida normal, alto escorregamento (superior a 5%). Usado em prensas concêntricas e máquinas semelhantes, onde a carga apresenta picos periódicos, em elevadores e cargas que necessitem de conjugados de partida muito altos e corrente de partida limitada.

Fonte: WEG. Manual de motores elétricos Figura 15 – Conjugado

3.13 TOLERÂNCIAS

Um motor elétrico não deve ter o rendimento alterado de maneira considerável quando funcionando com tensões 10% acima ou abaixo do valor nominal, desde que tenha a freqüência no valor nominal. Se a freqüência variar ao mesmo tempo da tensão, o somatório das duas variações não deve ultrapassar o limite de 10%.

Para a freqüência o valor limite é de 5%, tanto superior como inferior. Esses valores são determinados por normas específicas.

Um motor elétrico trifásico pode ser ligado em freqüências diferentes, desde que se observem as variações das características que ocorrerão. Aliás, isto é feito com muita intensidade em máquinas que necessitam controle de velocidade.

Exemplo: Ligando-se um motor para 50 Hz em 60 Hz:

– a potência é a mesma; – a corrente nominal é a mesma;

– a corrente de partida diminui em 17%;

– o conjugado de partida diminui em 17%;

– o conjugado máximo diminui em 17%;

– a velocidade nominal aumenta em 20%.

1020 30 40 50 60 70 80 90 100

Categoria D

Categoria H Categoria N

Velocidade (%)

C o n j ug ad o e m pe en tag e m do con j u g ad o de plena ca rga

Tabela 1 – Efeitos provocados pela variação de tensão no motor

Efeito aproximado da variação da tensão

Desempenho do motortensão 20% acima da nominal tensão 10% acima da nominal tensão 20% abaixo da nominal

Conjugado de partida e conjugado máximoaumenta 4%aumenta 21%diminui 19%

Corrente de partidaaumenta 25%aumenta 10 a 12%diminui 10 a 12%

Corrente de plena cargadiminui 1%diminui 7%aumenta 1% Escorregamentodiminui 30%diminui 17%aumenta 23% Rotaçãoaumenta 1,5%aumenta 1%diminui 1,5% Rendimentopequeno aumentoaumenta 1%diminui 2% Fator de potênciadiminui 5 a 15%diminui 3%aumenta 1% Temperaturadiminui 5°Cdiminui 3°Caumenta 6°C

Ruído magnético sem cargaaumento perceptível ligeiro aumento ligeira diminuição

Fonte: WEG. Manual de motores elétricos.

3.14 ESQUEMAS DE LIGAÇÃO DE MOTORES ELÉTRICOS

12 3
64 5
78 9
RS T
12 3
78 9
RS T
12 3
78 9
45 6
RS T
12 3
78 9

(760 Y)* 10 1 12

45 6
RS T
45 6

*(somente na partida)

12 3
64 5
R ST
12 3
64 5
R ST

motor trifásico 12 terminais

Y ∆ motor trifásico 6 terminais

12 3
RS T
45 6

motor trifásico 9 terminais

78 9
12 3
78 9
45 6
RS T
12 3
RS T
45 6

motor trifásico 9 terminais

78 9∆
78 9
64 5
RS T
71 2 3
45 6
R ST
7 12 3
45 6
R ST

1ª vel.2ª vel.

motor três velocidades com enrolamento Dahlander e comum

89 10 8 9 10
71 2 3
45 6
R ST
89 10

3ª vel.

motor de duas velocidades com enrolamentos separados

12 3
45 6
12 3
45 6
RS TR S T

baixa alta motor de três velocidades com enrolamentos separados

12 3
45 6
78 9
12 3
45 6
78 9
12 3
45 6
78 9
RS TR S TR S T

baixa média alta motor monofásico de fase auxiliar

L1 L1L2 L2 Para inverter a rotação, troca-se 5 por 6.

12 3
45 6
R ST
12 3
45 6
R ST

alta baixa motor Dahlander

4 SISTEMAS DE PARTIDA

(Parte 2 de 4)

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