Acionamento de Motores Elétricos - Herbert Oliveira Guimarães

KLS ACIONAMENTO DE MOTORES ELÉTRICOS Acionamento de Motores Elétricos Herbert Oliveira Guimarães Acionamento de Motores Elétricos Dados Internacionais de Catalogação na Publicação CIP Guimarães Herbert Oliveira ISBN 9788552207054 1 Engenharia 2 Motores elétricos I Guimarães Herbert Oliveira II Título CDD 620 2018 por Editora e Distribuidora Educacional SA Todos os direitos reservados Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio eletrônico ou mecânico incluindo fotocópia gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de informação sem prévia autorização por escrito da Editora e Distribuidora Educacional SA 2018 Editora e Distribuidora Educacional SA Avenida Paris 675 Parque Residencial João Piza CEP 86041100 Londrina PR email editoraeducacionalkrotoncombr Homepage httpwwwkrotoncombr Presidente Rodrigo Galindo VicePresidente Acadêmico de Graduação e de Educação Básica Mário Ghio Júnior Conselho Acadêmico Ana Lucia Jankovic Barduchi Camila Cardoso Rotella Danielly Nunes Andrade Noé Grasiele Aparecida Lourenço Isabel Cristina Chagas Barbin Lidiane Cristina Vivaldini Olo Thatiane Cristina dos Santos de Carvalho Ribeiro Revisão Técnica Hugo Tanzarella Teixeira Renato Billia de Miranda Editorial Camila Cardoso Rotella Diretora Lidiane Cristina Vivaldini Olo Gerente Elmir Carvalho da Silva Coordenador Letícia Bento Pieroni Coordenadora Renata Jéssica Galdino Coordenadora Thamiris Mantovani CRB89491 G963a Acionamento de motores elétricos Herbert Oliveira Guimarães Londrina Editora e Distribuidora Educacional SA 2018 256 p Unidade 1 Princípios básicos de acionamentos Seção 11 Sistemas de acionamentos elétricos Seção 12 Efeito dos sistemas mecânicos nos acionamentos Seção 13 Características dos motores elétricos Unidade 3 Seção 31 Unidade 4 Seção 41 7 9 27 45 Sumário Projeto de acionamentos de motores elétricos 123 Dispositivos de proteção para acionamentos de motores elétricos 125 Dispositivos de comando para acionamentos de motores elétricos 145 Projetos de acionamentos de motores elétricos 164 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 189 Conversores de frequência 191 Dimensionamento e características dos conversores de frequência 212 Aplicação dos conversores de frequência 229 Seção 32 Seção 33 Seção 42 Seção 43 Unidade 2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos Seção 21 Princípio de funcionamento das partidas de acionamentos Seção 22 Aplicação das partidas de acionamentos Seção 23 Aplicação de chaves de partidas 65 67 88 106 Prezado aluno você já observou à sua volta a infinidade de máquinas e processos que utilizam os motores elétricos como propulsores de movimento Por exemplo há motores aplicados em esteiras para deslocamento de material outros como parte rotacional de efetuadores instalados nas máquinas movimentação orbital de braços mecatrônicos ou na atualidade sendo aplicados e aprimorados para movimentação dos carros elétricos Poderíamos criar uma lista com centenas de aplicações que se utilizam de motores elétricos Ao invés disso que tal explorarmos as competências e os recursos necessários para que você saiba analisar e desenvolver os acionamentos para esses motores elétricos Então seja bemvindo à disciplina Acionamento de Motores Elétricos Você será capaz de conhecer e identificar os principais tipos de sistemas de acionamentos de motores elétricos aprendendo quais são os efeitos das cargas mecânicas sobre eles bem como as características relevantes para instalação desses motores elétricos Dessa forma na Unidade 1 serão abordados esses conteúdos consolidando as competências de identificação e conhecimento acerca de sistemas de acionamentos transmissão de potência e instalação Em seguida na Unidade 2 serão apresentados os métodos de partidas para acionamentos dos motores elétricos A estrutura dessa unidade foi organizada para que inicialmente você conheça e seja capaz de analisar os diferentes tipos de acionamentos e em um segundo momento compreenda o funcionamento dos principais tipos de partidas para motores elétricos no laboratório Com essas competências adquiridas na Unidade 3 conheceremos os principais tipos de dispositivos eletroeletrônicos utilizados em um sistema de acionamentos de motores elétricos bem como poderemos dimensionar esses dispositivos em circuitos de acionamentos levando em consideração o comando e a proteção de todo o sistema Palavras do autor Por fim na Unidade 4 você estudará os princípios de funcionamento dos conversores de frequência para controle de velocidade dos motores elétricos exploraremos também o conceito de eficiência energética aplicado nos acionamentos e controle dos motores Com os conhecimentos adquiridos sobre os tipos de partidas dos motores elétricos formas de dimensionamento conversores de frequência e eficiência energética aplicada ao acionamento você estará apto a analisar identificar projetar e viabilizar a melhor solução de controle e performance para a aplicação demandada Você está pronto para essa jornada Desejamos a você um excelente estudo Princípios básicos de acionamentos Convite ao estudo Pode ser que em algum momento você se questione ou seja questionado a respeito da importância em conhecer os tipos de acionamentos para motores elétricos sendo que hipoteticamente poderíamos apenas ligar o motor diretamente na rede elétrica Será Para construir essa resposta gostaríamos de o convidr a pensar pesquisar e se aprofundar nos conteúdos que serão abordados nesta unidade Cada aplicação exige uma análise cuidadosa com relação às informações e variáveis que complementam a descrição de funcionamento ou operação desses motores elétricos A proposta para esta unidade é que ao passo em que o estudo progrida você conheça e seja capaz de identificar os principais tipos de sistemas nos acionamentos de motores elétricos os efeitos das cargas e transmissões mecânicas e como as características de motores influenciam e determinam as instalações dos mesmos Com a premissa de o inserir em um cenário real imagine que agora você está trabalhando em uma empresa prestadora de serviços e soluções que desenvolve pesquisas e projetos de acionamentos de motores elétricos a KLS Acionamentos Por ser uma empresa prestadora de serviços ela lida com diferentes problemas e demandas vindas dos clientes O escopo de serviços é amplo porém o foco da empresa é analisar e desenvolver acionamentos para motores elétricos levando em consideração as variáveis em que esses acionamentos e motores estarão aplicados Por exemplo em alguns momentos estará diante de casos de instalação de acionamentos em ambientes Unidade 1 externos com exposição a umidade a altas temperaturas a vibrações etc em outros diante de casos de aplicação do melhor tipo de acionamento para ambientes de fabricação alimentícia no qual terão de ser consideradas normas e procedimentos dos órgãos competentes Para todo serviço prestado a empresa fornece ao cliente o memorial de cálculo os diagramas referentes ao acionamento projetado e quando solicitado os relatórios de estudos de viabilidade técnica O projeto em que você atuará é de um cliente que está desenvolvendo uma máquina de envase para carvão De acordo com as demandas que chegam as equipes são formadas pelo nível de conhecimento sobre as competências para aquela etapa de projeto Portanto neste momento o gerente de projetos fazlhe os seguintes questionamentos quais formas de acionamentos de motores elétricos você conhece Quais efeitos mecânicos básicos devem ser considerados no projeto de acionamentos Quais dados são necessários para se determinar o acionamento ideal Ao término desta unidade você será capaz de responder a esses questionamentos conhecendo e analisando os sistemas de acionamentos levando em consideração os efeitos dos sistemas mecânicos e as características dos motores para instalação e operação Vamos a partir de agora explorar essas competências U1 Princípios básicos de acionamentos 9 Sistemas de acionamentos elétricos Antes de iniciarmos nossa jornada de aprendizado sobre os acionamentos de motores é importante lembrálo de alguns conceitos e fundamentos que estão em torno desta disciplina Iremos utilizar de habilidades profissionais para poder analisar compreender e propor soluções às situaçõesproblemas que você enfrentará e também para a compreensão das informações ao longo de toda disciplina Podemos destacar que seus conhecimentos sobre circuitos de corrente contínua circuitos de corrente alternada e máquinas elétricas serão de extrema usabilidade Logicamente não menos importante porém intrínsecos em qualquer disciplina técnica têmse as causas e os efeitos aplicados da física mecânica eletricidade e magnetismo Retornaremos agora ao ponto de suas tarefas junto à equipe KLS Acionamentos empresa de prestação de serviços que está desenvolvendo um projeto para uma máquina de envase de carvão Em um dado momento do projeto o gerente de projetos questionouo sobre quais formas de acionamentos de motores elétricos você conhece além de verificar sobre seu conhecimento sobre os efeitos mecânicos básicos que devem ser considerados no projeto e quais os dados necessários para especificar o tipo de acionamento Pois bem você foi alocado nesta primeira etapa na equipe de pesquisas que exporá ao gerente de projetos o funcionamento dos sistemas de acionamentos existentes e quais tipos a empresa consegue desenvolver para motores elétricos trifásicos Neste momento você poderia definir o que é um acionamento elétrico Pode parecer muita informação porém com o estudo desta seção você será capaz de responder a esses questionamentos e também representar de forma metódica o funcionamento dos sistemas de acionamentos Seção 11 Diálogo aberto U1 Princípios básicos de acionamentos 10 Elementos de um sistema de acionamentos elétricos Já utilizamos o termo sistemas diversas vezes na apresentação da disciplina e também usaremos muito ao longo deste livro Então vamos definir primeiramente o conceito de sistema Conforme sua definição no dicionário Michaelis 2017 é considerado sistema um conjunto metódico de princípios elementos ou organismos interligados que estabelecem uma forma organizada e lógica para viabilizar resultados Um exemplo que demonstra o sistema em que nossa disciplina de acionamentos de motores elétricos se interrelaciona com as competências bases citadas na apresentação da unidade poderá ser analisado na Figura 11 Fonte elaborada pelo autor Figura 11 Exemplo de sistema aplicado em competências Observe que na Figura 11 foi utilizada a linguagem de mapa conceitual para ilustrar o sistema de competências que envolve esta disciplina Poderá haver mais competências porém o objetivo desta figura foi somente demonstrar a aplicação do conceito de sistema Essa ferramenta parte da ideia de se ter um tema central e conforme vão surgindo ideias ou referências ramificamse do tema central novas caixas podendo também dessas novas caixas ramificaremse outros pontos Não pode faltar U1 Princípios básicos de acionamentos 11 Fonte elaborada pelo autor Figura 12 Sistema de acionamento simples em malha aberta Já em acionamentos para motores elétricos comporemos esse sistema com os elementos necessários para o correto funcionamento da partida e controle Há quatro cenários possíveis nos quais os acionamentos são aplicados com diferenças referentes ao grau necessário de controle e comando além da tecnologia disponível Podem ser de simples comando em malha aberta ou fechada e com controle em malha aberta ou fechada Para acionamentos simples conforme ilustrado na Figura 12 teremos Fonte de energia bloco responsável por alimentar todo o circuito elétrico que compreende o acionamento e motor Acionamento bloco que fará a interconexão entre operador e ação sobre a carga Composto dos dispositivos de proteção fusíveis disjuntores etc seguido pelos dispositivos de comando e sinalização botões chaves seletoras sinaleiros contator relés etc e os motores elétricos Nos posteriores tipos e formas de acionamentos teremos os controles Carga bloco que simboliza toda e qualquer massa que demanda uma potência para funcionamento conversão elétrica em mecânica por exemplo calor resistência trabalho mecânico motores ou iluminação lâmpadas Para tanto nosso objeto de estudo serão as cargas de ação motriz sendo que essas cargas serão acopladas aos motores elétricos através de um sistema de transmissão de potência Os acionamentos sem sinal de medição ou monitoramento da saída como mostrado na Figura 12 são conhecidos como malha aberta Quando temos a necessidade de medir alguma grandeza da saída temperatura velocidade vazão etc ou mesmo monitorar U1 Princípios básicos de acionamentos 12 o estado da carga utilizaremos os circuitos de malha fechada Para melhor compreensão vamos observar a Figura 13 Fonte elaborada pelo autor Fonte elaborada pelo autor Figura 13 Sistema de acionamento simples em malha fechada Figura 14 Sistema de acionamento com controle em malha aberta Com o acionamento em malha fechada Figura 13 percebemos que o papel dos dispositivos de monitoramento é fornecer dados do estado em que se encontra a carga para então poder atualizar os comandos e sinalizações Dessa forma os dispositivos de monitoramento podem por exemplo ser sensores instalados ao longo do processo assim quando ocorrer movimentação da carga esses sensores farão a leitura e atualização do estado dos dispositivos de comando e sinalização As Figuras 14 e 15 demonstram os acionamentos de motores elétricos com os dispositivos de controle sejam em malha aberta ou fechada Por dispositivos de controle entenda que são equipamentos que atuam de forma a melhorar a performance do sistema realizando o controle das variáveis no motor de forma a cumprir uma determinada U1 Princípios básicos de acionamentos 13 Fonte elaborada pelo autor Figura 15 Sistema de acionamento com controle em malha fechada função como girar a uma dada velocidade levar uma carga até determinada posição etc Na Unidade 4 por exemplo estudaremos mais a fundo os controles para acionamento dos motores elétricos no caso os conversores de frequência Na automação industrial o controle poderá ser feito com os CLPs Controlador Lógico Programável microcontroladores ou hardwares dedicados Dessa forma podemos resumir que acionamentos são sistemas elétricos com dispositivos que viabilizam a partida dos motores elétricos podendo ter as cargas monitoradas acionamentos automatizados ou por comando manual Perceba que até este momento vimos os acionamentos na perspectiva construtiva dos elementos que o tornam funcional Agora você é capaz de definir acionamentos de motores elétricos Sistemas de alimentação para acionamentos elétricos Nas Figuras 11 a 15 iniciamos o sistema de acionamentos com um bloco chamado fonte de energia que é uma rede elétrica provida pela concessionária ou de um gerador Agora vamos entender um pouco mais desse importante bloco o qual consideraremos como um sistema de alimentação para acionamentos elétricos devido às interdependências dos elementos que o compõem U1 Princípios básicos de acionamentos 14 Mesmo não sendo foco de nossos estudos é importante você entender quais são os requisitos da rede elétrica que deverão ser considerados nos projetos de acionamentos ou mesmo quando for energizar os motores através de uma partida ou conversor de frequência Fazendo uma análise simples tendo como embasamento alguns conceitos de circuitos elétricos sabemos que antes de energizar uma carga devese observar sua potência e o fator de potência para então calcular a corrente elétrica quando não especificada de forma clara e só então definir o condutor elétrico mais adequado O que mais você deverá levar em conta a respeito dessa demanda de potência para funcionamento da carga Uma aplicação interessante em indústrias com processos considerados grandes por terem muitos motores instalados são os centros de controle de motores CCM Para ilustrar observe a Figura 16 Nesses CCMs temos um primeiro bloco com os seccionadores no qual são conectados os cabos da rede elétrica vindos da rede de distribuição interna ou externa Temos também um segundo bloco em que são instalados os dispositivos de proteção geral e comuns a todos circuitos de partidas dos motores E em seguida blocos contendo gavetas nas quais conforme o projeto de acionamento haverá os dispositivos de proteção e potência dispositivos de comando e sinalização unidades de medidas e partidas eletrônicas Com isso tornase de extrema importância a análise da demanda de potência e os cálculos para o correto dimensionamento desses componentes e dispositivos seja do circuito de proteção ou de comando Para fechar o ciclo do que devemos considerar sobre a demanda de potência além do sistema de acionamento e tipo da carga teremos os transformadores de tensão elétrica U1 Princípios básicos de acionamentos 15 Uma importante análise que se faz é se a rede elétrica que será utilizada para alimentar nossa carga é adequada se o transformador possui potência suficiente para tal alimentação e se será necessária a correção do fator de potência com a inserção dessa nova carga Assimile Fonte httpwwwistockphotocombrfotoelectriciannearthelowvoltagecabinetuninterruptedpowersupply electricitygm595125404102029493 Acesso em 25 ago 2017 Figura 16 Exemplo de CCM com as gavetas de acionamentos para motores elétricos Para que você tenha uma visão mais ampla dos CCMs pesquise por informações discutidas nesta seção na descrição do produto desenvolvido pela empresa Siemens Faça uma busca pelas características elétricas referentes à carga e à alimentação geral do quadro CCM O link disponibilizado o levará para a página que descreve o produto da linha SIVACON S8 Disponível em httpw3siemenscombrtopicsbrpt EMprodutosbaixatensaodistribuicaodeenergiapaineisbaixatensaopaineis sivaconsivacons8Pagessivacons8aspx Acesso em 28 ago 2017 Toda carga na indústria está conectada à rede elétrica da concessionária através de um transformador de potência podendo ser de instalação em poste ou térreo dependendo do seu tamanho e valor de potência Pesquise mais U1 Princípios básicos de acionamentos 16 Nesse caso temos de verificar com a concessionária se é possível uma nova instalação Se estivermos querendo apenas aumentar a demanda de carga é necessário verificar se o transformador atual possui potência disponível e suficiente para alimentação dessa nova instalação Assim como as cargas os processos industriais também possuem um fator de demanda que é a razão entre a demanda máxima num intervalo de tempo especificado e a potência instalada na unidade consumidora Uma boa prática ao calcular um transformador é analisar a fundo as estratégias da empresa e obter dados para reservar essa previsão de carga no transformador A escolha dos transformadores está atrelada à soma total das potências de consumo dos equipamentos utilizados no circuito em que será inserido Porém devese também levar em consideração o fator de potência total O fator de potência estando baixo diminui a capacidade do transformador de liberar potência ativa assim como provoca sobrecarga nos condutores e aumento do valor a ser pago na conta de energia Considere uma empresa têxtil que possui 10 motores de indução trifásicos de 20 cv ligados em 220 V Determine qual o transformador ideal para essa aplicação em que os motores apresentam rendimento de 89 Sendo que a corrente de partida é de aproximadamente 27418 A e p n I I de 63 quando ligado em D triângulo Para calcular o transformador temos de encontrar o valor da potência aparente dos motores dada por EL P P S F ou 3 L L S V I EL P é a potência elétrica consumida potência ativa dada por w EL P P h em que Pw é a potência no eixo do motor e L V o rendimento do motor P F é o fator de potência L V a tensão de linha e LI a corrente de linha A corrente de linha é obtida pela relação P L P N I I I I em que PI é a corrente de partida e o fator P N I I determina quantas vezes a corrente de partida é maior que a nominal Podemos usar qualquer uma das fórmulas para encontrar o valor desejado desde que tenhamos os dados necessários Primeiro vamos Exemplificando h U1 Princípios básicos de acionamentos 17 converter a potência do motor dada em cv para watts pela relação 736 P w P cv assim 20 736 14720 W P w Considerando a fórmula 3 L L S V I a tensão de linha em que os motores serão ligados é de 220 V e a corrente de linha é determinada pela corrente de partida e fator de relação 27418 4352 A 63 P L P N I I I I Então 3 3 220 4352 1658334 VA L L S V I Como a empresa possui 10 motores temos que 10 1658334 16583 kVA T S Com o valor da potência aparente é possível determinar o fator de potência e consequentemente através de catálogos o valor mais próximo do transformador Se 14720 1653933 W 089 EL P w P h então 1653933 0997 1658329 EL P P F S Definimos o valor do transformador analisando e calculando também o fator de demanda FD e a previsão de aumento de carga Considerando uma previsão de aumento de carga PAC em 10 e fator de demanda de 071 na indústria têxtil temos TRAFO T P S FD PAC TRAFO 1658334 071 11 12952 kVA P Com o valor final calculado seria necessário um transformador de mercado de 150 kVA Principais tipos de motores elétricos Para o desenvolvimento dos acionamentos ou partidas de motores elétricos é necessário que você tenha conhecimento sobre o funcionamento de motores elétricos Sabemos que motores elétricos são máquinas capazes de transformar a energia elétrica em energia mecânica Do contrário energia mecânica resultando em energia elétrica indica a atuação de geradores As seleções dos motores podem ser simples desde que observada e calculada quando necessário a aplicação para o mesmo Considera se no processo de seleção o tipo de tensão elétrica em que o motor U1 Princípios básicos de acionamentos 18 será alimentado o tipo de ambiente em que vai operar o grau de eficiência a potência de trabalho a velocidade ou torque a estrutura física para integração com sistemas mecânicos e para instalação entre outros A Figura 17 fornecenos um panorama sobre os tipos de motores elétricos Fonte elaborada pelo autor Figura 17 Classificação dos motores elétricos Podemse classificar os motores elétricos em CC e CA Os motores CC são classificados conforme a Figura 17 em imã permanente série shunt e composto Os motores de indução são os mais empregados atualmente no setor industrial pois apresentam vantagens como simplicidade de controle manutenção e reparo custo de aquisição bom fator de rendimento etc Basicamente para os motores de indução temos dois tipos os trifásicos e os monofásicos No Quadro 11 são apresentados os modelos de motores de indução monofásico e trifásico Lembrese de que a principal diferença entre motores CC e CA é em relação ao campo magnético gerado U1 Princípios básicos de acionamentos 19 Quadro 11 Especificações aos tipos de motores de indução Tipo do motor Especificações CA trifásico de indução gaiola de esquilo Cada projeto de rotor traz consigo uma característica sobre a performance dos motores NEMA tipo B considerado como padrão torque normal e corrente de partida baixa NEMA tipo C maior fator de potência do rotor na partida maior torque de partida NEMA tipo D maior torque de partida que o tipo C São motores projetados para operar próximos da velocidade nominal e a corrente de partida pode variar a tensão na linha Utilizados em aplicações comuns seja em meios industriais ou comerciais CA trifásico de rotor bobinado Torque de partida muito elevado e corrente de partida baixa resultante da resistência no circuito do rotor que reduz gradualmente quando se aproxima da velocidade máxima Utilizados em aplicações que requerem um torque de partida alto devido a carga ser de alta inércia CA Síncrono trifásico Opera como velocidade constante seja com carga ou sem carga Uma aplicação comum para o motor síncrono é acionar compressores que não necessitam de grande potência mecânica de saída e como benefício os motores síncronos por possuírem fator de potência adiantado ajudam na correção do fator de potência CA monofásico de fase dividida O estator possui dois enrolamentos defasados em 90ºC O enrolamento de partida auxiliar é conectado em série com uma chave centrífuga que abre ao chegar em 75 da velocidade plena Grande atenção devese dedicar à chave centrífuga pois seu acionamento no momento errado pode danificar ou mesmo queimar os enrolamentos de partida U1 Princípios básicos de acionamentos 20 CA monofásico de fase dividida com capacitor Estes motores possuem os mesmos princípios de funcionamento dos de fase dividida a grande e importante diferença está no capacitor de partida que entrega mais torque e melhora o deslocamento de fase entre os enrolamentos Quando atingem 75 da velocidade nominal tanto o enrolamento de partida como o capacitor de partida serão desconectados Há ainda motores com capacitor permanente que não precisam de chave centrífuga para partida Projetado para uso contínuo faz com que ao atingir a velocidade de trabalho o enrolamento de partida se torne um enrolamento auxiliar São comumente usados em ventiladores compressores de ar bombas de água e outras de alto torque Chegam até 25 hp CA monofásico de polos sombreados Sua aplicação é de baixo consumo porém com baixo torque de partida e fabricados em potências baixas Seriam para uso de equipamentos domésticos como ventiladores sopradores e barbeadores elétricos São encontrados em potências de até 1 hp 6 Fonte elaborado pelo autor Formas de acionamento dos motores elétricos Na Unidade 2 você estudará e praticará os métodos de acionamentos nos motores elétricos Aqui seu estudo e senso de curiosidade deverão ser utilizados para compreender além do que já foi abordado quais as normas existentes que envolvem as formas de acionamentos Em se tratando de normas temos algumas que são diretamente norteadoras das atividades com os acionamentos e partidas de motores e outras não menos importantes mas consideradas indiretas que complementam e fortalecem a forma como desenvolvemos tais atividades Alguns exemplos de normas são NBR 5456 Eletricidade geral NBR 5459 Manobra e proteção de circuitos NBR 5471 Condutores elétricos NBR 17094 Máquinas elétricas girantes U1 Princípios básicos de acionamentos 21 Você acha que é importante o profissional decorar todas as normas pertinentes às suas atividades profissionais Seria um diferencial do profissional Entenda que não existe resposta correta para esse questionamento porém é recomendado que todo profissional da área tenha o conhecimento de forma geral sobre as normas que são comuns em suas atividades Com a prática você acabará se familiarizando com os conceitos mais relevantes Reflita NBR IEC 60947 Dispositivo de manobra e comando de baixa tensão NBR 16521 Cabeamento estruturado industrial Algumas dessas normas serão referenciadas neste livro conforme o foco da unidade ou seção A exemplo de aplicação e compreensão da norma NBR IEC 60947 que trata sobre os dispositivos de manobra e comando temos as seguintes definições Dispositivos de comando acionados diretamente para o dado controle da carga Exemplo ligar desligar aumentar ou reduzir potências variar a velocidade entre outras formas de controle Dispositivos de proteção atuam de forma autônoma sempre que as variáveis do circuito conectado apresentarem algum desvio que proporcione riscos à carga ou aos equipamentos São utilizados para proteger contra curtocircuito e sobrecarga Exemplo um curtocircuito um trabalho forçado dos motores entre outros fatores pode fazer com que os disjuntores desarmem os relés térmicos fiquem ativos ou até mesmo os fusíveis se rompam ou seja abram Dispositivos de seccionamento operados mecanicamente sem presença de corrente elétrica e por usabilidade são os dispositivos de manobras que isolam a alimentação da carga Diferentemente dos dispositivos de proteção que são acionados mecanicamente desliga o circuito de forma automática conforme o risco ou má operação da carga Exemplo chaves seccionadoras U1 Princípios básicos de acionamentos 22 Pesquise mais É importante entender que existem diferentes níveis de normas bem como de suas respectivas aplicações No portal oficial da ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas você encontrará diversas informações e conceitos interessantes Dentre alguns desses conceitos sugerimos a leitura deste pequeno artigo sobre os níveis de normalização assim poderá se familiarizar quando forem citadas neste livro as siglas IEC NEMA ISO DIN entre outras Link para acesso httpwwwabntorgbrnormalizacaooqueeniveisde normalizacao Acesso em 30 ago 2017 No começo da unidade apresentouse o cenário em que você atuará perante as demandas de serviços vindas do seu supervisor A primeira etapa do projeto consiste em uma pesquisa para apresentação ao gerente de projetos quanto ao funcionamento e tecnologias dos acionamentos que a empresa KLS Acionamentos consegue desenvolver para o cliente O primeiro questionamento do supervisor foi sobre a definição do que é um acionamento elétrico Assim por meio de um diagrama representativo em blocos ou um mapa conceitual você deveria explicar as funções de um acionamento descrevendo os principais tipos de motores elétricos Essas entregas além de facilitar a exposição mais clara das informações ao gerente de projetos permitirão a continuidade do projeto Para ajudálo na construção dessa primeira resposta lembrese das Figuras 12 e 13 que são modelos simples do acionamento de motores elétricos e descreva cada elemento do sistema Por meio da Figura 18 podemos ilustrar a aplicação do cliente com um equipamento real desenvolvido pela empresa SNT Jaú SP Sem medo de errar U1 Princípios básicos de acionamentos 23 Fonte httpwwwsntmaquinascombrimagensinformacoesroscatransportadorahelicoidalpreco01jpg Acesso em 4 out 2017 Figura 18 Rosca transportadora Helicoidal SNT Fonte elaborada pelo autor Figura 19 Diagrama representativo do projeto A carga conforme aplicação do cliente é o conjunto mecânico de envase por exemplo uma rosca transportadora ou transportador helicoidal acoplado por meio de um sistema de transmissão mecânica ao motor elétrico Para a segunda entrega o diagrama representativo sobre as funções de um acionamento e os tipos de motores elétricos vamos utilizar a Figura 19 como uma ferramenta norteadora Note que a Figura 19 foi baseada no modelo de malha aberta como exposto na Figura 12 por se tratar de um modelo essencial e permitir a U1 Princípios básicos de acionamentos 24 implantação de elementos que o façam mais completos e complexos como no caso de modelos de malha fechada com controle Pelas competências adquiridas até aqui você será capaz de finalizar as informações com os conhecimentos absorvidos nesta seção Acervo de normas técnicas para acionamentos de motores elétricos e complementares Descrição da situaçãoproblema Ao ingressar no mercado de trabalho deparamonos com situações em que devemos desenvolver uma tarefa seguindo as recomendações de normas nacionais e até mesmo internacionais Ao concluir essa primeira etapa do projeto pela empresa KLS Acionamentos você foi designado a elaborar um portfólio contendo a referência das normas utilizadas dentro da área de acionamentos e competências complementares como se fosse um acervo para pesquisas posteriores Agora é com você utilize o portal da ABNT ou do Target GEDWeb disponível em httpsbibliotecavirtualcomdetalhesparceiros10 ou outra fonte de consulta que contenha as descrições do que se trata a norma Mas cuidado algumas normas foram canceladas e substituídas Nesse caso as normas possuirão essas informações direcionandoo para sua atualização Resolução da situaçãoproblema Um exemplo bem simples poderá ser analisado na no Quadro 12 Agora é com você Avançando na prática U1 Princípios básicos de acionamentos 25 Fonte elaborado pelo autor Quadro 12 Exemplo para acervo técnico 1 Em uma empresa de fabricação de ração observouse que o novo motor elétrico instalado no processo de mistura para de funcionar sempre que se coloca 80 de ingredientes no recipiente Segundo o técnico responsável as causas podem ser I Os dispositivos de proteção que estão subdimensionados II Os botões e sinaleiros que não suportam a corrente elétrica exigida pelo novo motor III O motor que foi dimensionado acima do ideal IV O recipiente que não tem sensores para controlar o nível máximo que suporta para misturar Com base nas causas sugeridas pelo técnico responsável assinale a alternativa correta a II e III estão corretas b Somente a II está correta c Somente a I está correta d I e III estão corretas e Somente a IV está correta 2 Para finalizar o projeto da esteira transportadora suspensa que leva as peças pintadas para uma estufa será necessário selecionar no almoxarife da empresa um motor que seja o ideal nesta aplicação O eletricista passou os Faça valer a pena U1 Princípios básicos de acionamentos 26 seguintes dados para o supervisor rede elétrica de 220 V trifásico dispositivos de proteção com limite de 18 A nominal sistema de acionamento em 24 V CC e potência em 220 V CA 1780 rpm aproximadamente devido ao sistema de transmissão mecânica já presente e para manter o equilíbrio das cargas o novo motor deverá possui fator de potência acima de 09 Dentre as opções abaixo qual possui a descrição correta do motor necessário para a esteira transportadora suspensa a Motor 220 V CA trifásico de 3 cv 6 polos 1200 rpm Fp de 093 b Motor 220 V CACC universal 25 hp 345 rpm c Motor 220 V CC 5 cv 4 polos 1800 rpm Fp de 092 d Motor 220 V CA monofásico de 3 cv 1800 rpm Fp de 093 e Motor 220 V 380 V CA trifásico 5 cv 4 polos 1800 rpm Fp de 092 3 Através de um estudo feito em uma pequena indústria siderúrgica constatouse que o fator de potência referente ao transformador responsável por alimentar os motores está muito baixo 057 e que com um banco de capacitores seria possível obter algo em torno de 09 e 093 Para a realização desse processo de estudo foram seguidos alguns passos marque a opção que melhor descreve os passos para esse processo a Levantamento das potências ativas W das cargas indutivas cálculo das potências aparentes VA levantamento dos rendimentos dos motores tensão elétrica de alimentação para cada motor corrente de partida e de alimentação b Levantamento das potências reativas W das cargas indutivas cálculo das potências aparentes VA levantamento dos rendimentos dos motores tensão elétrica de alimentação para cada motor corrente de partida e de alimentação c Levantamento das potências ativas W das cargas capacitivas cálculo das potências reativas W levantamento dos rendimentos dos motores tensão elétrica de alimentação para cada motor corrente de partida e de alimentação d Levantamento das potências reativas W das cargas capacitivas cálculo das potências aparentes VAR levantamento dos rendimentos dos motores tensão elétrica de alimentação para cada motor corrente de partida e de alimentação e Levantamento das potências ativas VA das cargas indutivas cálculo das potências reativas VAR levantamento dos rendimentos dos motores tensão elétrica de alimentação para cada motor corrente de partida e de alimentação U1 Princípios básicos de acionamentos 27 Efeito dos sistemas mecânicos nos acionamentos Chegamos na segunda fase do projeto da empresa KLS Acionamentos Através de dados entregues pelo cliente você deverá calcular os sistemas de transmissão de potência para um motor de 1800 rpm com transmissão feita por três engrenagens acopladas módulos de 20 80 e 144 de tal forma que se obtenha a redução de velocidade Para tanto nesta seção serão apresentadas as competências necessárias para sua formação profissional pois saber identificar e conhecer elementos mecânicos e as perdas ocorridas será um grande diferencial não podendo esquecer que com esses conhecimentos e percepções você cada vez mais aprimorará a forma como analisa e dimensiona projetos de acionamentos Agora retornaremos para suas tarefas junto à equipe da KLS Acionamentos você e sua equipe estão desenvolvendo um projeto para uma máquina de envase de carvão Pois bem na primeira etapa você definiu em um diagrama o que são e o que conterão os acionamentos por você planejados Nesta segunda parte você recebeu mais informações sobre a necessidade do cliente saber qual o conjunto mecânico correto para que o motor elétrico seja acionado dentro do esperado Ao final desta seção esperase que você saiba identificar os efeitos dos sistemas de transmissões mecânicas sobre os acionamentos elétricos dos motores compreender os termos técnicos básicos que permeiam a disciplina de elementos de máquinas e analisar o funcionamento de um sistema identificando as perdas Pronto para começar Influência dos modelos de movimentação linear e rotativo Os movimentos lineares e rotativos são também determinantes na análise para a seleção do motor e sistema de transmissão Não pode faltar Seção 12 Diálogo aberto U1 Princípios básicos de acionamentos 28 mecânica consequentemente afetam o tipo de acionamento para partida dos motores que garantirá na carga os requisitos de torque e velocidade necessários O modelo de movimentação rotativo é o movimento natural produzido pelo motor elétrico mas a forma como esse motor será instalado na aplicação demanda uma certa análise sobre a forma construtiva Não é correto por exemplo instalar um motor elétrico para trabalhar no sentido vertical em ambientes severos com baixo grau de proteção IP sendo que sua estrutura foi projetada para trabalhar no sentido horizontal e em ambientes limpos e de baixo impacto Até que ponto isso pode afetar o funcionamento do motor Primeiramente que quando mudamos a forma de instalação estamos adaptando um suporte para fixar esse motor com isso aumentamos o atrito interno e externo além das proporções de perdas Assim comprometemos o seu funcionamento Em outra perspectiva temos a relação do grau de proteção IP os efeitos são visíveis e bastante severos diminuindo a vida útil do motor e tornandoo propício a frequentes paradas de manutenção por quebra mecânica ou curtocircuito além de contaminação no processo produtivo se ocorrer oxidação A Figura 110 exemplifica o efeito da seleção não adequada quanto ao tipo do motor em uma aplicação logicamente o processo de manutenção quando falho contribui para a depreciação do motor Fonte httpwwwistockphotocombrfotorustymotorelC3A9tricogm45362612525778939 Acesso em 12 set 2017 Figura 110 Motor elétrico sob efeitos de ferrugem e corrosão devido à oxidação Motores em movimentos rotativos são utilizados em diversos cenários tração elevador furação torneamento fresamento esteiras etc U1 Princípios básicos de acionamentos 29 Fonte httpscommonswikimediaorgwikiFile3APignoncremailleresvg Acesso em 10 set 2017 Figura 111 Aplicação da cremalheira na movimentação linear Os movimentos lineares que se dão por meio de motores rotativos são obtidos com o acoplamento do motor em um sistema linear para transmissão de potência como o de guias lineares ou cremalheiras Apesar de termos diversas aplicações com motores elétricos CA é comum usarem motores CC motor de passo ou servomotores quando se deseja alta precisão A Figura 111 ilustra um sistema linear O que diferencia os movimentos rotativos e lineares apesar de usarem semelhantes sistemas mecânicos de transmissão é a forma como deslocam a carga Nos modelos rotativos a carga ou os efetuadores giram sobre o mesmo eixo Já nos modelos lineares a carga ou os efetuadores apenas se deslocam do ponto A ao B Esses conjuntos mecânicos lineares são facilmente encontrados para movimentação de portões deslocamento de peças em sistemas prismáticos atuação dos eixos de um Controle Numérico Computadorizado CNC etc Podem resultar muitas perdas na eficiência caso se utilizem conjuntos com folgas ou mal dimensionados Tanto o motor como a transmissão mecânica a serem utilizados levam em consideração os requisitos de cargas como Cargas de torque constante são aplicações que mantêm constante o torque entregue à carga mesmo a velocidade aumentando ou diminuindo Comum em sistemas transportadores guindastes e tração Cargas de torque variável são proporcionais à velocidade Utilizados com maior frequência em ventiladores centrífugos sopradores industriais e motobombas U1 Princípios básicos de acionamentos 30 Cargas de potência constante comumente aplicado em tornos furadeiras e fresadoras no qual em baixa velocidade é necessário alto torque conforme a velocidade aumenta o torque diminui Cargas com inércia elevada são cargas que exigem muito torque para entrar em movimento e baixo torque para mantêla São associadas a máquinas de grande porte como ventiladores sopradores prensas e máquinas de lavar Elementos básicos de um sistema mecânico Para obter um alto torque de um motor de baixa potência é necessário o acoplamento de um sistema de transmissão mecânica caso contrário seria necessário um motor elétrico bem maior do que o do projeto Como apresentado no início da unidade os motores elétricos têm por finalidade compor um sistema no qual execute alguma ação na dada aplicação em que foi implantado como a movimentação de uma esteira deslocamento de uma ponte rolante e atualmente nos carros elétricos A Figura 112 apresenta os motores elétricos sendo aplicados em um chassi de carro da montadora Tesla Motors É válido lembrar que para cada aplicação há um acionamento específico no controle dos motores elétricos Na Unidade 3 você poderá projetar um acionamento considerando as condições em que o motor estará implantado e em qual tipo de aplicação Fonte httpscommonswikimediaorgwikiFile3ATeslaMotorsModelSbaseJPG Acesso em 10 set 2017 Figura 112 Chassi do carro modelo S da montadora Tesla Motors U1 Princípios básicos de acionamentos 31 Fonte Grupo WEG 2016 p 9 Quadro 13 Fixação de motores por sua base e por meio de flanges de acordo com IEC 347 Para qualquer aplicação são necessários alguns sistemas mecânicos que acoplem o motor elétrico ao equipamento ou máquina Essa necessidade se dá por dois motivos torque e velocidade Para tanto é necessário ter conhecimento de alguns elementos mecânicos básicos que compõem as aplicações com motores elétricos Além de estarem inseridos no dia a dia de suas atividades profissionais tratase de um fator diferencial saber e conhecer tais elementos Começando pelo motor elétrico temos sua estrutura construtiva que é de extrema relevância devido ao correto posicionamento para fixação e logo acionamento do mesmo na máquina A norma brasileira NBR IEC 600347 para Máquinas elétricas girantes Classificação das formas construtivas e montagens substituta da antiga NBR 5031 cancelada em 2013 e baseada na IEC 347 define os modelos construtivos a forma de fixação e o padrão de identificação O Quadro 13 ilustra os modelos de motores quanto à sua forma construtiva e aos pontos de fixação A fixação do motor é tão importante quanto cuidar dos detalhes da instalação elétrica pois poderá afetar no alinhamento do sistema de transmissão sendo que em certos casos chega a empenar o eixo do motor além disso a vibração do mesmo caso ele esteja na mesma estrutura que o quadro de acionamentos poderá afrouxar os parafusos U1 Princípios básicos de acionamentos 32 Assimile dos componentes e causar má conexão levando até a danificar os equipamentos eou provocar acidentes Para um motor de carcaça B5D ou seja sem pés para apoio e fixação flange FF para acoplamento ao equipamentomáquina instalado do lado com eixo para direita significa que O motor não foi projetado para ficar apoiado sobre uma base O flange é o que fixará e fará o acoplamento por isso é recomendado pelos fabricantes que por exemplo caso o flange tenha dez furos para parafusos 3 16 com arruela e porta autotravante então faça a instalação como o solicitado Isso evita problemas de vedação vibração cisalhamento dos parafusos e afrouxamento dos mesmos O projeto é para instalação com eixo à direita por causa da posição e leitura da placa de identificação do motor caso seja instalado para esquerda a placa não ficará visível dependendo da posição e se o motor for rotacionado a mesma ficará invertida Infelizmente esses erros acontecem com frequência quando o profissional não possui tais conhecimentos Outro detalhe interessante ainda sobre os motores elétricos é que possuem no eixo de saída uma ranhura e uma chaveta para que se possa acoplar algum elemento de transmissão de potência mecânica como polias engrenagens caixa de redução entre outros Na Figura 113a é possível verificar o motor elétrico aberto e na ponta do eixo um detalhe ilustrado na Figura 113b Fonte httpscommonswikimediaorgwikiFileCutawayversionofanelectricmotor2JPG Acesso em 10 set 2017 Figura 113a Motor elétrico aberto e detalhe da chaveta na ponta do eixo U1 Princípios básicos de acionamentos 33 Fonte httpscommonswikimediaorgwikiFileFeatherKeyUnMountedpng Acesso em 10 set 2017 Figura 113b Elemento chaveta e ranhura na ponta do eixo Com relação aos eixos tenha em mente que são elementos mecânicos que transmitem movimento podendo ser lisos ou compostos Se lisos necessitam de um furo ou anéis de retenção para fixação ou para limitar o comprimento Quando compostos são acoplados no eixo outros elementos de construção mecânica para transmissão de potência no movimento Para finalizar o contexto sobre eixo há os que trabalham de forma fixa usados como suporte por exemplo eixo dianteiro de um veículo com tração ou de forma giratória chamados de eixo árvore geralmente apoiados com mancais como o próprio eixo do motor elétrico Polias são utilizadas para transmissão de movimento entre eixos sendo necessário utilizar correias como meio de transmissão pois possuem a superfície de contato lisa Engrenagens também são aplicadas para transmitir movimentos e podem ampliar ou reduzir forças É possível fazer a transmissão através de correntes correias dentadas ou pelo contato direto entre as engrenagens A Figura 114 apresenta um sistema mecânico com aplicação das polias por correias e as engrenagens por acoplamento direto U1 Princípios básicos de acionamentos 34 Fonte httpscommonswikimediaorgwikiFile3APutnamLatheHagley01jpg Acesso em 10 set 2017 Fonte httpscommonswikimediaorgwikiFile3ABevelgearjpg Acesso em 10 set 2017 Figura 114 Sistema de transmissão mecânico com polias e engrenagens Figura 115 Conjunto mecânico pinhão e coroa Os conceitos de coroa e pinhão estão atrelados à engrenagem quando se tem a relação de ampliação e redução de velocidade A Figura 115 ilustra o conjunto pinhão e coroa Nas aplicações com duas engrenagens é necessário que os módulos entre as engrenagens sejam iguais Caso contrário não será possível o engrenamento Sistemas de transmissão de potência mecânica Na Figura 115 o pinhão é o de diâmetro menor e a coroa de diâmetro maior Nessa imagem podem ser feitas duas análises primeiro caso o pinhão esteja acoplado ao motor e a coroa esteja acoplada à carga ou seja a engrenagem motora de diâmetro menor está transmitindo a potência para a engrenagem movida de diâmetro maior desse modo teremos uma redução da velocidade de saída U1 Princípios básicos de acionamentos 35 para o sistema em comparação com a velocidade de giro do eixo motor segunda análise caso o acoplamento seja feito ao contrário engrenagem motora de diâmetro maior transmitindo a potência para a engrenagem motora cujo diâmetro é menor o efeito resultante será a ampliação de velocidade Transmissão por correias Corresponde aos sistemas que transmitem movimento de rotação entre dois eixos motor e movido por intermédio de polias e correias Existem diversos tipos de correias de forma que as mais empregadas são planas e as trapezoidais pois apresentam baixo ou quase nulo deslizamento além de permitirem a proximidade das polias Há ainda as polias de tensionamento que podem ser do tipo dentado ou liso Possuem custo menor se comparado aos sistemas por engrenagens alto coeficiente de atrito elevada resistência ao desgaste e funcionamento silencioso São flexíveis elásticas e adequadas para grandes distâncias entre centros Comprimento de correias L para polias de mesmos diâmetros ou de diâmetros diferentes tanto para o sentido direto de rotação quanto o inverso é obtido através de cálculos que envolvem a distância entre eixos diâmetros e fatores de serviço Com relação à manutenção é recomendado Manter as correias limpas a seco para evitar deslizamento Nas primeiras 10 a 50 horas de trabalho das correias novas verificar a tensão e ajustar o esticador de acordo com especificações técnicas pois nesse período as correias sofrem maior esticamento Verificar a tensão de correias nas revisões de 100 horas Nunca trocar uma só correia de um jogo de correias Se uma se quebrar ou se danificar devem ser todas trocadas U1 Princípios básicos de acionamentos 36 Nos sistemas de transmissão com polias consideramos a relação existente entre a rotação dessas polias e seus respectivos diâmetros estabelecendo dessa forma a relação de transmissão i 1 2 2 1 n D i n D onde 1 D e 1 n diâmetro das polias motora e movida 1 n e 2 n velocidade de rotação das polias motora e movida 1 2 2 1 n Z i n Z 2 Z e 2 Z número de dentes das engrenagens motora e movida Nos sistemas de transmissão com engrenagens consideramos a velocidade e o número de dentes para a relação de transmissão i Uma observação importante que engloba tanto o uso de polias como de engrenagens é que em um sistema de transmissão sequencial considerando uma engrenagem acoplada diretamente na outra e assim por diante bem como uma polia acoplada na outra por correia ou corrente não importa a quantidade de polias ou engrenagens intermediárias para efeito de cálculo basta pegar o valor da primeira motora e da última movida As demais são apenas para melhorar o desempenho do acoplamento A Figura 116 ilustra e demonstra essa observação a b Fonte elaborado pelo autor Figura 116 Relação de transmissão de polias para a acoplamento com estágios intermediários e b acoplamento direto 1 2 2 1 2 1000 20 500 rpm 10 n D n D n 3 4 4 3 4 33333 40 250 rpm 30 n D n D n 3 4 4 3 4 33333 40 250 rpm 30 n D n D n 1 2 2 1 2 1000 40 250 rpm 10 n D n D n h h h h h h h 1 2 2 1 2 2 1 4 4 1 4 1000 20 10 500 1000 D D D D rpm mm mm rpm rpm 40 10 1000 4 250 250 40 30 4 3 4 4 3 3 3 mm mm rpm rpm rpm mm mm D D h h h h h 250 1333 333 33 rpm rpm i D D onde D e D são os diâmetros das polias motora e mov h h 1 2 2 1 1 2 ida e são as velocidades de rotação das polias motora e movi h h 1 2 da Z e Z 1 2 U1 Princípios básicos de acionamentos 37 Exemplificando Em ambos sistemas são considerados diversos outros efeitos e comportamentos em relação à carga e ao motor Entre eles temse Torque ou momento torçor T M torque é uma medida de força que resulta de um objeto que gira ao redor de um eixo fazendo com que esse objeto adquira aceleração angular Nas transmissões mecânicas o torque é o produto da força tangencial carga e do raio r da peça T T M F r Nm FT força tangencial N r raio da peça m Potência P sabemos que potência é o trabalho τ feito em determinado tempo t dada por W P t t Para efeito de cálculo sabese que trabalho é F S t t e que a velocidade é dada por P S V t então resumidamente podese definir a potência pela velocidade e força exercida P P F V W F força exercida ou carga N VP velocidade periférica ms Em uma siderúrgica surgiu a necessidade de desenvolver um elevador de carga pequeno para transporte entre dois pavimentos aproximadamente 6 metros Sabese que a carga máxima a ser transportada é de 6200 N A velocidade ideal tanto na subida quanto na descida seria de 08 ms Desejase calcular o motor elétrico que movimentará o deslocamento desse elevador de carga atendendo a essa faixa de velocidade sendo que nessa carga máxima já está incluso o peso da estrutura do elevador Sabemos que T P P F V e que a força tangencial FT será a carga total a ser transportada pelo elevador e a velocidade periférica Vp de 08 ms Para vp de 08 ms precisaremos de um motor T P P F V 4960 W P P 4960 W U1 Princípios básicos de acionamentos 38 Pesquise mais Nesse caso o motor ideal para a aplicação seria de 4960 W No mercado encontramos os motores elétricos em cv cavalovapor que corresponde ao seguinte 1 cv 7355 W Dessa forma terá que se encontrar o motor em potência cv 7355 w cv P P 4960 7355 Pcv 674 cv Pcv Para adquirir mais conhecimentos em elementos de máquinas e sobre sistemas de transmissões de potências recomendamos que leia e busque mais informações sobre os assuntos desta disciplina Uma fonte de conhecimento interessante são os vídeos do telecurso que tratam do tema desta seção Você poderá acessar esse conteúdo através do link disponível em http globotvglobocomfundacaorobertomarinhotelecursovtelecurso profissionalizanteelementosdemaquinasaula011305675 Acesso em 11 out 2017 Tipos de perdas em motores elétricos por sistemas mecânicos e elétricos Em sistemas de transmissão é comum verificar perdas de potência ocorrendo devido às das engrenagens polias correntes suportes causadas pelo atrito entre as superfícies viscosidade do lubrificante deslizamento e desalinhamento entre correia e polia etc O estudo de viabilidade para levar uma empresa ao nível melhor de eficiência energética requer muitas vezes a troca dos motores convencionais por motores de alto rendimento pois motores convencionais são produzidos com materiais de qualidade inferior aos de alto rendimento o que resulta em perdas maiores pela sua própria forma construtiva Já a utilização de materiais de alta qualidade com um projeto mais otimizado e de grande performance implica em motores que consomem menos energia produzem potência equivalente operam em uma maior faixa de temperatura e fator de serviço maior U1 Princípios básicos de acionamentos 39 Reflita Sabese que a potência entregue no eixo do motor elétrico é menor do que a potência de alimentação ou seja rendimento porém o que causa tais diferenças são as perdas internas do motor das quais podemos citar Perdas por efeito Joule nas bobinas de estator e rotor perdas no cobre Perdas magnéticas no estator e rotor em virtude do efeito de histerese e das correntes induzidas perdas no ferro Perdas por má ventilação Perdas por atrito dos mancais perdas mecânicas Outra perda referente ao sistema elétrico são as quedas de tensões causadas pelos acionamentos dos motores quando estes são dimensionados de forma errada o que gera perturbações e agrava as condições de segurança do processo Na próxima seção além de verificarmos os dados de placa dos motores analisaremos pontos importantes sobre a instalação e principais aspectos para considerar na seleção de um motor Conhecendo as perdas geradas pelos sistemas que compõem a aplicação seja elétrico ou mecânico sempre há possibilidades de minimizar o impacto De acordo com Litman Maccoy e Douglass 1990 estimase que as perdas por efeito joule e dispersão tanto no estator quanto no rotor variam de 10 a 55 porém as ações para redução desse efeito estão associadas à engenharia construtiva do motor Já as perdas mecânicas por atrito e ventilação variam de 5 a 15 Pense e discuta com os demais na sala de aula sobre quais seriam as boas práticas com o intuito de minimizar essas perdas Retornando à empresa KLS acionamentos na primeira etapa do projeto você desenvolveu um diagrama representativo com as informações bases de um acionamento para motores elétricos Pelo bom resultado entregue na primeira fase do projeto você foi escalado para compor a segunda fase na qual o cliente forneceu Sem medo de errar U1 Princípios básicos de acionamentos 40 alguns dados sobre o sistema mecânico que comporá a máquina de envase De acordo com o cliente o motor elétrico será acoplado diretamente ao sistema mecânico que tracionará a rosca sem fim do envase usando talvez uma caixa de redução com acoplamento direto ou outro sistema que possa controlar a velocidade O motor elétrico que o cliente possui estava há um certo tempo parado e a placa de identificação descreve a rotação nominal com 1800 rpm Desejase saber antes de passar para a próxima fase do projeto qual a velocidade final na carga adicionada se a caixa de redução possui os módulos Z120 Z280 e Z3144 conforme ilustrado na Figura 117 Você seria capaz de definir qual a relação entre força torque e potência Qual outro sistema de acionamento poderia ser utilizado para controlar a velocidade Fonte elaborada pelo autor Figura 117 Sistema de transmissão mecânica fornecido pelo cliente Para calcular a relação de transmissão que resulta na potência de saída para o envase da máquina usaremos a seguinte relação de engrenagens 1 2 2 1 n Z n Z Note que o sistema de transmissão utilizado possui dois estágios pinhão de Z1 para coroa de Z2 pinhão central de Z2 para coroa de Z3 Consequentemente teremos uma potência no primeiro estágio que alimenta o segundo estágio e sua potência de saída U1 Princípios básicos de acionamentos 41 1º estágio Z120 Z280 e n11800 rpm 1 2 2 1 n Z n Z 2 1800 80 20 n 2 450 rpm n 2º estágio Z20 Z3144 e n1450 rpm 1 2 2 1 n Z n Z 2 450 144 20 n 2 625 rpm n Para esse sistema de transmissão de potência acoplado em um motor de 1800 rpm obtémse na saída uma velocidade de 625 rpm Definindo o sistema de transmissão mecânica para o elevador de carga Descrição da situaçãoproblema Retornando ao elevador de carga da siderúrgica com as informações de altura entre os pavimentos de 6 metros velocidade crítica de 08 ms e carga máxima de 6200 N O motor elétrico encontrado possui potência de 4960 W ou 674 cv e nesse caso será utilizado um de 8 polos ou seja 900 rpm Têmse disponíveis 4 polias duplas 60 mm 100 mm 180 mm e 220 mm Por serem duplas significa que é possível o acoplamento direto ou sequencial das polias Desejase saber o quanto de rotação cada conjunto de polias pode oferecer de saída para que seja possível projetar um acionamento dentro dessas características Resolução da situaçãoproblema Pois bem a relação de potência para polia poderá ser definida por 1 2 2 1 n D n D Lembrese de que o que desejamos é um sistema redutor dessa forma as polias menores é que transmitem potência para as polias maiores Avançando na prática U1 Princípios básicos de acionamentos 42 O Quadro 14 possui os modelos e possibilidades de resultado com os conjuntos de polias você preencherá com os valores encontrados Quadro 14 Valores de rotação para conjuntos de polias Transmissão Cálculo Duas Polias 60 mm 100 mm 1 2 2 1 n D n D 2 900 100 60 n 2 900 60 540 rpm 100 n Duas Polias 60 mm 180 mm 2 900 60 300 rpm 180 n Duas Polias 60 mm 220 mm 2 900 60 24545 rpm 220 n Três Polias lembrese de que em sistemas de acoplamento direto as polias intermediárias são irrelevantes nos cálculos o que importa é a relação da motora e da movida 60 mm 100 mm 180 mm 2 900 60 300 rpm 180 n 60 mm 100 mm 220 mm 2 900 60 24545 rpm 220 n Quatro polias em sistemas de estágios pois se fossem de acoplamento direto as polias intermediárias poderiam ser desconsideradas nos cálculos Para o 1º estágio de transmissão 60 mm 100 mm Para o 2º estágio de transmissão 180 mm 220 mm 1º estágio 1 2 2 1 n D n D 2 900 100 60 n 2 900 60 540 rpm 100 n 2º estágio 3 2 3 2 D n n D 3 540 220 180 n 3 540 180 44182 rpm 220 n U1 Princípios básicos de acionamentos 43 Fonte elaborado pelo autor Quatro polias em sistemas de estágios Para o 1º estágio de transmissão 60 mm 180 mm Para o 2º estágio de transmissão 100 mm 220 mm 1º estágio 1 2 2 1 n D n D 2 900 180 60 n 2 900 60 300 rpm 180 n 2º estágio 3 2 3 2 D n n D 3 300 220 100 n 3 300 100 13636 rpm 220 n Agora que já é sabido o quanto de rotação cada conjunto de polias pode oferecer de saída com as polias fornecidas a próxima etapa deste projeto é garantir que o sistema atenda às especificações subir uma carga de 6 m a uma velocidade de 08 ms Para isso é preciso calcular qual seria a velocidade necessária na saída quando a última polia for ou a de 100 ou a de 180 ou 220 mm e verificar qual configuração atende a esse requisito 1 Na construtora ConstruFácil o concreto é feito em uma betoneira que foi instalada no primeiro pavimento dos oito a serem feitos Vendo a dificuldade e o tempo perdido no atual sistema de deslocamento das latas de concreto o mestre de obra solicitou ao técnico que desenvolva um projeto com a finalidade de solucionar essa dificuldade Cada lata pesa em média 50 kg ou 492 N e através de um sistema de polias e cordas o ajudante da obra gasta em torno de 24 segundos para levar a lata até o 3º andar aproximadamente 8 metros Para ser viável o projeto a eficiência do sistema tem de ser no mínimo 15 segundos e deve poder levantar o dobro do peso atual Ajude o técnico e marque a opção com os dados do projeto em termos de velocidade força total potência em watts e em cv a VP 033 ms F 984 N P 3247 W P 044 cv b VP 053 ms F 984 N P 5215 W P 07 cv Faça valer a pena U1 Princípios básicos de acionamentos 44 c VP 033 ms F 984 N P 5215 W P 07 cv d VP 053 ms F 984 N P 3247 W P 044 cv e VP 188 ms F 984 N P 5234 W P 07 cv 2 Para comprovar os cálculos dos sistemas de transmissão mecânica um técnico pegou alguns conjuntos de polias e engrenagens com intuito de encontrar o de menor redução e poder aplicar em seu projeto com acionamento em partida direta O projeto já possui um motor elétrico trifásico de 025 cv ligado em 220 V na rede de 60 Hz Ao medir a rotação do eixo usando um tacômetro verificou algo próximo de 1000 rpm Os conjuntos são Três engrenagens acopladas em série diretamente com dentes iguais a Z1 100 Z2 200 e Z3 250 Duas polias de diâmetro D1 50 mm e D2 200 mm Quatro engrenagens em 2 estágios Z1 50 Z2 100 e pinhão de 50 dentes e no 2º estágio Z3 250 Quatro polias em 2 estágios D1 50 D2 100 e pinhão de 50 mm e no 2º estágio D3 200 Analise a alternativa que possui a melhor redução a Somente a I está correta b Somente a II está correta c Somente a III está correta d Somente a IV está correta e III e IV estão corretas 3 Ao selecionar algumas polias para aplicar no projeto de um pequeno ventilador da granja o Sr João anotou algumas medidas porém ficou com dúvida sobre quais utilizar Esse ventilador precisa manter uma rotação de 2800 rpm para que o galpão de frangos fique bem fresco Sendo que o motor que o Sr João possui é de 1800 rpm trifásico de 3 cv Marque a opção que melhor apresenta a relação do sistema redução ou ampliação e quais são as medidas de que ele precisa para concluir o projeto a Menor diâmetro para polia motora maior diâmetro para polia movida redução de velocidade b Maior diâmetro para polia motora menor diâmetro para polia movida redução de velocidade c Menor diâmetro para polia motora maior diâmetro para polia movida ampliação de velocidade d Maior diâmetro para polia motora menor diâmetro para polia movida ampliação de velocidade e Maior diâmetro para polia motora maior diâmetro para polia movida ampliação de velocidade U1 Princípios básicos de acionamentos 45 Características dos motores elétricos Estamos chegando ao término da unidade esperamos que você seja capaz de definir o que é acionamento compreenda a diferença entre os tipos de motores elétricos e saiba identificar os blocos estruturais de um sistema de acionamento elétrico Tendo esses conceitos bem claros somados aos fundamentos de cargas e sistemas mecânicos conforme estudado na seção anterior podese dizer que você estará apto a analisar e propor soluções Esta seção trará a você a competência para identificar os dados de um motor elétrico e as formas de instalação Fechando a seção veremos algumas boas práticas no momento da instalação bem como cuidados na hora de fazer o seu acionamento Os próximos passos serão os dimensionamentos dos acionamentos elétricos para o tipo de aplicação e motor elétrico escolhido Agora é o momento de fechar a terceira etapa do projeto que você está desenvolvendo na empresa KLS Acionamentos Para tanto foi feita uma visita ao local em que a máquina de envase do cliente será instalada Tanto a equipe como você observaram a presença considerável de umidade e bastante poeira Ao retornar para o escritório da empresa você levou consigo o motor para testes no laboratório Conforme as condições do ambiente em que visitaram qual o tipo de carcaça do motor seria mais adequado para esse tipo de aplicação Para melhor detalhar a proposta de projeto quais são as perdas que você e sua equipe analisam que podem ocorrer em um motor Ao energizar o motor no laboratório simulando a aplicação em que será instalado você percebeu um sobreaquecimento do mesmo Você seria capaz de indicar quatro possíveis problemas e quais seriam as possíveis soluções para este sobreaquecimento Finalizando essa terceira parte o projeto para o cliente da máquina de envase estará bem definido e com os relatórios dos resultados das etapas anteriores poderemos prosseguir para o dimensionamento dos componentes Bons estudos Seção 13 Diálogo aberto U1 Princípios básicos de acionamentos 46 Lembrese Características relevantes dos motores elétricos A escolha de um motor elétrico não é aleatória É necessário conhecer o tipo de sistema de acionamento as características do ambiente e a forma como será instalado esses são apenas alguns dos pontos a serem considerados ao especificar qual o melhor motor elétrico para nosso projeto Independentemente do tipo do motor CA ou CC ele deve satisfazer as necessidades da aplicação em potência capacidade de ventilação eficiência rendimento e detalhes na forma construtiva Devido ao grau de importância e quantidade de informações posteriormente será feita uma abordagem dos dados de placa e da forma construtiva Tanto para motores CA e CC temos modelos construtivos diferentes com capacidades variadas que foram desenhadas para aplicações específicas Existem os motores para aplicações em ambientes hostis e até ambientes livres de contaminação assim como temos os motores de aplicação universal e motores dedicados como os motores CC usados em máquinas computadorizadas para usinagem de precisão os CNC Comando Numérico Computadorizado Através da Figura 118 são mostradas algumas das principais características e em seguida a definição das mesmas Fonte elaborada pelo autor Figura 118 Características relevantes para especificar motores elétricos Não pode faltar U1 Princípios básicos de acionamentos 47 Potência mecânica dada em Watts é definida pela relação torque e velocidade ou representada na equivalência de cavalovapor cv Corrente elétrica podese definir em corrente a plena carga corrente de rotor bloqueado pico máximo de corrente durante a partida e corrente de fator de serviço em casos de operação em sobrecarga Em termos construtivos modela o tamanho da caixa de conexão para cabos condutores vindos dos elementos de manobra e proteção Eficiência é definida pelo valor de saída sobre o valor de entrada em se tratando de motores temos a relação entre a potência mecânica de saída e a potência elétrica de entrada Para categorizar um motor elétrico dentro dos valores de eficiência geralmente de 75 a 98 ele deverá consumir menos energia e o desempenho deve ser igual ou maior que os valores de plena carga fornecidos pela norma NEMA MG1 Quando utilizamos de partidas simples sejam diretas ou indiretas não é possível fazer um controle de velocidade de saída com relação à demanda da carga sendo necessário de acordo com a necessidade e a aplicação o uso de partidas por chaves eletrônicas ou conversores de frequência Perdas o ideal é que a potência elétrica de entrada do motor seja convertida no eixo do rotor em potência mecânica mas ocorrem perdas nesse sistema As perdas foram citadas na seção anterior caso não se lembre recomendamos que retorne e tome nota sobre as perdas no núcleo perdas de resistência no estator e rotor perdas mecânicas e perdas por correntes parasitas Temperatura se tudo estiver bem dimensionado e o motor operando nas condições favoráveis quanto ao IP grau de proteção os problemas que podem surgir são referentes à temperatura tanto externa quanto interna do motor Como meio de solução podemos ter o uso de ventiladores forçados acoplados na parte traseira do motor que funcionam independentes da velocidade do motor atuando assim de forma direta e proporcional sobre a temperatura da massa de calor que está em volta do mesmo U1 Princípios básicos de acionamentos 48 Temperatura ambiente grande parte dos motores são projetados para trabalhar em ambientes com temperatura de 40ºC em casos específicos podem ser projetados para temperaturas ambientes maiores o que já considera a partida e o estado de funcionamento do motor em plena carga e contínuo Perdas por aumento de temperatura o calor afeta diretamente o aumento da temperatura que por sua vez potencializa as perdas elétricas e mecânicas Perdas por diminuição da temperatura em aplicações mais específicas em que o motor poderá operar nas temperaturas abaixo de 20ºC tornase um problema Primeiro com a condensação é necessária maior drenagem ou instalação de resistência de aquecimento Outro ponto é a formação de gelo nos mancais o que resulta em enrijecimento do meio lubrificante exigindo a utilização de lubrificantes especiais anticongelante Classe de isolamento letra que categoriza a capacidade do motor em suportar certo nível de temperatura sem comprometer a isolação Importante observar que a soma das temperaturas ambiente ponto quente e de aumento não podem ultrapassar a temperatura de projeto do isolamento Requisitos de carga foram apresentados na última seção de modo que os requisitos estão diretamente ligados à escolha do motor pois o objetivo é atendermos à aplicação com um acionamento que forneça torque potência e velocidade Substituição substituição de motores ocorre pelo tempo de uso visto que o motor poderá ser rebobinado porém há perda considerável em sua eficiência e por incompatibilidade com o mercado local por exemplo máquinas importadas com motores IEC ou NEMA Caso surja a necessidade de troca consideramos Potência mecânica conversão de kW em cv Frequência de trabalho 50 Hz ou 60 Hz Dimensões mecânicas carcaça flange eixo do rotor etc Modelo da carcaça ou grau de proteção aberto fechado IP U1 Princípios básicos de acionamentos 49 Classe de isolamento Regime de serviço Análise de motores elétricos sobre a forma construtiva A forma construtiva poderá ser analisada em três aspectos carcaça fixação e acoplamento Na seção anterior vimos os modelos de motores em sua forma construtiva com relação à fixação e ao acoplamento flange e pés Nesta seção você estudará sobre os projetos de carcaça que são categorizados basicamente em carcaça aberta e fechada A carcaça é o invólucro que protege as bobinas do ambiente externo ao mesmo tempo serve como suporte do eixo e se aplicável do ventilador de resfriamento Motores com carcaça aberta à prova de gotejamento ODP Open DripProof estão expostos e poderão receber gotas de líquidos ou pequenos corpos sólidos Grande parte das aplicações industriais utilizam desse projeto de motor desde que o ambiente apresente pouca poeira e seja livre do contato com partículas perigosas por exemplo cavacos metálicos faíscas entre outros que poderão comprometer a isolação dos condutores da bobina ou danificar o eixo do rotor Ilustrado pela Figura 119 a Motores com carcaça totalmente fechada arrefecidos por ventiladores TEFC Totally Enclosed FanCooled são os motores mais fechados que os de projeto ODP possuem ventiladores instalados na parte contrária à do eixo de saída São aplicados em ambientes mais expostos à poeira e bastante úmidos Ilustrado pela Figura 119 b Motores com carcaça totalmente fechada não ventiladas TENV Totally Enclosed Nonventilated utilizam da própria carcaça para dissipar a temperatura interior em torno de si e o ar ambiente é quem flui pela estrutura fazendo a troca de calor São comuns em setores têxteis em que os pequenos fiapos dos tecidos poderiam enrijecer o rolamento que acopla o eixo criando uma carga indesejada Por não terem nenhum sistema de arrefecimento são de pequenas potências Ilustrado pela Figura 119 c U1 Princípios básicos de acionamentos 50 É importante frisar aqui que os modelos ODP TEFC e TENV são indicados pela norma NEMA quando se tratam de normas IEC usamos o grau de proteção IP proteção para entrada de objetos sólidos e líquidos Fonte httpwwwwegnetfilesphotosproductsODPazulB3DGjpg Acesso em 3 out 2017 Fonte httpwwwwegnetfilesphotosproductsW22coolingtowerusaGjpg Acesso em 3 out 2017 Fonte httpwwwwegnetfilesphotosproductsTENVVectorDutyMotorGjpg Acesso em 3 out 2017 Figura 119a Carcaça ODP Figura 119b Carcaça TEFC Figura 119c Carcaça TENV U1 Princípios básicos de acionamentos 51 Fonte elaborada pelo autor Figura 120 Modelo de placa de identificação de motor elétrico Há ainda os motores cujos projetos de carcaça são desenvolvidos para ambientes de riscos explosivos classe I ou inflamáveis classe II Como classe I entendese que o motor será exposto a líquidos vapores e gases explosivos e a estrutura projetada evita o contato ou reação entre e motor e condições ambientes Na classe II temos os ambientes de ignição de poeira como poeiras de carvão grãos farinha e de combustíveis Leitura de dados através da placa de identificação dos motores elétricos Através da placa de identificação conseguimos dados importantes e necessários tanto na operação como no desenvolvimento do acionamento A Figura 120 exemplifica o modelo de placa de identificação que vem junto ao motor U1 Princípios básicos de acionamentos 52 1 Campo que identifica o tipo de rede elétrica em que o motor poderá ser instalado e o tipo do motor em termos de sistema elétrico seguido do tipo de carcaça data de fabricação e número de lote Na Figura 120 temos no campo 1 Corrente alternada motor trifásico 3 carcaça 90L fabricado em MêsAno XXYY pertencente ao lote FB00000 2 Frequência da rede elétrica em que o motor poderá ser instalado 3 Categoria do conjugado conforme norma NBR17094 4 Potência do motor dada em kW e cv 5 Rotação nominal do eixo do motor sob carga nominal 6 Fator de serviço que se trata do fator que indica a capacidade de sobrecarga contínua permissível que pode ser aplicada ao motor oferecendo uma margem de segurança em condições desfavoráveis ao motor 7 Classe de isolação que é definida pelas categorias A E B F e H sendo consideradas as temperaturas ambientes e temperaturas nas ranhuras ou carcaça do motor Porém a temperatura não é uma função linear então por norma mesmo o motor obedecendo às categorias de isolação é obrigatório operar em certa porcentagem abaixo do máximo definido Assim garantimos o bom funcionamento e vida útil do motor A O Quadro 15 apresenta os dados de cada categoria Fonte elaborada pelo autor Quadro 15 Classe de isolação para motores de indução trifásico ABNT NBR170941 Classe Temperatura máxima ºC Temperatura ambiente ºC Valor a ser considerado para operação Aplicações A 105 40 10 Normais E 120 40 10 Especiais B 130 40 10 Especiais F 155 40 10 Especiais H 180 40 15 Especiais U1 Princípios básicos de acionamentos 53 Fonte elaborado pelo autor Quadro 16 Regime de serviço para motores de indução trifásico ABNT NBR170941 Regime de serviço Característica S1 Regime contínuo S2 Regime de tempo limitado S3 Regime intermitente periódico S4 Regime intermitente periódico com partidas S5 Regime intermitente periódico com frenagem elétrica S6 Regime de funcionamento contínuo periódico com carga intermitente S7 Regime de funcionamento contínuo periódico com frenagem elétrica S8 Regime de funcionamento contínuo periódico com mudanças correspondentes de carga e rotação S9 Regime com variações não periódicas de carga e rotação S10 Regime com cargas e rotações contínuas distintas 8 Número de vezes que a corrente de partida é maior que a nominal Para obter o valor da corrente de partida é necessário saber a correte nominal para aplicarmos a seguinte fórmula P P N N I I I I 9 Grau de proteção que é definido pela norma NBR IEC 60529 Graus de proteção providos por invólucros Códigos IP substituta da NBR 6146 desde 2005 Em motores elétricos apenas dois dígitos são utilizados sendo o primeiro para proteção de corpos sólidos e o segundo para proteção contra líquidos 10 Tensões nominais do motor Geralmente os motores suportam mais de duas tensões diferentes para funcionamento conforme o seu esquema de ligação das bobinas 11 Corrente nominal do motor que varia conforme a tensão em que o motor será ligado na rede 12 Regime de serviço que diz sobre como o motor irá se comportar em relação ao tipo de carga e acionamento que podem causar elevadas temperaturas em curto espaço de tempo O regime é defino pela norma NBR17094 O Quadro 16 mostra os regimes normalizados U1 Princípios básicos de acionamentos 54 Assimile Reflita 13 Tipos de conexão dos enrolamentos ou como conhecido em campo o tipo de fechamento feito nos condutores do enrolamento para acionamento 14 Neste campo temos os tipos de rolamentos utilizados no projeto do motor elétrico presentes no eixo do rotor tanto na parte dianteira como na traseira na Figura 121 foi utilizado o tipo 6205zz e 6204zz que são rolamentos rígidos radiais esféricos Na mesma linha de identificação do campo 14 há o tipo de lubrificante utilizado 15 Rendimento é a relação entre potência ativa produzida pelo motor e a potência ativa solicitada à rede elétrica para o funcionamento do motor 16 Fator de potência é uma relação entre a potência ativa e potência reativa indicando a eficiência do uso da energia O adequado para o sistema elétrico seria manter o fator de potência próximo a 1 um Diversas vezes foram citadas as decorrências depreciativas do aquecimento nos motores pois seu efeito é capaz de reduzir a vida útil pela metade Quando há uma elevação de 10 C na temperatura de isolação vemos ser provocado o envelhecimento do isolamento chegando ao limite que é quando acontece um curtocircuito interno inviabilizando em muitos casos a manutenção ou comprometendo a estrutura mecânica do motor Porém a vida útil dos motores está associada também a outros efeitos sobre a ótica das condições de instalações como umidade vapores corrosivos vibrações contato com agentes químicos e abrasivos etc Analisamos o rendimento do motor em termos de potência nominal e potência mecânica Em função da potência nominal há perdas consideráveis quando o motor é de baixa potência nominal Lembrese da disciplina de máquinas elétricas temos uma corrente considerável de armadura juntamente com as resistências ôhmicas dos condutores que elevam as perdas no enrolamento de armadura Dessa forma a indução para o enrolamento do rotor será bem baixa Quando se aumenta a potência nominal o rendimento ficará maior U1 Princípios básicos de acionamentos 55 Em função da potência mecânica ou seja potência no eixo do motor a concepção é que o motor deve trabalhar com a carga próxima do que foi projetado assim seu rendimento será maior ou próximo ao valor indicado na placa Trabalhando com baixas cargas o rendimento diminui devido às perdas entre armadura e rotor Pontos importantes para instalação e acionamento de motores elétricos Observe a Figura 121 Ela ilustra uma pequena aplicação em que o motor é o propulsor de uma bomba centrífuga de líquidos Essa aplicação pode ser feita com motores chamados motobombas periféricas ou como na figura motores elétricos cuja tampa dianteira seja um flange para acoplamento com a bomba centrífuga ou turbina Fonte httpspixabaycomptbombaamC3B4nianhC2B3refrigeraC3A7C3A3o1758554 Acesso em 15 nov 2017 Figura 121 Motor com flange acoplada em uma bomba centrífuga A Figura 122 mostra uma aplicação real com as tubulações e fundações U1 Princípios básicos de acionamentos 56 Fonte httpspixabaycomptbombabombacentrC3ADfugaindC3BAstria2338716 Acesso em 15 nov 2017 Figura 122 Aplicação da bomba centrífuga O motor possui diversas formas de fixação como já foi visto nesta seção dando liberdade de posição e angulação seja por pés ou flange diretamente acoplado em máquinas ou possuindo uma fundação como na Figura 122 Em ambas superfícies é desejado o mínimo de vibração e que seja possível o alinhamento entre motor e carga Com relação à fixação o que determina a forma como será instalado é a própria aplicação Há casos em que os pés especificamente são parafusados ou mesmo soldados Na visão de manutenção ter motores soldados nas estruturas de apoio ou da máquina significa que ocorrerá um desalinhamento muito pequeno ou praticamente nulo analisando o lado do motor porém se ocorrer a necessidade de substituição será um dificultador bastante considerável Outro aspecto a ser considerado é o alinhamento de motor e de carga sendo que o desalinhamento provoca vibração e falhas no sistema mecânico por exemplo rolamento do motor rolamento da carga entre outros Quando o motor é posto em aplicações com acoplamento direto significa que torque e velocidade possuem relação 11 Nesses casos o eixo do rotor tem de estar centralizado com o eixo da carga sendo admissível um leve desalinhamento suportado pelo acoplamento flexível U1 Princípios básicos de acionamentos 57 Pesquise mais Nas aplicações que demandam baixa velocidade e alto torque usa se o acoplamento por sistema de transmissão de potência como já estudado além das engrenagens ou poliascorreias O alinhamento para deixar os eixos centrados pode ser feito com calço pedaço fino de metal nos pés do motor ou de forma mais exata e precisa com o alinhamento a laser Em casos de poliacorreia é utilizado o medidor de tensão da correia evitando que fique frouxa ou apertada se frouxa pode escorregar e não haverá contato se apertada haverá sobrecarrega nos rolamentos dos eixos Em termos de acionamentos elétricos algumas observações deverão ser feitas Aterramento tanto para o motor quanto para o equipamento e a estrutura que esteja passível de contato recomendase o aterramento como precaução a choques elétricos e descargas eletrostáticas Além da proteção ajuda a reduzir os ruídos elétricos indesejados Níveis de tensão os motores são projetados para operar dentro de uma faixa menor que 10 da tensão elétrica informada na placa de identificação pois para uma porcentagem maior significa que há um desbalanceamento entre fases que afetarão negativamente o desempenho do motor e sua vida útil de serviço Para o bom funcionamento dos motores elétricos e para prolongar a vida útil dos mesmos a manutenção preventiva regular só tem a somar Recomendase que nos registros de manutenção seja feito um checklist que vai desde a inspeção dos sistemas mecânicos até os acionamentos elétricos que envolvem os motores O livro Motores Elétricos e Acionamentos do autor Frank D Petruzella apresenta uma abordagem muito interessante e bastante importante para sua formação sobre análise de defeitos Os temas são Guia de análise de defeitos páginas 167 e 168 Quadro de análise de defeitos páginas 169 e 170 Fluxograma de análise de defeitos páginas 171 e 172 U1 Princípios básicos de acionamentos 58 Exemplificando O material poderá ser encontrado na biblioteca virtual da Kroton através do parceiro Minha Biblioteca ou através do link httpsbibliotecavirtual comdetalhesparceiros5 Referência completa da obra PETRUZELLA Frank D Motores elétricos e acionamentos 13 ed Tradução José Lucimar do Nascimento Série Tekne Porto Alegre AMGH 2013 372 p A empresa ProdutosJá responsável por separar e entregar as mercadorias de varejistas aos clientes finais utiliza um sistema transportador com três esteiras equipadas por sensores de barreira fazendo a contagem de pacotes que entram e saem e sensores que fazem a leitura dos códigos de barra e enviam a informação ao controlador para acionar os atuadores que farão a separação dos produtos conforme estratégia de logística Ambas esteiras são de torque constante com um motor elétrico de 15 cv 8 polos ligado em 380 V trifásico acoplado por uma caixa de redução cuja saída é de 50 rpm Após certo tempo de operação os motores estão aquecendo e parando fazendo com que o serviço fique atrasado Com a análise do técnico contratado foram relatadas as seguintes observações Os motores são do tipo ODP com bastante poeira devido ao telhado ser de amianto e ao galpão estar constantemente com as portas abertas É uma constatação provável visto que a poeira pode ter criado uma camada grossa em torno do motor e está impossibilitando a ventilação além de ter poeira enrijecendo os rolamentos e possivelmente diminuindo a eficiência do resfriamento obstruindo a entrada e saída de ar do ventilador Temperatura ambiente agradável em torno de 27C o que não se torna um fator de risco Recalculando o motor necessário nesta aplicação constatouse que seria necessário algo próximo de 137 cv ou seja o motor atual está bem dimensionado e esta não será a causa do problema Em conversa com o supervisor o problema começou depois que colocaram alguns novos equipamentos no galpão o que era estranho pois esse transportador é acionado cedo e desligado somente à noite Ou seja poucas partidas Mas será necessário observar como U1 Princípios básicos de acionamentos 59 esses novos equipamentos foram instalados pois possivelmente há um desiquilíbrio entre as fases Fazendo os testes na rede que alimenta o motor o técnico detectou os seguintes valores 381 V 335 V e 333 V Usando o cálculo para encontrar a porcentagem de desequilíbrio que consiste em 1 obter a diferença entre a tensão nominal 2 obter a média das tensões coletadas ou seja somar as tensões entre fases e dividir pela quantidade de medições 3 dividir o valor encontrado pela média e multiplicar por 100 para obter a porcentagem de desequilíbrio 2 335 333 381 34967 V 3 1 380 34967 3033 V 3 3033 100 867 34967 O valor de desequilíbrio está muito alto e próximo do máximo permitido para o motor elétrico Aprofundando mais sobre o motivo dos valores encontrados o técnico verificou que a empresa não tem um gerenciamento de distribuição de carga e com isso as fases R e S estavam sobrecarregadas Outro motivo detectado diz respeito à resistência e isolação dos condutores Usando o megômetro devido a um baixo valor de resistência entre fases o técnico encontrou um condutor na calha de passagem de cabos com a isolação comprometida Em seguida foi feita a limpeza da carcaça a limpeza do sistema de ventilação a troca do rolamento do rotor e a limpeza do painel elétrico Ao reiniciar o transportador e acompanhar o processo durante um tempo o problema foi solucionado Agora é o momento de fechar a terceira etapa do projeto que você está desenvolvendo na empresa KLS Acionamentos Para tanto foi feita uma visita ao local em que a máquina de envase do cliente será instalada Tanto a equipe como você observaram a presença considerável de umidade e bastante poeira Ao retornar para o escritório da empresa você levou consigo o motor para testes no laboratório Conforme visita técnica no local em que o projeto em desenvolvimento pela KLS Acionamentos será instalado foi detectado Sem medo de errar U1 Princípios básicos de acionamentos 60 pela equipe e você as condições severas do ambiente como umidade e poeira O motor elétrico cedido pelo cliente passará por uma análise mais detalhada com relação aos dados da placa de identificação carcaça e condições gerais para funcionamento Foi questionado a você qual o tipo de carcaça mais adequado nesta aplicação quais as perdas previstas e as possíveis soluções para o aquecimento do motor elétrico quanto energizado Primeiramente pensando nas condições ambientes umidade e poeira os motores do tipo ODP não são indicados por terem aberturas diretas ao enrolamento Os de modelo TEFC são os mais indicados pois as carcaças são fechadas há ventiladores instalados no próprio motor Se a velocidade final do rotor for baixa não sendo suficiente para a ventilação recomendase a instalação de ventilação forçada ou externa Sobre as perdas pode ser relatado o efeito da temperatura ambiente efeito da temperatura causada pela sobrecarga desbalanceamento da rede elétrica perdas do sistema mecânico de acoplamento e perdas por rendimento Identificar possíveis causas sem o conhecimento detalhado das condições de instalação que inclui sistema mecânico sistema de acionamento e ambiente de atuação não é tarefa simples De qualquer forma aquecimento em motores pode ser causado quando Temperatura ambiente exceder os 40ºC para motores de classe de isolação A Solução diminuir a temperatura nem sempre é possível quando isso ocorre a recomendação é que se instale um sistema de ventilação forçado Capacidade do motor no limite máximo Solução substituir por um de maior potência Sujeira e obstruções no motor Solução limpar a carcaça aspirar a poeira nos enrolamentos remover qualquer obstrução que impeça a circulação de ar pela carcaça e tampa do ventilador lubrificar os rolamentos ou mesmo trocar Tensão de linha 10 maior ou menor que o indicado na placa de identificação do motor U1 Princípios básicos de acionamentos 61 Solução verificar e identificar as causas dessa diferença de 10 no valor da tensão Talvez seja interessante um regulador de tensão ou substituir por um motor que trabalhe com faixas maiores de tensões de trabalho Checklist de manutenção para motores elétricos Descrição da situaçãoproblema A Pet Legal empresa de fabricação de ração possui muitos motores instalados porém não há uma regularidade quanto à manutenção dos equipamentos e às paradas por necessidades ou seja corretivas Na reunião de setores foi dada a ideia de adquirir um software de gerenciamento de manutenção e criar a cultura de manutenção preventiva bem como criar uma rotina para essas paradas planejadas O gerente de manutenção solicitou a você responsável pelos acionamentos de motores elétricos que desenvolvesse um checklist com os itens mais importantes e necessários a serem feitos durante uma manutenção planejada Resolução da situaçãoproblema Antes de começar a criar seu checklist será interessante conhecer de fato a aplicação em que for atuar pois não são só motores ou só acionamentos Lembrese de que tudo isso é um sistema então deve ser projetado com atenção e mantido com seriedade Como sugestão nesse cheklist você pode abordar o sistema mecânico que envolve os motores e consequentemente o sistema elétrico dos acionamentos Sistemas mecânicos Conferir alinhamento dos eixos aperto dos parafusos do flange aperto dos parafusos da base do motor tensão e condição da correia analisar e eliminar vibrações e ruídos presentes no sistema limpeza da grade de ventilação limpeza da carcaça do motor aspiração de resíduos ou líquidos no motor lubrificação conforme manual entre outros que identifique importante Avançando na prática U1 Princípios básicos de acionamentos 62 Sistemas de acionamentos Isolação dos cabos condutores troca das escovas de motores CC limpeza do comutador de motores CC aperto dos parafusos dos componentes do painel elétrico verificar cabos soltos analisar excesso de partidas e aquecimento do motor controlar e verificar desbalanceamento da rede elétrica controlar fator de potência etc Coloque essas informações em uma tabela sendo cada linha da tabela um passo a passo e uma coluna para colocar um OK validando cada etapa 1 A indústria de temperos Tempero da Terra está com problemas recorrentes em relação aos motores elétricos do tipo ODP que estão instalados nos misturadores Os motores com o tempo estão aquecendo gradualmente e as carcaças ficando comprometidas Para essa aplicação foram dadas as seguintes afirmativas Os motores apesar de estarem corretamente dimensionados não são de projetos específicos para serem instalados em ambientes severos os quais exigem motores fechados com pintura da carcaça exclusiva para tal aplicação ou de alumínio PORQUE Em termos práticos as carcaças ODP por possuírem aberturas na tampa dianteira permitem que o ar ambiente e neste caso bastante severo por causa dos temperos permeie os enrolamentos causando corrosão e oxidação Analisando essas afirmações concluise que a As duas afirmações são verdadeiras e a segunda justifica a primeira b As duas afirmações são verdadeiras e a segunda não justifica a primeira c A primeira afirmação é falsa e a segunda verdadeira d A primeira afirmação é verdadeira e a segunda é falsa e As duas afirmações são falsas 2 Analisando os dados de placa do motor com as condições ambientes o técnico de manutenção elétrica constatou as seguintes afirmativas com o objetivo de validar seu relatório sobre o porquê de os relés de sobrecarga estarem atuando constantemente mesmo que a soma das temperaturas esteja abaixo de 90C Informação importante em certos momentos do dia a temperatura ambiente sai dos 37C e chega por volta de 46C mas apenas em torno de uma hora Faça valer a pena U1 Princípios básicos de acionamentos 63 3 Após analisar a planilha de manutenção corretiva das máquinas no setor de tecelagem o técnico responsável planejou algumas rotinas para serem feitas na parada de manutenção preventiva Dentre essas rotinas programadas está a limpeza dos rolamentos e sistema de arrefecimento além de analisar e calcular o nível entre as fases que alimentam as máquinas no setor No dia da manutenção preventiva o técnico detectou os seguintes valores nos condutores de fase 218 V 207 V e 202 V para uma rede trifásica de 220 V Qual alternativa representa o valor correto do nível de tensão entre fases a 005 b 89 c 818 d 59 e 526 I Classe de isolação A permite que o motor trabalhe até uma temperatura de 105C II Como o motor é de baixa potência e modelo TEFC não há necessidade de ventilação III Os rolamentos são constantemente lubrificados e trocados fazendo o alinhamento dos acoplamentos IV A tensão na rede está com uma taxa de variação ruim 4 a 6 Marque somente as opções que comprovam as análises feitas pelo técnico como corretas a Todas estão corretas b Somente a I está correta c Somente a III está correta d I e IV estão corretas e Nenhuma das opções está correta ABNT ABNT NBR IEC 6003472013 Máquinas elétricas girantes 25 set 2013 Disponível em httpswwwabntcatalogocombrnorma aspxID304853 Acesso em 6 nov 2017 CHAPMAN S J Fundamentos de máquinas elétricas Tradução Anatólio Laschuk 5 ed Porto Alegre McGrawHill 2013 700 p FRANCHI C M Sistemas de acionamento elétrico 1 ed São Paulo Erica 2014 152 p FRANCHI C M Inversores de frequência teoria e aplicações 2 ed São Paulo Érica 2009 Grupo WEG Guia prático de treinamento técnico comercial motor Elétrico Jaraguá do Sul Unidade de Motores 2016 p 9 LITMAN T MACCOY G A DOUGLASS J G Energy Efficient Electric Motor Selection Handbook Washington State Energy Office 1990 MELCONIAN S Elementos de máquinas 10 ed São Paulo Érica 2012 PETRUZELLA F D Motores elétricos e acionamentos 13 ed Tradução José Lucimar do Nascimento Série Tekne Porto Alegre McGrawHill 2013 372 p MAMEDE FILHO J Instalações elétricas industriais 8 ed Rio de Janeiro LTC 2010 666 p Referências Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos Convite ao estudo Após a experiência que obteve desenvolvendo as tarefas na empresa KLS Acionamentos você está apto a continuar os estudos e proporcionar a melhor solução ao projeto que está trabalhando Nesta unidade você irá adquirir conhecimento sobre os principais métodos convencionais de partida de motores divididos em partidas diretas e indiretas podendo colocar em prática e consolidar mais ainda essas competências Mais uma vez você será posicionado perante a empresa KLS Acionamentos para que solucione os problemas que aparecerão tais demandas serão solicitadas ao passo que você progrida no estudo conhecendo e sendo capaz de analisar os projetos das partidas e de comprovar seus funcionamentos Não deixe de lado nenhum conhecimento e informação trabalhada na unidade anterior pois serão de grande utilidade não só nesta unidade mas em toda sua carreira Lembrese do projeto que estão elaborando para o cliente que está desenvolvendo uma máquina de envase para carvão Na Unidade 1 foi mapeado o sistema de acionamento o sistema de transmissão de potência em que o motor será acoplado e foram também levantados dados sobre o motor a ser utilizado Nesta importante etapa o gerente de projeto solicita a você que teste alguns métodos de partidas e que ao final possa esclarecer ao cliente qual será o melhor método Você será capaz de explicar os princípios de funcionamento das partidas diretas Quais os cuidados básicos que deverão ser previstos em projetos para as partidas indiretas O acionamento com chave eletrônica seria o mais indicado nessa aplicação Unidade 2 Ao término desta unidade você será capaz de responder a esses questionamentos Vamos a partir de agora explorar essas competências U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 67 Princípio de funcionamento das partidas de acionamentos Compreender o funcionamento dos métodos de partidas é tão importante quanto implementálos em prática A partir da próxima seção você poderá consolidar todos esses conhecimentos em laboratório mas antes é importante que saiba identificar os tipos de partidas e conheça seus funcionamentos Junto à equipe KLS Acionamentos que está desenvolvendo o projeto para uma máquina de envase de carvão você deverá estudar nesta nova etapa o funcionamento das principais partidas convencionais e expor para a equipe suas descobertas consolidando o conhecimento com o diagrama das partidas e algumas observações acerca de vantagens e desvantagens Na primeira etapa foi atribuída a você a tarefa de criar um diagrama representativo do sistema pois a partir dele é que se irá desenvolver as demais etapas Em seguida foram fornecidos mais dados sobre o motor elétrico e definida a rotação de saída do sistema de transmissão mecânica finalizando com um mapeamento das possíveis causas de depreciação e aquecimento do motor Ao longo do projeto foram apresentados os seguintes dados Motor elétrico de indução trifásico 1800 rpm modelo TEFC acoplado na máquina através de um sistema de transmissão de potência de dois estágios 450 rpm e 625 rpm Esses dados ainda são insuficientes para projetar o acionamento ideal contudo a outra equipe da empresa responsável por pesquisar mais detalhes da aplicação encontrou a placa de identificação do motor elétrico a ser utilizado na máquina de envase de carvão Você poderá ter acesso a todos os projetos utilizados no livro disponível em httpguimaraesconsultoriacombracionamentosde motoreseletricos Vamos iniciar os estudos e de forma gradativa você irá construir seu portfólio técnico com as experiências e conhecimentos desta disciplina Seção 21 Diálogo aberto U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 68 Partidas diretas e indiretas no acionamento de motores elétricos O acionamento por partida direta é o mais simples de ser desenvolvido pois os dispositivos de proteção e de comando atuam para que as fases de alimentação da rede cheguem diretamente ao motor Devido a tal simplicidade existem algumas observações como Deve ser feito somente o acionamento direto de motores elétricos com potência abaixo de 10 cv em instalações industriais devido ao alto pico de corrente de partida Deve ser feito o acoplamento com sistemas de transmissão de potências para evitar danos aos motores pois caso a carga fosse acoplada diretamente ao eixo do motor tanto em momentos de partidas ou de paradas a temperatura dos enrolamentos seria muito alta O acionamento causa queda de tensão no sistema de alimentação e poderá interferir no funcionamento de outros equipamentos instalados na mesma rede elétrica portanto é preciso fazer essa verificação para evitar problemas Devem ser evitados projetos subdimensionados pois devido à corrente de partida ser muito elevada isso pode acarretar em mal funcionamento do sistema Já os acionamentos com partidas indiretas são classificados como aqueles que por aplicação reduzem as altas correntes de partidas através de métodos para redução de tensão aplicada nos enrolamentos do motor Veja abaixo alguns exemplos Partida estrelatriângulo é realizada modificando o fechamento do motor ou seja conexão dos enrolamentos de tal forma que a corrente possa ser reduzida no momento de partida e em um segundo momento atingir a velocidade plena Partida compensadora é realizada com a inserção de um autotransformador fazendo o acionamento do motor através de uma tensão proporcional ao enrolamento utilizado Softstarters é realizada através de chaves eletrônicas de partida que serão objeto de estudo da próxima seção Não pode faltar U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 69 Pesquise mais Reflita Inversores de frequência é feita por meio deste tipo de controlador usado para o controle de velocidade dos motores elétricos Mais detalhes serão abordados na Unidade 4 Em geral os motores são selecionados a partir de algumas observações e análises feitas sobre a aplicação classificação desses motores se serão CA ou CC potência tensão de alimentação tensão nominal de operação etc Sobre a tensão nominal de operação ou as faixas de tensões em que o motor poderá funcionar ele viabiliza melhores formas de acionamento pois para um motor elétrico cuja placa de identificação informa apenas uma tensão de operação não poderá por exemplo ser acionado em partidas de redução de tensão como estrelatriângulo compensadora aceleração rotórica ou chaves eletrônicas estáticas Através da placa de identificação é possível além de saber as diferentes tensões de acionamento identificar também os terminais dos enrolamentos importantes para o correto fechamento das pontas ao tipo de partida Porém e quando não há placa de identificação Como deve ser feito Um dos procedimentos utilizados é a realização de alguns testes para mapear os terminais como os testes de continuidade e de indução a exemplo de motores elétricos de indução Com os testes de continuidade ou de baixa resistência é possível identificar os enrolamentos e com os testes de indução energizando pares de bobinas identificamos a polaridade do enrolamento Para visualizar este procedimento na prática compartilhamos dois vídeos um para identificação em motores trifásicos disponível em httpswwwyoutubecomwatchvVq6LtrCDOmA e outro para motores monofásicos disponível em httpswwwyoutubecom watchvF6NMPLfQtAE Acessos em 10 nov 2017 Princípios de funcionamento das partidas direta e estrelatriângulo A partida direta possui algumas formas de acionamentos com ou sem o circuito de comando por exemplo acionamento apenas com o disjuntor motor porém usaremos como objeto de estudo a partida direta com circuito de proteção e comando Através da Figura 21 é U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 70 possível analisar o fluxo de funcionamento da partida direta mesmo não tendo conhecimento dos componentes de projeto Fonte elaborada pelo autor Figura 21 Diagrama de blocos da partida direta simples para motores de indução trifásica Analisando a Figura 21 temos que No bloco de Comando temos uma fonte de alimentação de 24 VCC que alimenta todo o circuito ligado na mesma atendendo aos requisitos da norma NR12 O sinal da fonte está passando pelo bloco Contato Botão de Emergência que deverá dar permissão e continuidade ao sinal em seguida pelo bloco Contato Botão Liga Motor que quando pressionado por estar ligado ao bloco Bobina Contator fará com que com ocorra a comutação dos contatos no contator devido à energização de sua bobina Na parte de Carga é possível identificar que as fases R S T estão ligadas ao bloco Contato de potência Disjuntor Motor cuja saída está ligada ao bloco Contato de potência Contator que se conecta ao bloco representativo do motor elétrico juntamente com o cabo terra fazendo o aterramento da carga de tal forma que quando o bloco Contato Botão Liga Motor é pressionado permitindo a energização do bloco Bobina Contator a comutação ocorrerá tanto nos contatos U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 71 Pesquise mais de comando como nos contatos de carga o que resulta na alimentação do motor isso se o mesmo estiver com o fechamento dos enrolamentos corretos conforme a placa de identificação e o disjuntor permitindo a passagem da corrente elétrica da rede ao restante do circuito Nos exemplos citados neste livro serão usados transformadores abaixadores de tensão ou fontes retificadoras para energizar os dispositivos de comando e sinalização pois na Norma Regulamentadora NR12 é exigido que conforme o artigo 1236 os componentes de comando e sinalização que compõem a interface de operação da máquina devem operar em extrabaixa tensão sendo de até 25 V em corrente alternada CA ou de até 60 V em corrente contínua CC Ao passo que a disciplina for avançando e mais informações forem adquiridas algumas outras exigências da NR12 serão citadas Não só da NR12 mas também da NR10 disponíveis na nossa biblioteca virtual https bibliotecavirtualcomdetalhesparceiros10 Acesso em 30 nov 2017 A Figura 22 ilustra o diagrama de blocos da Figura 21 com as simbologias elétricas correspondentes e o acionamento com botão de liga e desliga a b Fonte elaborada pelo autor Figura 22 a Diagrama elétrico da partida direta com liga b Diagrama elétrico da partida direta com liga e desliga U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 72 Assimile Para que seja possível a bobina se manter energizada após o acionamento do botão pulsante é necessário fazer a ligação de um contato da própria bobina paralelo ao contato do botão que o energiza assim como foi feito na Figura 22 b no qual o contato NA 1314 do contator foi conectado em paralelo com o contato NA 3 4 do botão S1 Liga Motor Esse tipo de ligação recebe o nome de contato de selo E com o acionamento do contato NF do botão S2 Desliga Motor o sinal positivo que chega na bobina é interrompido fazendo com que o motor não seja energizado devido à comutação dos contatos do contator Como foi estudado na Unidade 1 quando se deseja inverter a rotação de um motor elétrico é necessário a inversão de duas fases Pegando como exemplo o projeto da Figura 22 b com botão de liga e desliga podemos considerar implementar um terceiro botão que irá fazer a inversão na rotação do motor A Figura 23 ilustra o novo diagrama elétrico para essa partida a b Fonte elaborada pelo autor Figura 23 Diagrama elétrico de partida direta com reversão no sentido horário a e no sentido antihorário b A partida estrelatriângulo ou partida por tensão reduzida consiste no acionamento do motor em duas etapas O primeiro acionamento é feito com a ligação elétrica dos dispositivos de comando no formato estrela o que utiliza cerca de 60 da tensão nominal Após um certo tempo da partida essa ligação elétrica assume o formato de triângulo U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 73 Fonte elaborada pelo autor Figura 24 Diagrama elétrico da carga na partida estrelatriângulo com tensão nominal em 100 Reduzindo a tensão nominal é reduzida também a corrente de partida Importante observar O motor deve possuir a possibilidade de dupla tensão apresentada na placa de identificação para que o acionamento possa ser feito em estrelatriângulo O valor de tensão de alimentação deverá ser o mesmo para o motor ligado em triângulo Se o motor não atingir pelo menos 90 de sua rotação nominal no momento de comutação de ligação estrela para ligação triângulo a corrente de partida será tão alta quanto na partida direta A Figura 24 ilustra o circuito de carga da partida estrelatriângulo Observando a Figura 24 podese constatar que os contatores K2 Estrela e K3 Triângulo não poderão em nenhum momento ser U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 74 acionados juntos pois ambos fazem o fechamento do motor e no caso do K3 Triângulo há uma ligação comum em curto entre as três pontas do motor Para que isso não ocorra utilizamos de um conceito chamado intertravamento no qual um contato de K2 Estrela será utilizado na linha de comando que energiza o K3 Triângulo que por sua vez também terá um contato na linha de comando que energiza o K2 Estrela Dessa forma é anulada a possibilidade dos dois serem energizados ao mesmo tempo A Figura 25 exemplifica o circuito elétrico de comando para a partida estrelatriângulo utilizando de um relé de tempo em que podemos escolher o tempo do próximo acionamento No caso desta figura o acionamento foi feito com K1 e K3 deixando a partida em estrela Após o tempo do temporizador haverá comutação de seu contato fazendo a desenergização da bobina de K3 e a bobina de K2 será energizada configurando a ligação em triângulo Fonte elaborada pelo autor Figura 25 Diagrama elétrico do comando na partida estrelatriângulo com relé de tempo Princípios de funcionamento das partidas compensadoras Partidas compensadoras também são classificadas como partidas por tensão reduzida pois utilizam de autotransformador também conhecidos como transformadores de partida exemplo na Figura 26 sendo que cada tap enrolamento possui uma quantidade de espiras que representam certa porcentagem da tensão da rede que será entregue ao motor no momento de partida de forma que a U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 75 Fonte httpwwwtransformadoreslidercombrdescricaotransformadordepartidaparamotores55 Acesso em 23 out 2017 Figura 26 Transformador de partida autotransformador 65 e 80 partida compensadora apresenta baixa corrente de partida mesmo na mudança dos taps Existem diversas aplicações com autotransformadores instalados nos painéis de acionamento porém estão aos poucos sendo substituídos por chaves de partida eletrônica ou inversores de frequência por apresentarem mais eficiência e mais controle para corrente de partida E com relação ao custo de investimento principalmente para motores maiores a diferença fica cada vez menor comparandose com as chaves de partida eletrônica e inversores de frequência Em geral os autotransformadores possuem de duas a três faixas de porcentagem de acionamento 50 65 e 80 São instalados juntamente com o tipo de partida sendo utilizados somente no momento de partida por exemplo com cargas altas são ligados os taps de 80 enquanto com baixas cargas os taps de 50 são ideais Normalmente é utilizada somente uma faixa do tap e quando o motor atinge 90 de sua velocidade nominal a partida comuta para a tensão da rede alimentando diretamente o motor como se fosse 50100 65100 ou 80100 São encontrados em aplicações para acionamento de motores de até 200 cv U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 76 Exemplificando Em uma certa empresa de construção toda vez que ligavam uma determinada máquina que fazia a mistura de cimento tinham de desligar qualquer outro equipamento ou máquina da rede de alimentação pois caso estivesse ligado o disjuntor geral do galpão desarmava Cansado dessa situação o gerente solicitou a visita de um técnico Chegando ao local o técnico iniciou o estudo para verificar a situação em que se encontrava a rede elétrica da empresa e como eram acionados os motores das máquinas Como resultado a rede estava muito desbalanceada e todas as máquinas de pequena ou grande potência eram acionados por partidas diretas Após um logo trabalhado de replanejar a distribuição de carga chegou o momento de analisar o acionamento dos motores Os que eram de baixa potência continuaram a ser acionados por partida direta as máquinas que não possuíam cargas no momento de partida e tinham uma potência maior foram ligadas em partida estrelatriângulo Já a máquina de mistura partia com alta carga e seu motor é de 30 cv 8 polos 220 V O interessante é que essa máquina possuía um quadro elétrico e apesar de ter um autotransformador já instalado não foi conectado corretamente Fazendo os cálculos para verificar se os contatores e relés de sobrecarga estavam corretos o técnico contratado elaborou o projeto e modificou o painel de acionamento cujo diagrama elétrico é mostrado na Figura 27 Fonte elaborada pelo autor Figura 27 Diagrama elétrico da partida compensadora U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 77 Após o projeto e a instalação correta do acionamento o motor de 30 cv é acionado com o autotransformador em 80 apresentando corrente de partida menor que na partida direta sem afetar o funcionamento dos demais equipamentos ligados na mesma rede Fonte elaborada pelo autor Figura 28 Diagrama elétrico da carga na partida por aceleração rotórica de dois estágios Princípios de funcionamento das partidas com aceleração rotórica e sistema de frenagem A aceleração rotórica se dá quando são inseridas resistências em cada linha de carga cujos terminais do motor estão conectados de tal forma que os conjuntos de resistências variam permitindo o controle da corrente de partida e consequentemente a velocidade nominal do motor Observe a Figura 28 em que é apresentado o diagrama elétrico da carga de uma partida com aceleração rotórica ou comumente identificada também como partida com resistência no primário Analisando a Figura 28 podese constatar que as resistências são desacopladas sucessivamente através da comutação dos contatos dos contatores que as energizam até curtocircuitar as resistências deixando os enrolamentos do motor diretamente ligados na rede ou seja fazer com que o motor opere em regime normal de trabalho Quando se deseja parar um motor elétrico de forma muito simples basta não energizálo e deixar que a própria carga acoplada faça U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 78 a parada de rotação Porém em muitas aplicações são necessárias paradas rápidas o que exige alguns sistemas de frenagem como Torque frenante faz com que o motor pare ao dar reversão momentânea mesmo estando em movimento Essa técnica faz o motor esquentar muito por recomendações é aconselhável não passar de cinco frenagens por minuto e os dispositivos de partida devem ser capazes de suportar os efeitos da frenagem Frenagem dinâmica conecta o motor depois de desenergizado em uma caixa com resistências para dissipar em calor a energia eletromecânica gerada pelo motor desta forma analogicamente está funcionando como um gerador até parar Frenagem por injeção CC é um método em que a frenagem ocorre quando é aplicada uma corrente elétrica contínua nos enrolamentos do motor CA logicamente após ser desenergizado fazendo com que o campo magnético criado pela corrente contínua pare o motor devido ao alinhamento NS do rotor e estator Freios de atrito eletromecânico neste sistema o eixo do motor permanece estacionário mesmo após a parada pois há um conjunto mecânico composto por um tambor fixado no eixo e com sapatas usadas para frenagem sendo acionadas por uma mola Este tipo de frenagem é muito útil e seguro pois a solenoide que controla o acionamento da mola está conectada em série com a armadura do motor dessa forma na falta de energia o motor é automaticamente frenado e o eixo não ficará livre No projeto do cliente da empresa KLS Acionamentos já foram realizados grandes avanços e agora é o momento de verificar a melhor forma de acionamento do motor na aplicação Considere que a placa de identificação do motor encontrada pela equipe de pesquisa possui os seguintes dados importantes neste momento 3 90L motor elétrico de indução trifásica com carcaça 90L 60 Hz frequência de trabalho Sem medo de errar U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 79 75 cv potência mecânica do motor 1800 rpm rotação nominal I I P N 7 9 número de vezes que a corrente de partida é maior que a nominal 220 V 380 V tensões nominais do motor 21 A 12 A corrente nominal do motor 855 rendimento cos j 0 89 fator de potência O sistema de envase pode iniciar com ou sem carvão ou seja com ou sem carga A partida direta apesar de muito simples eleva a corrente de partida o que poderá causar danos na rede elétrica em que o motor for alimentado A partida estrelatriângulo caso seja utilizada deverá ser projetada para uma potência maior pois conforme foi abordado é utilizada para sistemas que iniciam com baixa carga do contrário o motor poderá aquecer e se danificar A partida compensadora é interessante para essa aplicação uma vez que podemos escolher uma baixa tensão de partida e após um pequeno tempo colocar o motor em plena tensão A partida rotórica também é interessante já que além de iniciar com baixa tensão poderá ir subindo gradativamente conforme as resistências são desconectadas do circuito ao invés de sair dos 50 e ir direto aos 100 como na partida compensadora Porém com o uso de resistências tem uma pequena potência sendo dissipada Em ambos acionamentos temos de ser críticos e compreender que todos apresentam perdas consideráveis O fator de escolha ficará a cargo das análises qual apresenta menos perdas e qual teria um custobenefício melhor Para determinar as perdas e o custobenefício será necessário o estudo da Unidade 3 em que é abordado o dimensionamento de projetos de acionamentos U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 80 Acionamento de múltiplos motores Descrição da situaçãoproblema O acionamento de um único motor é simples porém sempre devemos observar algumas condições para que não se danifique o motor a máquina e o sistema elétrico que o alimenta A fábrica têxtil Tecidos em cor possui um tanque no qual os tecidos são mergulhados para receberem o tingimento na cor desejada Esse tanque é preparado pelo responsável da produção porém ele percebeu que devido ao grande diâmetro do tanque somente um motor no centro fazendo a mistura da tinta não é o suficiente Então ele solicitou um novo projeto com quatro pequenos motores ao invés de apenas um de grande porte Resolução da situaçãoproblema O motor atual é de 15 cv ligado em rede trifásica de 380 V e fica instalado no centro do tanque misturando a tinta antes de receber o tecido Fazendo uma análise das cargas que os eixos dos novos motores deverão movimentar serão necessários 4 motores de 3 cv para alimentação em rede trifásica de 380 V Segundo o responsável pela produção os motores poderão rotacionar somente em um sentido não há necessidade de inversão Dessa forma podemos utilizar partidas diretas simples Na Figura 29 é ilustrado o diagrama de carga e na Figura 210 o diagrama de comando Avançando na prática U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 81 Fonte elaborada pelo autor Fonte elaborada pelo autor Figura 29 Diagrama de carga para partida direta simples Figura 210 Diagrama de comando para partida direta simples com múltiplos acionamentos No diagrama de carga Figura 29 foram utilizados os disjuntores motores Q1 a Q4 parametrizados com a corrente nominal dos motores que é em torno de 6 A pela placa de identificação Os contatores também deverão suportar essa corrente nominal e consequentemente os cabos condutores U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 82 Através de um único botão os motores serão acionados porém gradativamente através de relés temporizadores para evitar um alto pico de corrente na rede resultante do somatório das partidas de todos os motores caso fossem acionados ao mesmo tempo Foram adicionadas também algumas sinalizações para informar quais motores foram acionados e um botão para desligar os acionamentos Importante observar que a fonte de alimentação deverá ser suficiente para suprir a demanda de corrente das cargas alimentadas como as bobinas e sinaleiros Agora você seria capaz de otimizar o projeto e deixálo mais automatizado Refaça o projeto usando apenas um temporizador para entrar com o acionamento dos motores e quando o último motor for acionado mantenha o sistema ligado durante 5 minutos e então desligue os acionamentos retirando o botão S2 1 No projeto ilustrado abaixo é desejado que o motor se mantenha em funcionamento mesmo após o botão S1 normalmente aberto pulsante deixar de ser pressionado Para tanto sabese que deverá projetar um contato paralelo ao botão conhecido como contato de selo Fonte elaborada pelo autor Faça valer a pena U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 83 Marque a opção que melhor representa o tipo de contato a ser utilizado como selo a b c d e U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 84 2 Ao ligar um motor de 20 cv acoplado em uma extrusora através de uma partida direta o técnico percebeu que algumas lâmpadas diminuíram o brilho durante a partida assim como alguns equipamentos desligaram Para resolver esse problema será necessário um acionamento indireto com finalidade de reduzir a corrente de partida Dentre os acionamentos indiretos podese ressaltar I Partida com transformador elevador de partida e partida estrelatriângulo II Partida por chaves eletrônicas e conversores de frequência III Partida com autotransformador e partida estrelaquadrado IV Partida por chaves mecânicas e conversores de frequência V Partida com autotransformador e partida estrelatriângulo Assinale a opção que contém os corretos métodos de partidas indiretas a Somente I está correta b Somente III está correta c Afirmativas I e III estão corretas 3 Antes de instalar o acionamento de um motor que irá atuar como um batedor de massa em uma máquina na padaria o eletricista responsável está com dúvida sobre como fazer o intertravamento dos contatores que acionam o motor em estrela e depois em triângulo sem fechar curtocircuito O projeto desenvolvido pelo eletricista está ilustrado na figura abaixo no qual o acionamento é feito por dois botões um liga em estrela S1 e outro liga em triângulo S2 Na falta de um temporizador responsável por evitar o curto na passagem da ligação estrela para triângulo será utilizado um terceiro botão que corta o sinal para os contatores deixando as bobinas desenergizadas evitando o curto na passagem das ligações Mesmo com o botão S3 caso o operador pressione o botão S2 liga triângulo estando o motor em funcionamento partido em estrela ocorrerá um curto circuito d Afirmativas II e V estão corretas e Somente IV está correta Fonte elaborada pelo autor U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 85 Indique ao eletricista a opção com o diagrama que tornará funcional o acionamento projetado e evitará o curtocircuito a b U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 86 c d U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 87 e U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 88 Aplicação das partidas de acionamentos Cada vez mais você está avançando com o projeto da empresa KLS Acionamentos dentre muitos resultados obtidos nas etapas até este momento qual foi a etapa que você mais gostou de desenvolver O último resultado entregue ao cliente possuía uma observação que para determinar o acionamento seria necessário levantar os custos benefícios e para tanto seria preciso iniciar o projeto e efetuar os cálculos O cliente bastante ansioso e contente com o progresso que você e a equipe estão apresentando solicitou uma demonstração de acionamento da máquina que ele projetou com partida de aceleração rotórica porém com as seguintes premissas o sistema de envase terá um silo que alimenta a rosca transportadora estando ela vazia a rosca deverá parar automaticamente e acionar um alarme luminoso quando pressionado o botão de liga o sistema voltará a funcionar Para essa nova demanda você seria capaz de solucionar as premissas propostas pelo cliente O que mais poderia ser implantado para oferecer melhor controle ao processo desse cliente Com as ferramentas e novos conhecimentos apresentados nesta seção seria possível a simulação do projeto Temos certeza de que com empenho e curiosidade você será capaz de solucionar não só esse projeto mas terá capacidade e conhecimento para desenvolver muito mais Esta seção apresenta em cada tópico uma aplicação para os tipos de partidas estudadas na seção passada Começamos com a partida direta aplicada em um sistema de bombeamento de água seguido pelo sistema estrelatriângulo acionando uma máquina laminadora em uma carpintaria No terceiro tema é explorada a aplicação da partida compensadora em ventiladores industriais de forma simples e exemplificado com um controlador de temperatura Para finalizar você irá conhecer o motor de múltipla velocidade chamado de Dahlander Ainda nesta seção você poderá em laboratório comprovar o funcionamento desses acionamentos elétricos Bons estudos Seção 22 Diálogo aberto U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 89 Partidas diretas para acionamento de motores elétricos A partida direta é relativamente simples resumidamente são componentes instalados em sequência que permitem a lógica de energizar a bobina do contator que irá comutar seus contatos fazendo com que o motor seja energizado e posto em funcionamento Para exemplificar melhor será apresentado um cenário que demandará sua competência em analisar as informações ou nos termos de projetos as premissas e restrições para elaborar a modelagem comportamental com recursos necessários e então o desenvolvimento do projeto final Lembrando que na próxima unidade você irá estudar em detalhes os componentes do circuito de acionamento e dimensionar pela carga controlada Exemplo de aplicação da partida direta Uma pequena indústria de costura em sapatos possui uma cisterna utilizando desta apenas água para faxina e para encher os filtros de água pois o sistema de captação era muito manual e arcaico utilizando das bombas de golpe de aríete conhecidas também como carneiros hidráulicos Com o aumento de produção o número de funcionários também aumentou e proporcionalmente a conta de água Com intuito de economizar o gerente da pequena indústria contratou uma empresa prestadora de serviços para desenvolver um projeto sustentável para sua empresa O projeto inicial consiste em automatizar o bombeamento da água vinda da cisterna para a caixa principal A Figura 211 ilustra a aplicação em que iremos desenvolver o projeto de acionamentos Fonte httpguimaraesconsultoriacombrpartidadiretabombacentrifuga Acesso em 28 out 2017 Figura 211 Aplicação de acionamentos para controle de bombas dágua Não pode faltar U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 90 Assimile Sintetizando a demanda nesta aplicação temos Dispositivos de proteção Disjuntor motor para proteção da carga Minidisjuntor unipolar para proteção do circuito de comando Contatores de interface rede elétrica circuito de comando motor elétrico Dispositivos de comando e sinalização Botão de segurança tipo cogumelo com trava e bloco NF Botão pulsante com bloco NF para desativar o acionamento Botão pulsante com bloco NA para acionamento do sistema Sinaleiro na cor vermelha para alertar painel energizado e outro para alertar acionamento do botão de segurança Sinaleiro na cor verde para sinalizar motor bomba em funcionamento Sinaleiro na cor branca para sinalizar nível mínimo e outro para nível máximo Sensor tipo chave para nível máximo e nível mínimo Bobina do contator cuja tensão de alimentação seja compatível com a fonte do circuito de comando neste caso poderia ser em 24 VCC circuito de comando Fonte retificadora de 24 VCC para alimentação do circuito de comando O acionamento será modelado em malha fechada pois o sinal de realimentação responsável pelo feedback ficará a cargo dos sensores tipo chave de nível para controlar o processo de encher ou não a caixa Existem diversas ferramentas para desenvolver ideias desenhar soluções e apresentar de forma macro algum conceito Uma ferramenta que auxilia nesse processo de conectar ideias entender as dependências das premissas do projeto e verificar se a aplicação está ponderando as possibilidades é o mapa conceitual ou mapa mental utilizado anteriormente na Unidade 1 Aplicando essa ferramenta para o modelo de acionamento da bomba centrífuga exemplo do tópico de partidas diretas no qual é implantando uma malha fechada temse como resultado o arranjo ilustrado na Figura 212 U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 91 Perceba que no bloco de dispositivos de proteção foram levantados os componentes necessários mesmo sem dimensionar ou especificar o modelo porém já se tem uma ideia de quais recursos poderiam suprir essa tarefa O mesmo acontece nos demais blocos dispositivos de comando e sinalização conforme o tipo de partida o motor bomba sendo o atuador do processo e os sensores fazendo a realimentação da malha ou seja verificando se o processor chegou no valor de setpoint máximo ou mínimo Fonte elaborada pelo autor Figura 212 Malha fechada aplicada no acionamento da bomba centrífuga Para elaborar o acionamento são feitas algumas análises em relação ao tipo de funcionamento da carga e como os comandos serão dados Dessa forma pela Figura 211 verificase que o motor bomba depois de acionado mantém seu funcionamento até chegar ao nível desejado Seu acionamento é simples e poderá ser feito com partida direta pois é de baixa potência O comando é feito através do botão habilita acionamento e caso o nível da caixa esteja abaixo do sensor de nível mínimo o motor bomba é acionado e só para quando atingir o nível máximo Caso ao pressionar o botão de habilita a caixa esteja com o nível máximo acionado então nenhuma ação será feita Resumindo o motor bomba só entra em funcionamento quando o nível é mínimo e para quando chegar no nível máximo A qualquer momento em que o botão de emergência for acionado o processo todo é desligado e se o botão desabilita for pressionado então somente o motor bomba é desligado A Figura 213 exemplifica o acionamento elétrico dessa aplicação U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 92 Pesquise mais Fonte elaborada pelo autor Figura 213 Acionamento elétrico do controle de bombas dágua Os circuitos elétricos dos acionamentos foram desenvolvidos no software CADSIMU por ser uma ferramenta gratuita com várias opções para simulação e que constantemente é atualizado No site do desenvolvedor está disponível a última versão nas linguagens espanhol e inglês disponível em httpcanalplcblogspotcombrpcadesimuhtml Acesso em 8 dez 2017 Neste outro site estão disponíveis diversos arquivos de projetos de acionamentos artigos relacionados à disciplina e vídeos explicando o funcionamento das partidas elétricas disponível em http guimaraesconsultoriacombracionamentosdemotoreseletricos Acesso em 8 dez 2017 Partidas estrelatriângulo para acionamento de motores elétricos Exemplo de aplicação da partida estrelatriângulo Foi desenvolvida em uma carpintaria uma máquina para laminar as chapas de madeira que chegam como matériaprima para os móveis a serem projetados Essa máquina possui um conjunto de botões sendo botão com trava que permite a energização do circuito de comando da máquina botão para acionamento de emergência e botão para o acionamento do motor Há uma diferença quando se usa botões pulsantes de botões com travas Pulsante significa que quando pressionado terá comutação do bloco de contato enquanto U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 93 Fonte Sinótico para aplicação de acionamentos com laminadora em carpintaria httpguimaraesconsultoriacombr partidaestrelatriangulolaminadoracarpintaria Acesso em 28 out 2017 Figura 214 Aplicação de acionamentos para laminadora em carpintaria se mantiver pressionado e com travas uma vez pressionado mantém a comutação dos contatos no bloco até ser pressionado novamente A Figura 214 ilustra essa aplicação Importante lembrar que será necessário utilizar sinaleiros luminosos para indicar o funcionamento de partes do processo ou como alarmes Sintetizando a demanda nesta aplicação temos Dispositivos de proteção disjuntor motor para proteção da carga minidisjuntor unipolar para proteção do circuito de comando Dispositivos de comando e sinalização botão de trava para acionamento de segurança botão de trava para habilitar processo e desligar botão pulsante para acionamento do motor sinaleiro na cor vermelha para alarme de emergência sinaleiro na cor vermelha para sinalizar painel energizado sinaleiro na cor verde para sinalizar serra em funcionamento sinaleiro na cor branca para indicar processo habilitado contatores trifásicos circuito de potência com bobinas em 24 VCC circuito de comando fonte retificadora de 24 VCC para alimentação do circuito de comando O acionamento será modelado em malha aberta pois haverá somente acionamento do motor sem controle do processo dessa forma não há sinal de realimentação ficando o controle a cargo do operador U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 94 Para elaborar o acionamento são feitas algumas análises em relação ao tipo de funcionamento da operação e como os comandos serão feitos O acionamento será feito em um motor com fechamento em estrelatriângulo redução de tensão na partida e em seguida é comutado para plena carga O comando é feito através do botão habilita processo que quando acionado mantém o processo energizado e quando não acionado o processo deixa de funcionar Caso o botão que liga o acionamento do motor seja pressionado o mesmo entrará em funcionamento na função estrela e depois de um tempo em triângulo a qualquer momento em que o botão de emergência for acionado o processo todo é desligado e para parar o motor é necessário acionar o botão habilita para desligado A Figura 215 exemplifica o acionamento elétrico dessa aplicação Fonte elaborada pelo autor Figura 215 Acionamento elétrico para laminadora em carpintaria Partidas compensadoras para acionamento de motores elétricos Exemplo de aplicação da partida compensadora Foram instalados em um novo grande galpão de armazenamento alguns ventiladores industriais O acionamento utilizado inicialmente foi por partida direta pois o motor é de 10 cv Segundo o eletricista até 10 cv poderia fazer o acionamento em partida direta e de fato pode se acionar motores com essa potência em partidas simples porém o pico de corrente para partida é muito alto e devido ao peso da hélice o motor esquentava muito fazendo com que o disjuntor motor desarmasse toda vez em menos de 5s depois de dada a partida nos motores O eletricista então resolveu fazer o acionamento do motor com estrelatriângulo pois assim a tensão de partida seria reduzida U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 95 Exemplificando Fonte elaborada pelo autor Figura 216 Acionamento elétrico para ventiladores industriais Ao retirar o motor do acoplamento do ventilador o mesmo percebeu que era um motor com apenas uma opção de tensão nominal para instalação ou seja motor de três pontas para fechamento Sendo assim poderiam ser utilizados os acionamentos por partida compensadora aceleração rotórica e pensando em eficiência energética o uso da chave eletrônica ou inversor de frequência Como o dono da empresa possui um plano de eficiência energética sendo desenvolvido optou por não investir nos inversores antes do projeto final ser entregue evitando a aquisição de um equipamento fora das especificações que o técnico estava desenvolvendo No antigo galpão havia algumas resistências de acionamento cujos valores porém não eram suficientes para partida além disso havia também alguns autotransformadores usados em máquinas obsoletas substituídas nos projetos de retrofitting O circuito utilizado para o acionamento com partida compensadora é ilustrado na Figura 216 Na mesma aplicação em que foi desenvolvido o acionamento de partida compensadora para o ventilador industrial o técnico consultado para solucionar o problema junto com o eletricista da empresa sugeriu implantar um controle automático juntamente com o atual de controle manual O modelo atual é em malha aberta a sugestão é que seja feito o controle em malha fechada utilizando um sensor de temperatura e um controlador de temperatura para partir o motor quando a temperatura chegar no valor programado chamado de Set Point e desligar quando U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 96 estiver abaixo desse valor de acordo com as especificações de temperatura dos produtos armazenados Dessa forma a aplicação ficará como ilustrado na Figura 217 A saída do controlador fará o acionamento da bobina do contator quando atingir a temperatura programada e quando estiver abaixo da mesma o controlador deixará de acionar a bobina do contator Fonte httpguimaraesconsultoriacombrpartidaautotrafoventiladorindustrial Acesso em 28 out 2017 Figura 217 Aplicação de controle de temperatura no acionamento de ventiladores industriais Outras formas de acionamentos Na classe de motores de indução trifásicos temos os chamados motores Dahlander que são motores de duas velocidades ou seja os seis enrolamentos do motor podem ser ligados de forma que apresente baixa ou alta rotação Assim como o acionamento estrela triângulo compensadora e outros esse motor também é categorizado como partida por redução de tensão Outros pontos relevantes são U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 97 O número de rotações em baixa velocidade possui metade do número de rotações em alta por exemplo 17503500 rpm Não pode ser ligado em diferentes tensões grande parte possui somente uma tensão de alimentação e a mesma para fechamentos dos terminais do motor Seu acionamento se dá conforme o fechamento e alimentação indicados na placa de identificação conforme mostra a Figura 218 Fonte elaborada pelo autor Figura 218 Identificação dos terminais motor Dahlander Conforme é ilustrado na Figura 218 os fechamentos dos terminais são simples e no circuito de carga teremos um contator para cada grupo sendo para baixa apenas um contator alimentando UVW e quando por meio do circuito de comando comutar de baixa para alta rotação temse dois contatores um alimentando UVW e outro XYW A Figura 219 representa esse acionamento U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 98 Reflita Fonte elaborada pelo autor Figura 219 Acionamento elétrico motor Dahlander Foram vistas algumas aplicações com os acionamentos elétricos para motores E se fosse necessário acionar uma válvula que controla um cilindro pneumático ou mesmo acionar um sistema de aquecimento como deveria ser feito Poderia se utilizar dos mesmos princípios e cálculos para dimensionamento Com os conhecimentos adquiridos nesta seção e seu estudo sobre cada fundamento apresentado chegou o momento de você solucionar a demanda que o cliente da máquina de envase de carvão solicitou para KLS Acionamentos O cliente requer uma demonstração de acionamento da máquina que ele projetou com partida de aceleração rotórica aplicado agora em um sistema mais completo tendo Um silo que alimenta a rosca transportadora estando o silo vazio a rosca deverá parar automaticamente e acionar um alarme luminoso quando o operador pressionar o botão de liga a rosca transportadora voltará a funcionar Rosca transportadora com motor trifásico com opções de fechamento em 220 V ou 380 V 75 cv e 1800 rpm Outra solicitação é que você como técnico deste projeto possa implementar melhorias no controle do processo e apresentar uma simulação do projeto Sem medo de errar U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 99 Fonte httpguimaraesconsultoriacombrpartidarotoricaparaprocessodeenvase Acesso em 28 out 2017 Figura 220 Aplicação do processo de envase com silo O desenho da Figura 220 ilustra a aplicação até este momento Como o carvão é um material sólido dificilmente um sensor tipo chave fim de curso ou ótico faria a leitura corretamente para tanto existem diversos modelos de sensores para leitura de material sólido leve ou pesado dentre estes há o tipo chave pá rotativa Esse tipo de sensor nada mais é que um circuito eletrônico interno acionando um motor de baixa rotação quando há contato com o material resulta em mais torque para que o motor consiga rotacionar porém seu circuito faz com que ele pare de rotacionar e emite um sinal através de um relé Quando não há mais material na pá ou seja baixa carga o motor volta a ser acionado e o relé deixa de emitir o sinal Resumindo teremos um contato normalmente aberto representando o sensor tipo chave de pá rotativa que na presença de material irá comutar para contato fechado Além desses sensores o projeto terá o acionamento do motor com partida de aceleração rotórico usando conjuntos de resistências botão de segurança reset e liga além das sinalizações A Figura 221 ilustra o circuito de acionamento elétrico final U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 100 Fonte elaborada pelo autor Figura 221 Acionamento elétrico para processo de envase com silo Interpretando o acionamento da Figura 221 temse o contator K1 que aciona o motor juntamente com os grupos de resistências que fazem a redução de tensão na partida passado o tempo parametrizado no temporizador KT1 o contator K2 é acionado retirando o grupo de R1 fazendo com que o motor ganhe velocidade e após o tempo de KT2 o contator K3 é acionado retirando o grupo de R2 e deixando o motor em plena rotação O acionamento é feito pelo botão B2 Liga e se o sensor S1 de nível mínimo for acionado seus contatos irão comutar ligando o sinaleiro de alarme de nível e desenergizando o contator K1 resultando na parada do motor Com o acionamento do botão B2 Liga o motor é acionado novamente pela partida de aceleração rotórica Exaustão de ar inteligente Descrição da situaçãoproblema A indústria DoceDoce LTDA fabrica doce de leite e em um de seus processos o leite é fervido para fazer a redução há um misturador acionado constantemente que impede de queimar o produto caso fique agarrado nas laterais e no fundo do recipiente De tempo em tempo no processo o responsável pela qualidade tem de pegar uma amostra do produto porém quando a tampa é retirada o vapor que sai do recipiente pode queimar a pele Portanto tiveram a ideia de instalar um exaustor inteligente sobre o recipiente Enquanto a tampa estiver fechando o recipiente o exaustor poderá ficar com baixa rotação caso Avançando na prática U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 101 Fonte elaborada pelo autor Figura 222 Acionamento elétrico para controle inteligente do exaustor de ar a tampa seja retirada o exaustor deverá aumentar sua rotação Para tanto você deverá propor o acionamento desse projeto Resolução da situaçãoproblema Conforme foi estudado no último tópico desta seção o motor Dahlander possui uma característica que o difere e é uma vantagem sua rotação Dessa forma este será o motor mais indicado pois em baixa rotação terá metade da rotação em alta o que proporcionará melhor performance no exaustor Para que o sistema de acionamento fique automatizado será necessário instalar um sensor tipo fim de curso na tampa para que quando removida o sinal deste sensor comute a rotação do motor A Figura 222 ilustra o acionamento com o sensor tipo fim de curso instalado O sensor tipo fim de curso S1 possui dois blocos de contatos um normalmente aberto NA e outro normalmente fechado NF O contato NA será utilizado para energizar a bobina do motor em baixa rotação pois assim com a presença da tampa no recipiente o contato do sensor será comutado para fechado O outro contato NF para energização das bobinas de alta rotação funcionará de forma que com a tampa no recipiente sem contato comuta para aberto com a retirada da tampa volta a fechar e o motor passa de baixa para alta U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 102 1 Quando se aplica o acionamento para motores elétricos esperase que o acionamento seja projetado conforme as especificações dos motores como potência corrente nominal tensão de alimentação etc Outro ponto importante é sobre o fechamento do motor e a forma como é alimentado esse fechamento Dessa forma temos as seguintes possibilidades I Partida direta II Partida estrelatriângulo III Partida compensadora IV Partida aceleração rotórica V Partida motor dahlander Um motor elétrico de indução trifásica que apresenta duas tensões na placa de alimentação 220 V e 380 V pode ser acionado através de algumas partidas portanto assinale a alternativa que melhor representa essas partidas a Partidas I II e V estão corretas b Partidas II IV e V estão corretas c Somente a partida V está incorreta d Somente a partida V está correta e Todas as partidas estão corretas 2 Com o objetivo de instalar sensores em um tanque de armazenamento de água para controle do nível máximo e nível mínimo o técnico escolheu sensores tipo chave boia com flutuador magnético como na figura a seguir no qual o sinal é emitido somente quando a água está totalmente por cima do sensor O sensor possui um cabo com três fios com as seguintes informações Alimentação 1030 VCC NA NF Ou seja haverá um condutor com a tensão de alimentação para os sensores de nível e dois contatos em cada sensor que poderá ser utilizado no circuito de comando NA eou NF É esperado que o funcionamento seja automatizado quando no nível mínimo a bomba deve ser ligada e quando no nível máximo a bomba deve ser desligada Fonte httpwwwwikacombrhlsmptbrWIKAProductGroup72597 Acesso em 30 out 2017 Figura Sensor de nível tipo boia com flutuante magnético Faça valer a pena U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 103 3 Foi instalado um portão com deslocamento horizontal através do conjunto de transmissão por cremalheiras acopladas ao motor trifásico de 3 cv com partida direta e reversão Depois de instalado o motor e montando o acionamento no painel o motor não está funcionando em sentido reverso Como o eletricista não tinha um projeto não sabe onde está o erro Foram utilizados dois botões para controle de rotação S2 para sentido horário direto e S3 para sentido antihorário reverso contatores K1 para sentido direto e K2 para reverso Ele desenhou as seguintes partes I II O técnico está em dúvida sobre qual dos blocos deverá utilizar para satisfazer o funcionamento do sistema de controle de nível considerando que o tanque irá começar vazio Marque a opção correta a Sensor nível mínimo NA sensor nível máximo NA b Sensor nível mínimo NA sensor nível máximo NF c Sensor nível mínimo NF sensor nível máximo NA d Sensor nível mínimo NF sensor nível máximo NF e É necessário somente o sensor de nível mínimo com contato NA U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 104 III IV U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 105 V Marque a alternativa que representa as partes corretas do projeto nas quais o motor funcionará nos dois sentidos de giro a Acionamento I e carga IV b Acionamento I e carga V c Acionamento II e carga IV d Acionamento II e carga V e Acionamento III e carga V U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 106 Aplicação de chaves de partidas Chegando ao final do projeto que você ajudou a elaborar para o cliente da máquina de envase você pôde perceber que as atividades desempenhadas pelo profissional que irá projetar e desenvolver acionamento de motores elétricos vão além dos simples passos de pegar componentes e montar É necessário como visto na Unidade 1 e ao longo da Unidade 2 analisar as condições do ambiente o tipo de carga acoplada ao motor a forma de trabalho do motor entre outras características importantes A última demanda solicitada pelo cliente consistia em apresentar uma demonstração do acionamento da máquina por partida em aceleração rotórica e melhorias que você julgasse necessárias Assim você apresentou os diagramas com sinalizações Agora com o conhecimento adquirido nesta seção você poderá sugerir ao cliente que utilize uma softstarter ao invés da partida de aceleração rotórica e dessa forma você fará a última entrega do projeto na empresa KLS Acionamentos Como forma de justificar tal implantação e modificação será necessário o estudo e aplicação desse conteúdo primeiro Como você irá apresentar ao cliente essa nova proposta Você seria capaz de implementar o comando e sinalizar os parâmetros para esse acionamento Com comprometimento e curiosidade você será capaz de apresentar novas soluções para este e outros projetos em que for atuar Esta seção apresenta inicialmente algumas chaves mecânicas de partida e em seguida as chaves de partida estáticas divididas em relé de estado sólido e softstarter sendo este último abordado com mais detalhes para que você possa compreender e saber aplicar tal recurso no acionamento de motores elétricos Bons estudos Seção 23 Diálogo aberto U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 107 Chaves de partidas diretas e estrelatriângulo Até o momento foram abordados os métodos de acionamento para motores elétricos através de partidas diretas e indiretas com os componentes eletroeletrônicos contatores botões sinaleiros etc que compõem a lógica de controle Porém comumente usados em máquinas e equipamentos mais antigos ou de simples operação estão as chaves comutadoras de partidas elétricas A Figura 223 ilustra o modelo de chave eletromecânica de partidas parte interna e externa Esse recurso é basicamente composto por uma chave seletora que quando comutada modificando a posição inicial da chave de 0 para 1 por exemplo ela atua sobre conexões internas feitas em chapas de cobre O funcionamento das partidas direta estrelatriângulo e compensadora por chaves dispensam os contatores temporizadores botões ou outro meio de comando bastando somente a chave que opera internamente fazendo o fechamento das conexões e acionando o motor tudo de forma manual a b Fonte httpwwwlombardcombruploadsprodutos4a6c48db1912f537e0c097db29532c9fpdf Acesso em 5 nov 2017 Figura 223 Chave comutadora para partida direta a e esquema de ligação b No manual do fabricante são informados o esquema de ligação e capacidade de acionamento para cada modelo de chave por exemplo uma chave para acionamento em partida direta de um motor de 10 cv poderá ser ligada em rede trifásica de 220 V ou 380 V e seu esquema Não pode faltar U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 108 de ligação será o mesmo observando sempre se o fechamento do motor é para a mesma tensão da linha que o alimenta Conforme ilustrado na Figura 224b Já a Figura 224a exemplifica o modelo de chave para partida estrelatriângulo e seu esquema de ligação a b Fonte httpwwwlombardcombruploadsprodutos55f195226ded212fb850a6ebf280d9fepdf Acesso em 6 nov 2017 Figura 224 Chave comutadora partida estrelatriângulo de sobrepor a e esquema de ligação b Outros tipos de chaves de partidas Como foi visto nas seções anteriores acionamentos são os dispositivos que combinados corretamente proporcionam o funcionamento dos motores elétricos e partidas são as formas como os motores são postos em funcionamento podendo ser diretas ou indiretas Já as chaves de partidas são dispositivos de acionamento que fazem a partida do motor sem a necessidade de outros dispositivos combinados Com esse conceito temos diversos modelos de chaves de partida por exemplo a Figura 225 ilustra a chave de partida para motores monofásicos em série e paralelo U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 109 a b Fonte httpwwwlombardcombruploadsprodutos58223beb172fa3e4bbea5f8110e0a61dpdf Acesso em 6 nov 2017 Figura 226 Chave de partida para motor monofásico série paralela a esquema de ligação e b ligação das bobinas Para motores trifásicos são encontradas as chaves Chaves de partida direta Chaves de partida estrelatriângulo Chaves de partida dupla polaridade Em ambos exemplos as chaves para motores trifásicos são encontradas para operação em um único sentido de giro há configurações de chaves com reversão e opção para instalação de frenagem com motor freio Voltando a frisar que essas chaves não possuem dispositivos de proteção sendo o acionamento feito mecanicamente conforme as ligações das chapas internas de tal forma que cada vez mais estão sendo substituídas por painéis de acionamentos que atendam às normas NR10 e NBR 5410 Porém no grupo de chaves de partidas há ainda as chaves eletrônicas estáticas e os conversores de frequência Na Unidade 4 serão aprofundados os conhecimentos e aplicações de inversores de frequência As chaves eletrônicas estáticas podem ser classificadas como relés de estado sólido Figura 226 e softstarter Em ambos casos os circuitos são baseados em tiristores que controlam a forma como é entregue a alimentação ao motor A diferença entre eles será a complexidade dos circuitos eletrônicos permitindo mais controle ou somente o acionamento U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 110 Pesquise mais a b Fonte httpwwwdigimeccombrprodutos274reledeestadosolidotrifasico Acesso em 6 dez 2017 Figura 226 Relé de estado sólido a e terminais de conexão b Os relés de estados sólidos apresentam as seguintes características Número elevado de manobras São robustos e resistentes a impactos vibrações e campos eletromagnéticos por não possuírem partes móveis Operam em ambientes úmidos e sujos Não formam arcosvoltaicos Velocidade no acionamento Operação silenciosa Não podem operar em circuitos com corrente contínua Aquecem e possuem perdas maiores que os contatores Possuem corrente de fuga Aplicados em cargas com elevadas partidas em sistemas de bypass para comutação de bancos de capacitores instalação em ambientes explosivos ou com exigência de pouco barulho Os relés de estados sólidos possuem diversas aplicações e são comumente encontrados nos acionamentos de cargas CA Para conhecer algumas aplicações e como são os circuitos eletrônicos recomendamos os livros e site do professor Newton C Braga no site encontramse diversos artigos sobre aplicações da eletrônica e em específico dos acionamentos estáticos no artigo que aborda tiristores como relés e chaves Disponível em httpnewtoncbragacombrindexphpartigos49 curiosidades3732art517html Acesso em 6 nov 2017 U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 111 Assimile Princípio de funcionamento das chaves de partidas eletrônicas estáticas As softstarters são chaves de partidas estáticas com um microprocessador que atua no controle dos componentes eletrônicos fazendo com que os acionamentos dos motores sejam mais eficientes do que as partidas estudadas até aqui Um dos grandes motivos é que em seu circuito eletrônico há tiristores controlando o disparo das fases o que resulta no controle da tensão de forma gradual e evita a corrente de pico O objetivo ao utilizar as chaves softstarters é limitar a corrente de partida fazendo o acionamento em rampa de aceleração transmitindo ao motor um torque gradual conforme a tensão aplicada sendo esse processo de partida por rampa de aceleração durante um tempo selecionado na própria chave As opções para parametrização variam conforme o projeto do fabricante basicamente possuem as seguintes operações Impulso inicial pulso de corrente durante um tempo preestabelecido para que a partida tenha condições de vencer a inércia das cargas com alto torque Partida com limitação de corrente essa operação permite que o acionamento seja limitado à corrente ajustada podendo por exemplo ficar 30 menor do que a corrente de partida Partida com rampa ideal para cargas variáveis podendo ser feito o ajuste por rampa de aceleração em um tempo estabelecido e ao mesmo tempo limitar o torque máximo na partida Em certos modelos de softstarter esse ajuste é chamado de rampa dupla justamente por realizar duas operações no acionamento Parada suave nessa operação a rampa é de desaceleração fazendo com que a tensão seja decrescente até o momento em que a própria força exercida pela carga seja superior ao torque produzido pelo motor Há modelos projetados com ajustes por parafusos chaves seletoras display com menus etc A Figura 227 ilustra a parte da softstarter com as operações de ajuste e as curvas comparativas do tipo de operação U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 112 Pesquise mais Reflita a b Fonte elaborada pelo autor Figura 227 a Display exemplo de ajuste softstarter b gráfico comparativo de tensão e corrente de partida Motores com cargas menores que 50 de sua capacidade apresentam perdas de energia por apesar da baixa carga manter o motor em potência total de trabalho Com o uso das chaves de partida estática é possível otimizar esse funcionamento pois poderíamos reduzir esse valor de tensão e corrente fazendo com que o torque do motor seja menor ajustando se assim ao da carga Como as softstarters atuam no momento do arranque e em alguns casos da parada do motor existe alguma forma de fazer esse controle durante todo o funcionamento do sistema Para ilustrar melhor um modelo de softstarter e suas características nos vídeos disponibilizados pelos links abaixo são apresentados dados sobre softs parametrização e energização Conheça as SoftStarters SSW07 e SSW08 Disponível em https wwwyoutubecomwatchvB6375iy3BM Acesso em 7 nov 2017 Corrente Motor Rampa aceleração Rampa desaceleração Tensão partida Impulso inicial 100 Partida Direta Partida Estrela Triângulo Partida Softstarter Rampa Partida Direta Partida Estrela Triângulo Softstarter U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 113 a b c Fonte elaborada pelo autor Figura 228 Formas de instalação da softstarter por a ligação direta b ligação com bypass e c ligação sequencial Ajustes das SoftStarters SSW07 e SSW08 via HMI Disponível em httpswwwyoutubecomwatchvNRsFTDBxb4 Acesso em 7 nov 2017 Primeira energização da softstarter SSW06 Disponível em https wwwyoutubecomwatchvCf0KlaBjEzk Acesso em 7 nov 2017 Aplicação e instalação das chaves de partidas eletrônicas estáticas As softstarters apresentam as seguintes características de aplicações Redução na corrente de partida durante o acionamento dos motores elétricos Redução na queda de tensão da rede de alimentação Parametrização da aceleração em rampa e desaceleração suave do motor Possibilidade de acionamento de vários motores com uma única chave softstarter Frenagem por corrente contínua Proteção por sobrecarga Proteção por detecção de desequilíbrio ou falta de fase As instalações mais comuns com softstarters são apresentadas na Figura 228 U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 114 Ligação direta a instalação é feita diretamente ao motor sendo necessário por motivos de segurança um disjuntor magnético ou de sobrecarga caso a softstarter não tenha essa função Além disso poderão ser implementados contatores conforme a lógica de acionamento Ligação com bypass circuito aplicado quando o motor opera em regime normal de trabalho reduzindo as perdas e o desgaste de componentes como os tiristores da softstarter Ligação sequencial e simultânea uma grande aplicação da softstarter é o acionamento de diversos motores com a mesma chave reduzindo o custo da instalação Recomendase que os motores sejam da mesma potência e características de carga A lógica do acionamento é que após a partida do primeiro motor com operação da soft starter o mesmo estará em plena carga ou regime normal dessa forma a softstarter está livre para outro acionamento Essa é a ligação sequencial Já a ligação simultânea aciona os motores ao mesmo tempo por esse motivo é necessária uma capacidade maior da softstarter Quando se instalam as softstarters fora de painéis devem ser observados os fatores do ambiente vibração temperatura exposição a chuvas gases etc ou quando instaladas dentro de painéis deverão prover exaustão adequada para que a temperatura não interfira no controle do motor Para tanto fazse necessário o uso do manual de instalação fornecido pelo fabricante Com relação à instalação elétrica dessas chaves estáticas é necessário que a tensão de rede seja compatível com a tensão nominal da chave além disso devem ser obrigatoriamente aterradas sendo prevista uma reatância trifásica para quando utilizar cabos longos ou blindados caso tenha efeitos de capacitância e também é preciso verificar conexões Podese implementar no circuito que alimenta a softstarter os dispositivos de projeção como fusíveis ou disjuntores termomagnéticos mesmo ele próprio já tendo tais proteções em seu circuito interno U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 115 Exemplificando Após instalar uma softstarter e parametrizar para acionamento do ventilador no galpão o eletricista percebeu que após a partida o motor desligava Ao pegar o manual do equipamento havia uma tabela com os possíveis erros O Quadro 21 apresenta o roteiro contido no manual da softstarter instalada pelo eletricista Após analisar o quadro o eletricista foi verificar o porquê de o motor não girar e detectou que não havia feito a regulagem para o parâmetro de corrente conforme o motor instalado na aplicação deixandoa bem menor do que o necessário Dessa forma ao dar a partida por impulso o sistema entendia uma sobrecorrente e não desligava o acionamento do ventilador Fonte elaborado pelo autor Quadro 21 Roteiro de soluções para instalação de softstarter Problema Ponto a ser verificado Ação corretiva Motor não gira Fiação errada Verificar as conexões de potência e comando Programação errada Verificar se os parâmetros estão com os valores corretos para a aplicação Erro Verificar se a softstarter não está bloqueada devido a uma condição de erro detectado Rotação do motor oscila flutua Conexões frouxas Desligue a softstarter desligue a alimentação aperte todas as conexões Rotação do motor muito alta ou muito baixa Dados de placa do motor Verificar se o motor utilizado está de acordo com a aplicação Trancos da desaceleração de bombas Parametrização da SoftStarter Reduzir tempo ajustado para rampa U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 116 Para finalizar o projeto do cliente que consiste na automatização de uma máquina de envase a qual ele mesmo projetou desde o início você foi solicitado a apresentar e desenvolver soluções viáveis Até o momento a solução apresentada foi o acionamento elétrico utilizando uma partida indireta com aceleração rotórica como solicitado pelo cliente Com o conhecimento adquirido sobre softstarter suas vantagens e facilidade de operação você deverá sugerir ao cliente um projeto com a softstarter ao invés da partida de aceleração rotórica A Figura 229 ilustra o diagrama elétrico utilizando a softstarter para acionamento do motor empregado na aplicação Lembrese de que na aplicação será instalado um silo que alimentará a rosca de envase e caso atinja o limite mínimo o processo deverá ser paralisado até que o operador ao encher o silo acione o botão para iniciar o processo novamente Enquanto o processo estiver parado devido ao nível mínimo ter sido alcançado um sinaleiro deverá ser acionado Fonte elaborada pelo autor Figura 229 Diagrama elétrico acionamento do motor com softstarter Utilizando o software CADSIMU para simulação do funcionamento do projeto é possível parametrizar a softstarter nos campos Start time 0 20S para o tempo da rampa de aceleração no qual o valor mínimo de tensão inicial poderá ser definido através do campo Initial starting voltage 30 100 no campo Stop time 0 20S é configurado o tempo da rampa de desaceleração Por último há o Sem medo de errar U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 117 Fonte elaborada pelo autor Figura 230 Diagrama elétrico acionamento do motor com softstarter e bypass campo Rated starting voltage 200 750V para definir a tensão de alimentação do motor Por se tratar de um simulador o software não apresenta todos os parâmetros para controle eficiente da partida do motor na aplicação porém estes apresentados são suficientes para que o cliente entenda e perceba as vantagens de investir nesse projeto Analisando a Figura 229 perceba que foi utilizado um contator K1 como um componente de acionamento auxiliar no circuito de comando para manter o motor em funcionamento fazendo um contato paralelo ou contato de selo com o botão S1 além de permitir o acionamento da softstarter Esse recurso poderia ser eliminado caso seja utilizada uma chave seletora ou botão de duas posições para fazer o acionamento liga e desliga Nesse projeto a softstarter estará constantemente energizada mantendo a alimentação para o motor elétrico porém o recomendável seria após a partida do motor utilizar um contator trifásico como bypass aumentando assim a vida útil do equipamento A Figura 230 ilustra essa ligação Dessa forma através de um relé temporizador é possível ligar um contator de bypass após o motor ter sido corretamente acionado Substituição de múltiplos acionamentos por uma softstarter Descrição da situaçãoproblema Depois de alguns estudos de viabilidade a empresa Café com Café Avançando na prática U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 118 optou por substituir os acionamentos elétricos do seu único processo por acionamento com softstarter O antigo painel tinha três partidas estrelastriângulos para três motores da mesma potência porém em aplicações diferentes No processo um motor movimenta a rosca transportadora o outro motor está acoplado como misturador a um tanque de torra do café vindo da rosca transportadora E o último motor é utilizado no elevador de canecas para transportar o café do armazenamento ao silo que alimenta a rosca transportadora Resolução da situaçãoproblema Pode ser percebido que na descrição do problema o processo é sequencial ou seja o elevador de canecas enche o silo responsável por armazenar os grãos utilizados durante a torra de café no qual há uma rosca transportadora do silo ao tanque de torra de café Sendo assim as três máquinas não precisam ser acionadas ao mesmo tempo A Figura 231 apresenta o diagrama elétrico para acionamento usando uma única softstarter em três motores Fonte elaborada pelo autor Figura 231 Diagrama elétrico do acionamento por softstarter para múltiplos motores em sequência U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 119 Importante observar que ao fazer o acionamento do motor M1 os contatores que comutam para funcionamento do motor M2 e M3 deverão estar abertos não permitindo a passagem de corrente elétrica Através de K2 fechado e K3 aberto o motor é acionado pela partida da softstarter e após total acionamento um relé temporizador poderá entrar com o próximo motor automaticamente ou por um botão para comando manual Quando for acionar o motor M2 o contator K2 deverá ser aberto e K1 fechado fazendo o esquema de bypass só então K4 é fechado estando K3 aberto seguindo a mesma lógica de funcionamento para partida de M1 para M2 e M3 Outro ponto importante é que a cada troca de motores para ser acionado o comando da softstarter deverá ser resetado 1 No cenário industrial é comum encontrar diferentes tipos de acionamentos de motores elétricos para cada aplicação divididos em partidas diretas e indiretas sendo que este último tipo compreende partidas por redução de tensão e proporciona melhores performances Conforme a aplicação e os índices de economias almejados são utilizadas softstarters e inversores de frequência substituindo os acionamentos feitos por relés contatores Atualmente alguns modelos de inversores possuem capacidade para se desenvolver pequenos algoritmos em linguagem de programação específica capaz de melhorar ainda mais o desempenho Complete as lacunas da sentença a seguir As partidas são acionamentos em que a rede elétrica alimenta o motor diretamente Já as partidas são acionamentos que visam partidas com baixa correte de pico Classificados como partidas estão por exemplo as partidas estrelatriângulo e por chaves eletrônicas estáticas E assinale a alternativa correta a Indiretas econômicas indiretas b Diretas indiretas indiretas c Convencionais inteligentes econômicas d Inteligentes diretas diretas e Comuns indiretas indiretas 2 O técnico responsável por uma empresa de envase de grãos de soja perguntou ao eletricista sobre quais os recursos que a softstarter apresentava em relação aos demais acionamentos que tinham nos painéis das máquinas O eletricista ao explicar para o técnico responsável resumiu os recursos da seguinte forma Faça valer a pena U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 120 I Rampa de aceleração para colocar o motor em movimento mesmo com carga pesada II Rampa de desaceleração permitindo uma parada suave III Limite da tensão de pico durante a partida Assinale abaixo a alternativa que classifique corretamente as respostas dadas pelo eletricista ao técnico da empresa a Todas afirmações estão corretas b Apenas as afirmações I e III estão corretas c Apenas as afirmações II e III estão corretas d Apenas as afirmações I e II estão corretas e Todas afirmações estão incorretas 3 Para acionamento de dois motores responsáveis pelo bombeamento de água para o tanque são utilizados um com a softstarter devido à potência do motor e ao regime de trabalho o outro com partida direta para acionamento da bomba reserva em caso de emergência A figura a seguir ilustra o diagrama elétrico utilizado na aplicação Marque a opção correta sobre o circuito de comando dessa aplicação a O botão B1 aciona a softstarter e não precisa de contato de selo pois uma vez acionado a softstarter mantém a carga em funcionamento Fonte elaborada pelo autor Figura Diagrama elétrico acionamento com softstarter e partida direta U2 Métodos de partida para acionamentos de motores elétricos 121 b O contator K1 é quem energiza o motor M2 para funcionamento através do contato NF do botão B3 que sempre que pressionado permite a energização da bobina de K1 e o sinaleiro H2 c Tanto o botão B0 como o botão B2 podem ser botões de parada ou funcionar como botões de início do processo caso sejam instalados depois dos botões B1 e B3 d O único jeito e também o mais simples e prático para desacionar o circuito de comando é a abertura do disjuntor F3 sempre que quiser paralisar os motores e O contato de selo de K1 paralelo ao contato do botão B3 é quem mantém a comutação do contator K1 para energização do motor elétrico e do sinaleiro H2 FRANCHI Claiton Moro Sistemas de acionamento elétrico 1 ed São Paulo Erica 2014 152 p MAMEDE FILHO João Instalações elétricas industriais 8 ed Rio de Janeiro LTC 2010 666 p PETRUZELLA Frank D Motores elétricos e acionamentos Tradução José Lucimar do Nascimento Série Tekne Porto Alegre McGrawHill 2013 372 p Referências Unidade 3 Nesta unidade serão estudados os dispositivos mais utilizados nos acionamentos de motores elétricos realizando os cálculos necessários para que o projeto esteja completo e garantindo o correto funcionamento Você já observou em vídeos ou em estudos de casos que quando mal dimensionados os dispositivos dos acionamentos podem causar grandes perdas na produção avarias nos componentes e até risco à segurança física Ao final você será capaz de conhecer e identificar os principais tipos de dispositivos eletroeletrônicos em um sistema de acionamentos de motores elétricos responsáveis pelo comando e pela proteção bem como dimensionálos Em seu novo desafio imagine que você é o responsável pelo desenvolvimento do projeto de melhorias nos painéis elétricos da empresa Quero Doce Ltda avançando com os projetos a cada seção desta unidade Em um primeiro instante foi fornecida pela empresa uma lista de prioridades na qual consta um novo circuito de carga para a máquina de mistura do doce de leite pois além de arcaico o atual apresenta paradas de produção devido ao aquecimento dos componentes do painel e às vezes até do motor Depois de solucionado esse problema sua tarefa será desenvolver o projeto com melhorias para o circuito de comando dessa máquina de mistura incluindo o memorial de cálculo e por último o projeto de acionamento para uma máquina recém desenvolvida pela própria empresa que fará o envase e o fechamento dos potes de doce Convite ao estudo Projeto de acionamentos de motores elétricos Diante dessa breve apresentação do novo desafio como você se sente Animado e ansioso para prover os resultados Quais ideias você sugere aos projetos Dos conhecimentos obtidos nessa jornada de aprendizagem você possui as habilidades para solucionar as demandas Pois bem na primeira seção desta unidade serão abordados os dispositivos de proteção e os cálculos necessários para dimensionálos conforme o motor instalado na aplicação Na segunda seção serão apresentados os dispositivos de comando e finalizando a unidade na última seção estudaremos o passo a passo para o desenvolvimento de um projeto completo Bons estudos U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 125 A disciplina de acionamento de motores elétricos proporciona o aprendizado acerca das melhores formas para controlar os motores O projeto de acionamento para ser considerado correto deverá estar alinhado com os dados da carga a ser controlada no nosso caso os motores elétricos O estudo desta unidade trata do dimensionamento dos componentes e dispositivos de um sistema de acionamentos e cada seção propõe a você a construção do conhecimento para analisar identificar e ser capaz de atuar com essas competências Nesta seção você terá o seguinte desafio Imagine que você é um técnico recémcontratado da empresa Quero Doce Ltda responsável pelo desenvolvimento dos projetos de melhorias dos painéis elétricos A primeira demanda recebida foi encaminhada pelo supervisor de produção e tratase de uma máquina de mistura do doce de leite muito utilizada ao longo do dia porém que fica desarmando constantemente Segundo o supervisor o motivo disso é que além do circuito elétrico ser arcaico os componentes do painel e às vezes o motor ficam quentes Como não há projeto no painel você deverá elaborar um novo circuito de carga e posteriormente de comando fazendo os cálculos necessários Constantemente você utilizará os conteúdos abordados nas unidades anteriores de forma que o conhecimento não seja perdido e sim cada vez mais compreendido e consolidado Sobre o aquecimento do motor e dos componentes quais poderiam ser as causas e de acordo com o que foi estudado na Unidade 1 quais as possíveis soluções Quais dispositivos de proteção serão utilizados no circuito de carga Para um motor de 125 cv qual é a partida mais adequada sendo que já possui material no tanque para ser misturado Esta seção começa com os recursos necessários para auxiliálo a entender e escolher o melhor dispositivo de proteção do circuito de carga Em seguida estão descritas importantes recomendações a serem consideradas nos cálculos e projetos Com os dados da Seção 31 Diálogo aberto Dispositivos de proteção para acionamentos de motores elétricos U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 126 aplicação e o tópico sobre cálculos você será capaz de dimensionar o projeto do circuito de carga e conhecer os pontos relevantes para sua instalação É sempre importante recorrer às seções anteriores em busca de algum conceito estudado ou mesmo fazer uso das referências bibliográficas Pronto para esse novo desafio Não pode faltar Tipos de componentes eletroeletrônico para sistema de proteção Para ser classificado como acionamento seguro e de preservação física tanto dos equipamentos quanto do profissional que o opera tornase importante a implantação de circuitos que possam atuar em condições anormais de sobrecorrentes curto circuito e sobrecargas Esses circuitos de proteção incluirão dispositivos como fusíveis disjuntores relés de sobrecargas relé falta de fase e outros com os mesmos princípios de relevância em segurança operacional Os fusíveis conforme ilustrado na Figura 31 são dispositivos de proteção contra curtocircuito para motores linhas alimentadoras e circuitos de comando Figura 31 Fusíveis contra curtocircuito do tipo NH a e montagem do modelo D b Fontes a httpspixabaycomptelektrikcorrenteelectricidade2069797 b httpwwwdirectindustry comprodsiemenslowvoltageproductsproduct25580560504html Acesso em 29 jan 2018 U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 127 O princípio de funcionamento do fusível é romper seu elemento fusível caso a corrente elétrica do acionamento ultrapasse seu valor máximo admissível Essa sensibilidade ao aumento da corrente elétrica protege não só os componentes como também os condutores Se comparado com outras soluções para proteção de correntes elétricas de curtocircuito em grande intensidade tornase uma escolha com alto índice de custobenefício Porém seu uso para proteção de correntes elétricas de sobrecarga não é recomendado devido a sua atuação ser para alta intensidade de corrente em torno de 14 vezes o valor nominal sem margem de segurança De modo geral os fusíveis apresentam as seguintes características Possuem operação simples Têm atuação única ou seja após atuarem na proteção contra curtocircuito rompendo o elemento fusível deverão ser substituídos para que o circuito volte a funcionar corretamente Na maioria das aplicações apresentam baixo custo Não realizam manobras apenas compõem se for o caso as chaves às quais estão acoplados são essas chaves que fazem as manobras e não os fusíveis Podem causar desequilíbrio nas fases por serem componentes individuais instalados cada um em uma fase unipolar Não são componentes com ajustes de tempo e corrente sua escolha deverá ser feita conforme o tipo da aplicação Os relés de sobrecarga conforme ilustrado na Figura 32 são dispositivos de proteção contra sobrecorrentes ou seja ele corta a alimentação dos circuitos ou cargas conectadas em seus terminais de saída quando a corrente elétrica ultrapassa o valor ajustado ou o valor de projeto U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 128 Figura 32 Relé de sobrecarga Fonte adaptada de httpbrgeindustrialcomprodutosautomacaoecontrolerelesdesobrecarga Acesso em 29 jan 2018 O funcionamento dos relés de sobrecarga baseiase no monitoramento da corrente elétrica que passa por ele e segue até a carga Para esse monitoramento é utilizado um par bimetálico ou seja duas lâminas com coeficientes térmicos diferentes e a corrente que passa pelo relé e internamente passa pelas lâminas pode resultar no deslocamento da junção conforme a transferência de calor Quem define a sensibilidade na percepção do aumento da corrente é o parafuso de parametrização para operação e ajuste de corrente da carga Na Figura 32 o parafuso de parametrização para operação é o de cor vermelha identificado pelo número 4 e apresenta quatro operações possíveis somente rearme manual rearme manual e testes rearme automático e testes somente rearme automático O rearme é a ação que permite o relé voltar a funcionar após seu acionamento por sobrecarga de forma que essa ação só poderá ser feita após o resfriamento do par bimetálico O parafuso de parametrização para ajuste de corrente conforme ilustrado na Figura 32 é o de cor amarela identificado pelo número 3 Esse ajuste apresenta uma faixa de corrente para que a corrente da carga esteja dentro do ajuste U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 129 Ainda na Figura 32 a identificação 1 está sinalizando os terminais de entrada do relé nos quais serão conectados os cabos de alimentação vindos do contator por exemplo A identificação 2 sinaliza os terminas de saída em que o motor será conectado Já a identificação 5 aponta para os contatos NA e NF que poderão ser utilizados no circuito de comando para acionamento de alarmes por meio do contato NA e desacionamento do circuito de comando por exemplo utilizando o contato NF em série com os demais comandos De modo geral os relés de sobrecarga apresentam as seguintes características Garantem proteção contra sobrecarga mecânica Suportam o tempo de partida alto Operam com elevados números de partidas Atuam em conjunto com o contator Não projetem a instalação contra curtocircuito O rearme é feito somente após o resfriamento dos sensores bimetálicos e recomendável a análise do problema Os disjuntores como ilustrado na Figura 33 são dispositivos de proteção Além disso conforme a norma NBR IEC 609472 os disjuntores são dispositivos de manobra capazes de acionar manter e interromper a corrente elétrica que passa por eles tanto em situações de correto funcionamento como em situações de sobrecarga e curtocircuito alimentando os circuitos e as cargas dependentes Figura 33 Disjuntores unipolar bipolar e tripolar Fonte httpswwwfoxluxcombrblogfoxlux2oqueeepraqueserveumdisjuntor Acesso em 29 jan 2018 U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 130 São dos tipos termomagnéticos diferenciados em minidisjuntor disjuntores de caixa moldada para aplicações em baixa tensão e disjuntoresmotores Basicamente seguem o mesmo princípio de funcionamento no qual sua atuação depende do comportamento do par bimetálico para sobrecarga ação térmica e do seu comportamento para curtocircuito ação eletromagnética A diferença é que nos disjuntoresmotores há o ajuste da corrente como nos réles de sobrecarga e alguns modelos permitem identificar a falta de fase Os disjuntores substituem os fusíveis nos circuitos de comando devido a sua ação sobre sobrecarga e quando se utiliza os disjuntoresmotores nos circuitos de carga não é necessária a instalação dos relés de sobrecarga Em aplicações não industriais são utilizados os disjuntores interruptores residuais De modo geral os disjuntores apresentam as seguintes características Atuam em proteção de sobrecorrentes em casos de sobrecarga disjuntores de elemento bimetálico e curtocircuito disjuntores eletromagnéticos de bobina Possuem modelos unipolar bipolar tripolar e tetrapolar permitindo a instalação correta e diferentemente dos fusíveis sua atuação é multipolar ou seja se atuado por sobrecorrente interrompe todas as fases que passam por ele evitando fases desiquilibradas Possuem grande variedade para correntes nominais geralmente de 5 a 3000 A e nos modelos de disjuntoresmotores oferecem uma faixa de ajuste Podem ser rearmados após atuação sem necessidade de substituições Alguns modelos permitem comando a distância Qual disjuntor utilizar na aplicação Somente os magnéticos térmicos ou termomagnéticos A empresa Legrand fabricante de componentes e soluções para proteção e manobra em circuitos elétricos elaborou um pequeno artigo sobre esse assunto Disjuntores os incompreendidos Disponível em httpwww legrandcombrblognoticiasreferenciasdisjuntoresesses incompreendidos Acesso em 29 jan 2018 Pesquise mais U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 131 Neste outro link é mostrada a atuação térmica e magnética de um disjuntor bem como a identificação dos componentes internos do disjuntor Disjuntor termomagnético em funcionamento Disponível em httpswwwyoutubecomwatchvWjpeaUIHB4 Acesso em 29 jan 2018 Dados importantes para dimensionamento dos dispositivos de proteção É de conhecimento que a definição dos componentes a serem utilizados nos projetos de acionamentos depende da aplicação do tipo de carga sobre o qual o motor elétrico está exercendo ação dos dados do motor definidos a partir de necessidades e premissas da carga e da rede de alimentação além do modelo de partida utilizado Acompanhando os circuitos elétricos de carga utilizados na Unidade 2 podemos perceber que o motor está ligado aos contatores com relés térmicos e dependendo da lógica de funcionamento conforme a partida acima deles estão os disjuntores magnéticos ou disjuntoresmotores térmicos que substituem o conjunto de relés térmicos e disjuntores magnéticos Em alguns projetos é possível ter ainda os relés de falta de fase e fusíveis Com relação aos fusíveis o dimensionamento e a escolha serão feitos por meio dos seguintes dados Classe de serviço envolve os dados de classificação do fusível com relação ao tipo do serviço função e objetos protegidos No Quadro 31 são apresentados os tipos de classe de serviço Em acionamentos de motores elétricos são comumente utilizados os de modelo aM proteção parcial de equipamentos eletromecânicos Tempo de fusão consiste no tempo em que o fusível levaria para fundir quando sujeito ao pico de corrente de partida Ip durante o tempo de partida do motor Tp Corrente do fusível IFusívelI o fusível deverá ser dimensionado para uma corrente de no mínimo 20 superior à corrente nominal IN do motor protegido e menor que a corrente dos contatores relés de sobrecarga e outros que estão na mesma linha que o motor U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 132 Tipo do fusível tipo D diametral ou Diazed utilizado em residências e indústrias com correntes de 2 a 63 A em baixa tensão 500 V e ruptura de 50 kA e o tipo NH com baixa tensão de alta capacidade para uso industrial em que a corrente seja de 4 a 630 A em baixa tensão 500 V porém ruptura de 120 kA Quadro 31 Classe de serviço dos fusíveis Posição Letra Descrição Primeira letra minúscula g Fusível limitador de corrente atuando tanto na presença de curtocircuito quanto na de sobrecarga Fusível de faixa completa a Fusível limitador de corrente atuando somente na presença de curtocircuito Fusível de faixa parcial Segunda letra maiúscula G Proteção de linha uso geral L Proteção de linha M Proteção de circuitos motores e equipamentos eletromecânicos Tr Proteção de transformadores R Proteção de semicondutores ultrarrápido S Proteção de semicondutores e linha B Proteção de instalações em condições pesadas ex minas Fonte Fernandes Filho Dias 2014 p 55 Nos relés de sobrecarga o dimensionamento envolve pequenas análises tanto do ambiente de instalação como do tipo de carga a ser acionada Com relação ao ambiente de instalação caso a temperatura possa interferir é utilizado o relé com compensação térmica de forma que seu funcionamento fique apenas no monitoramento da corrente elétrica e seus efeitos de aquecimento do bimetal A outra análise é realizada pelo tempo de partida necessário pela corrente de consumo do motor e por sua classe de serviço Os relés de sobrecarga possuem duas categorias das condições de curtocircuito A primeira é para os dispositivos de proteção e U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 133 até de acionamento da carga relé sobrecarga e contatores que poderão sofrer avarias nas quais são obrigatórias as substituições e a avaliação em detalhes do problema que os levaram ao dano A segunda categoria não permite quaisquer danos ou perdas dos ajustes preservando as isolações e impossibilitando a fusão dos contatos e ligações internas de cada componente sendo suficiente uma avalição superficial Em ambos os casos não haverá risco de segurança para as pessoas e instalações Como já citado anteriormente os disjuntores termomagnéticos servem para proteger os circuitos elétricos contra curtoscircuitos e sobrecargas sendo que a correta escolha é feita observando o número de fases da rede de alimentação para que seja o mesmo do de polos do disjuntor a corrente de trabalho do disjuntor conforme o dimensionamento e o tipo da curva de operação conforme o Quadro 32 no qual há a determinação da velocidade de atuação conforme o tipo da carga Os disjuntoresmotores são de uso específico em cargas indutivas com baixa frequência de operação além de ocuparem menos espaços por atenderem as necessidades de comutação e proteção de sobrecargas e curtocircuito Quadro 32 Curva de operação dos disjuntores Curva Aplicação Exemplo B Circuitos e cargas resistivas Chuveiro elétrico C Circuitos e cargas mistas resistivas e indutivas Lâmpadas bomba dágua instalações em geral D Circuitos e cargas indutivas Motor elétrico Fonte elaborado pelo autor Todos os componentes dos circuitos elétricos possuem simbologias recomendadas em normas Atualmente encontramse canceladas e sem substituições tanto a Norma Brasileira para Simbologias em Instalações Elétricas Prediais a NBR 5444 como as Normas Internacionais IEC 60417 Simbologia de Equipamentos e IEC 60617 Simbologia para Diagramas Porém mesmo assim os projetos e softwares específicos mantêm tais simbologias como forma padrão O Quadro 33 apresenta as simbologias dos fusíveis relés de sobrecarga e disjuntores Assimile U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 134 Quadro 33 Simbologia para dispositivos de proteção Dispositivo Simbologia Fusíveis instalados em linha Fusíveis seccionáveis por chave Relé de sobrecarga Minidisjuntor Disjuntormotor Fonte elaborado pelo autor U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 135 Dimensionamento dos dispositivos de proteção O primeiro dimensionamento a ser feito será com relação aos fusíveis Foi estudado nesta seção o dimensionamento como sendo 20 maior do que a corrente nominal ou pelo gráfico de tempo de fusão escolhendo o de maior valor entre esses dois métodos Dimensionar os fusíveis para proteção de um motor elétrico a ser ligado em rede 220 V trifásico com acionamento por partida direta sendo o motor de 75 cv com corrente nominal IN de 20 A e relação corrente de partida por nominal I I P N de 82 O motor necessita de 10 segundos para atingir a rotação plena Analisando os 20 superiores à corrente nominal de 20 A obtémse 24 A Para analisar pelo gráfico de tempo de fusão é necessário saber qual é a classe de serviço e o tipo do fusível Pelo Quadro 31 entendese que a carga a ser protegida é um motor segunda letra M podendo atuar como faixa completa g caso o circuito não tenha dispositivo de proteção contra sobrecarga ou de faixa parcial a para circuitos com dispositivo para proteção de sobrecarga Então teremos aM ou gM o que nos levará a consultar o catálogo de algum fabricante e verificar qual das opções ele possui Vale lembrar que conforme foi dito no início da seção o fusível não é o melhor dispositivo de proteção contra sobrecarga Portanto a escolha seria os de classe aM Como a carga é pequena tanto o tipo D quanto o tipo NH atenderia essa aplicação mas por questões de custos os do tipo D são a primeira escolha Manipulando a fórmula I I I I P N P N é possível encontrar o valor da corrente de partida IP de 164 A Observe a Figura 34 em que é ilustrado o gráfico para análise da escolha do fusível por tempo de fusão Exemplificando U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 136 Figura 34 Gráfico curva tempocorrente dos fusíveis tipo D Fonte adaptada de Fernandes Filho Dias 2014 p 58 Analisando a Figura 34 podemos encontrar o valor do fusível de 50 A por meio dos traços feitos no eixo tempo 10 s e no eixo corrente 164 A O dimensionamento dos relés de sobrecarga depende do valor da corrente nominal IN do motor a ser acionado pois a faixa de ajuste de corrente do relé IR deverá estar em torno deste valor Além desse dado os fatores de serviços dos motores são divididos em duas constantes k para compor a equação final no dimensionamento dos relés de sobrecarga sendo considerados dois valores Constante k 115 para os fatores de serviço menores que 115 Constante k 125 para os fatores de serviço iguais ou maiores que 115 ou cuja temperatura ambiente for maior que 40 ºC A equação final para dimensionamento será I k I R N Por meio dos catálogos de fabricantes é possível verificar essas informações e outras especificações técnicas Os dimensionamentos dos disjuntores são feitos levando em consideração o somatório das correntes das cargas a serem acionadas e que terão o mesmo disjuntor como proteção e neste U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 137 caso consideramos esse somatório como corrente de projeto IB Por meio da corrente de projeto e da previsão de aumento de carga fator de demanda é possível determinar a corrente dos cabos IZ que fará as ligações entre os dispositivos Porém a corrente nominal do disjuntor IN deverá estar entre a corrente de projeto e a corrente dos condutores pois sua função é garantir o funcionamento do circuito por completo Para tanto é recomendado que essa corrente somatória para o dimensionamento do disjuntor I2 seja 45 menor que a corrente de condução dos condutores Sendo I I I B N Z ou seja a corrente de projeto IB é menor que a corrente nominal do disjuntor IN que por sua vez é menor que a corrente suportada pelo condutor I IZ 2 1 45 dessa forma além do disjuntor satisfazer a condição anterior sua corrente resultante do somatório das cargas deverá ser menor que 45 da corrente suportada pelo condutor Instalação dos dispositivos de proteção A montagem de um conjunto fusível é constituída por Base suporte no qual o elemento fusível será acoplado e permitirá que a corrente flua entre as extremidades do fusível Elemento fusível fio condutor de cobre prata estanho chumbo ou liga imerso em areia de quartzo para evitar a formação de arco voltaico envolvido por um corpo externo cerâmico Em cada extremidade há um contato metálico fechando o componente e é por essas extremidades que a corrente irá fluir Dependendo do modelo do fusível tipo D ou NH outros elementos constituirão os conjuntos fusíveis como anel de proteção parafuso de ajuste e sinalizador de operação O conjunto fusível deverá ser instalado em série no circuito elétrico pois os materiais de construções do fusível permitem que ele seja mais sensível ao aquecimento na passagem da corrente elétrica do que outros elementos Depois de romper o elemento fusível o acionamento é interrompido e para voltar a funcionar é necessária uma substituição Conforme a NR10 não é permitida a improvisação de algum recurso no lugar dos fusíveis pois poderão desencadear problemas comprometedores de segurança e bom funcionamento U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 138 Assim como os fusíveis os relés de sobrecarga são instalados em série com a carga pois desta forma quando ocorrer alguma sobrecarga ele poderá interromper a passagem de corrente elétrica e consequentemente desligar o motor Para uma proteção mais completa os fusíveis devem ser usados em conjunto com os relés de sobrecarga ou os disjuntores magnéticos devem substituir os fusíveis A instalação dos disjuntores também será feita em série como no circuito sendo observado o correto dimensionamento e no caso dos disjuntoresmotores o ajuste de atuação Assim como nos relés de sobrecarga os disjuntoresmotores possuem dois contatos disponíveis para serem utilizados no circuito de comando um NF e outro NA Reflita Nos projetos da Unidade 2 foram utilizados somente os disjuntores motores para proteção no circuito de carga e os minidisjuntores nos circuitos de comando Por que não foram inseridos nas linhas de alimentação os fusíveis bem como os relés de sobrecarga em conjunto com os contatores Como deveriam ser dimensionados o disjuntor do circuito de carga e os condutores de ligação entre os dispositivos para o motor de 75 cv utilizado na partida direta se ele apresenta corrente nominal de 20 A Sem medo de errar Voltando ao cenário do novo desafio agora como técnico da empresa Quero Doce Ltda seu projeto é desenvolver um circuito de carga para a máquina de mistura do doce de leite a qual é bastante utilizada ao longo do dia e que segundo o supervisor de produção está parando diversas vezes ao dia atrasando a produção Enquanto ele explicava o funcionamento da máquina e o que estava acontecendo você pôde presenciar a parada da máquina Abrindo o painel com o acionamento do motor você constatou aquecimento nos componentes e nos condutores e acoplado à máquina o motor também estava um pouco quente Neste momento o supervisor o questionou sobre os possíveis problemas e qual seria a partida que você planeja desenvolver no novo acionamento U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 139 Com o conhecimento adquirido na Seção 3 da Unidade 1 você conferiu com um voltímetro as ligações dos enrolamentos do motor fez a análise prévia do nível de tensão entre as fases percebeu ao avaliar o motor que ele aparentava ser novo e que os rolamentos estavam lubrificados e a caixa acoplada estava alinhada e ainda verificou com um termômetro industrial a temperatura ambiente do painel e do motor Ao final foi constatado que somente a temperatura do painel apresentava alguma irregularidade Mesmo sem o projeto elétrico em mão foi fácil observar que o único dispositivo de proteção eram os fusíveis em linha 63 A cada os cabos que faziam as ligações elétricas estavam com diferentes bitolas de 25 a 6 mm² e o relé de sobrecarga 20 A acoplado no contator estava ajustado no máximo Como proposta de acionamento da partida poderiam ser utilizados a compensadora a aceleração rotórica a softstarter ou o inversor de frequência sendo os dois últimos os mais indicados para obter uma ótima performance de acionamento e eficiência O supervisor solicitou um primeiro projeto para analisar o custo de investimento com a partida softstarter Para a softstarter Figura 35 é possível utilizar somente o minidisjuntor pois ela apresenta proteção contra sobrecarga e curto circuito além de falta de fase Quanto ao circuito de comando serão utilizados apenas sinaleiros e botões acoplados diretamente nos terminais da softstarter Os seguintes dimensionamentos foram feitos para os dispositivos de proteção e circuito de carga Como o motor é de 125 cv ligado em 380 V trifásico possui corrente nominal de 181 A dados da placa de identificação O disjuntor será de 20 A valor mais próximo no catálogo do fabricante que satisfaz a condição I I I B N Z O cabo de 25 mm² suportando 30 A valor que satisfaz as condições de a corrente do condutor ser 45 maior que a corrente da carga I IZ 2 1 45 e maior que a corrente nominal do disjuntor Dados do cabo conforme tabela do fabricante Corfio para instalação de três cabos carregados dentro de um perfil liso disponível em httpswwwcorfiocombrptareatecnicatabela04 Acesso em 29 jan 2018 U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 140 Figura 35 Acionamento elétrico com softstarter Fonte elaborada pelo autor Acionando o motor por meio da partida eletrônica softstarter é importante observar que o motor será acionado com 13 do torque nominal e de forma proporcional esse valor aumentará conforme o tempo de rampa chega ao final Avançando na prática Dimensionamento do circuito de carga para ventilador industrial Descrição da situaçãoproblema Para instalação de um ventilador industrial no galpão foi solicitado o cálculo e o projeto do circuito de carga com minidisjuntor e relé de sobrecarga para uma rede de 220 V trifásico O motor do ventilador possui 5 cv com acionamento por partida estrelatriângulo de 5 segundos fator de serviço de 125 e corrente nominal de 15 A U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 141 Resolução da situaçãoproblema Analisando o fator de serviço para dimensionamento do relé de sobrecarga sabese que será multiplicado pela constante 125 fator de serviço maior que 115 de forma que I k I R N IR 125 15 IR 18 75 A O valor encontrado de 1875 A será o valor de ajuste e o relé escolhido deverá ter esse valor em sua faixa de ajuste de corrente O disjuntor acima da corrente será de 20 A conforme catálogo do fabricante satisfazendo a condição I I I B N Z O cabo poderia ser o de 15 mm² que suporta 22 A ou o de 25 mm² suportando 30 A pois ambos satisfazem as condições de a corrente do condutor ser 45 maior que a corrente da carga I IZ 2 1 45 ou seja 15 1 45 2175 A e maior que a corrente de projeto I I I B N Z Dados do cabo conforme tabela do fabricante Corfio para instalação de três cabos carregados dentro de um perfil liso disponível em httpswwwcorfiocombrptareatecnica tabela04 Acesso em 29 jan 2018 1 No circuito elétrico de acionamento do motor de 10 cv foi desenvolvida uma partida estrelatriângulo Porém os fusíveis dimensionados não suportaram a corrente de partida Verificando o projeto e a curva tempo corrente dos fusíveis figura a seguir constatouse que os cálculos foram feitos para um motor menor Faça valer a pena U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 142 2 Com a finalidade de melhorar o sistema de proteção e manobra da máquina de corte foi sugerida a instalação do relé de sobrecarga depois do contator em linha com o motor elétrico ligado em rede 220 V trifásico com acionamento por partida direta de 5 segundos e fator de serviço de 105 Consultando o catálogo do fabricante o técnico se deparou com diversas opções para escolha do relé de sobrecarga Sendo o motor de 75 cv com corrente nominal IN de 20 A e relação corrente de partida por nominal I I P N de 82 marque a opção que melhor apresenta o dimensionamento para a corrente do relé de sobrecarga IR nesta aplicação Considerando a corrente nominal do motor de 149 A quando ligado em 380 V para um acionamento em estrelatriângulo e partida de 3 segundos qual alternativa melhor apresenta o valor dos fusíveis para essa aplicação em relação à figura se a relação corrente de partida por corrente nominal for de 79 Figura Curva tempocorrente do fusível tipo D Fonte Fernandes Filho Dias 2014 p 58 a 35 A b 25 A c 20 A d 50 A e 30 A U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 143 3 Após estudar sobre os dispositivos de proteção o eletricista responsável da empresa de laticínios resolveu melhorar o painel elétrico desenvolvendo o projeto elétrico e a montagem do novo painel dentro da norma e com o disjuntormotor As tabelas a seguir são utilizadas para o dimensionamento Sendo o motor escolhido de 125 cv alimentado em 220 V trifásico qual é a a 25 A b 21 A c 23 A d 205 A e 1886 A alternativa a seguir que melhor apresenta o dimensionamento para o cabo condutor a ser utilizado nas ligações elétricas e para o disjuntormotor a Condutor de 6 mm² e disjuntormotor de 25 A Tabela Capacidades de condução de corrente método C Corfio Seções nominais mm² Método C para 3 condutores carregados 4 40 6 52 10 71 Fonte adaptada de httpswwwcorfiocombrptareatecnicatabela02 Acesso em 29 jan 2018 Tabela Correntes nominais do motor trifásico W22 premium WEG Potência nominal cv 220 V trifásico 1800 rpm 380 V trifásico 1800 rpm 125 312 A 181 A Fonte adaptada de httpecatalogwegnetteccattechmotorselwebasp Acesso em 1 fev 2018 Tabela Disjuntormotor WEG MPW40 até 40 A termomagnético Corrente nominal In A Faixa de ajuste da corrente nominal 20 16 20 25 20 25 32 25 32 40 32 40 Fonte adaptada de Weg sd p17 U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 144 b Condutor de 10 mm² e disjuntormotor de 40 A c Condutor de 4 mm² e disjuntormotor de 40 A d Condutor de 6 mm² e disjuntormotor de 32 A e Condutor de 10 mm² e disjuntormotor de 25 A U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 145 Prezado aluno como tem sido solucionar os problemas e desenvolver os projetos que envolvem os acionamentos de motores elétricos É interessante observar que esta disciplina demanda muito empenho e senso de curiosidade para que você possa compreender os conceitos e fundamentos cada vez mais e saber aplicar todos eles nas soluções propostas Nesta seção teremos o estudo sobre os tipos e dimensionamentos necessários para os componentes e dispositivos que fazem o controle e o comando dos acionamentos Na primeira tarefa desenvolvida na empresa Quero Doce Ltda você elaborou um circuito de carga para a máquina de mistura do doce de leite usando uma softstarter o que resultou na melhoria da produção na redução drástica das paradas para manutenção corretiva e no aumento da vida útil dos equipamentos além da redução do pico de corrente na rede elétrica da empresa Nesta segunda fase você foi solicitado a projetar o circuito de comando desse acionamento incluindo outros motores de menor potência que farão a alimentação dos ingredientes por meio de sistemas dosadores A finalidade é automatizar o processo de fabricação do doce de leite conforme o descritivo de funcionamento Ao iniciar o processo por meio do botão pulsante NA Start o motor principal misturador é iniciado Quando o botão pulsante NA Fase1 for pressionado o motor trifásico de 14 cv é acionado por partida direta para dosagem do leite No tanque de mistura foram instalados quatro sensores de nível e a cada nível alcançado um sinalizador luminoso é ligado no painel para indicar o nível atual Quando o nível 2 for alcançado outro motor trifásico de 14 cv é acionado por partida direta para dosagem do açúcar A dosagem do açúcar para quando chegar no nível 3 Seção 32 Diálogo aberto Dispositivos de comando para acionamentos de motores elétricos U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 146 Essa dosagem poderá ser acionada de forma manual por meio do botão pulsante NA Fase2 a qualquer momento até alcançar o nível 4 Quando o nível 4 for alcançado a dosagem do leite é interrompida Após chegar ao nível 4 o processo se manterá em mistura e aquecimento durante um tempo de uma hora e só então todo o processo é paralisado Outra forma de parar o processo é por meio do acionamento do botão de segurança NF É preciso prever as demais sinalizações luminosas de segurança e de processo necessárias Conforme o descritivo das premissas de funcionamento do novo processo como você está planejando fazer Quais lógicas de programação você identificou Preparado Nesta seção você estudará os conteúdos que o ajudarão na solução desse projeto começando pela apresentação dos tipos de componentes que fazem parte do diagrama de comando seguidos pelas funções lógicas e por importantes informações a serem observadas nas especificações técnicas desses componentes e para finalizar serão apresentados os cálculos de dimensionamentos existentes nesse tipo de projeto além de valiosas observações sobre instalações desses dispositivos Bons estudos Tipos de componentes eletroeletrônicos para sistema de comando e sinalização Os dispositivos de comando e sinalização são os componentes usados no circuito elétrico para controle e atuação da carga Os componentes de comando de entrada são aqueles que geram um sinal quando acionados como botões chaves e sensores podendo por meio de cabos condutores conduzir esse sinal diretamente para os componentes de comando de saída ou atuadores como os sinaleiros e as bobinas de contatores ou conduzir para os componentes de controle que tratarão desse sinal e executar alguma função junto com os atuadores por exemplo Não pode faltar U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 147 relés temporizadores relés de processo nível temperatura pressão ou mesmo relés programáveis O Quadro 34 ilustra alguns dos componentes mais utilizados nos circuitos de comando e sinalização baseado no catálogo de produtos da empresa Metaltex Quadro 34 Dispositivos de comando usados em acionamentos elétricos Ilustração Informações do componente Botões de comando do tipo pulsante podem ser de corpo metálico ou de plástico com ou sem iluminação LED Podem ainda ser de diferentes cores para melhor organização do circuito de comando Os contatos NA ou NF são blocos que podem conforme a necessidade se conectar uns aos outros Por exemplo no mesmo botão há dois contatos NA e um contato NF de forma que quando o botão for pressionado os contatos conectados comutarão ao mesmo tempo Chave seletora de duas ou três posições podendo ser de acionamento fixo ou de retorno Classificada como seletora de retorno quando é feita a escolha para esquerda ou direta e o acionamento ao invés de permanecer na posição escolhida retorna para a posição central ou posição 0 Assim como os botões de comando há disponibilidade dos blocos de contato NA e NF Botão de segurança com cabeçote tipo cogumelo com trava e giro para destravar ou ainda com chave para destravar Com a finalidade de atuar sobre cenários de emergência são acompanhados por contatos NF pois seu acionamento está interrompendo a corrente elétrica do circuito de comando Porém conforme a aplicação os blocos NA poderão ser conectados U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 148 Sinaleiros para sinalização e alarme são encontrados nas tensões de alimentação CC de 12 Vcc a 110 Vcc e CA de 12 Vca a 220 Vca Os mais comuns são de apenas uma cor e deverão ser aplicados conforme as normas do projeto na falta de recomendações utilizase a NR26 Em algumas aplicações são instalados os sinalizadores bicolores verde com vermelho Contatores para acionamento de cargas e contatores auxiliares com bobinas em tensões elétricas CA e CC Normalmente os contatores de cargas possuem um ou dois contatos do tipo NA e NF disponíveis para serem utilizados no circuito de comando porém tornase necessário utilizar mais contatos NA ou NF para o mesmo contator assim sendo são utilizados os blocos auxiliares de até quatro opções de contatos e seu acionamento é feito por meio do encaixe mecânico com o contator de carga Porém se o desejado for apenas os contatos NA e NF são utilizados os contatores auxiliares uma vez que possuem bobina Fonte elaborado pelo autor Acesse o catálogo de componentes de automação da empresa Metaltex para verificar mais informações e conhecer outras soluções Disponível em httpwwwyoublishercomp1122798Catalogode automacao2015 Acesso em 30 jan 2018 Dados importantes para dimensionamento dos dispositivos de comando e sinalização Componentes de comando de entrada podem ser classificados como evento discreto ou contínuo Quando discretos entendese que os sinais gerados por eles são binários ou seja 0 ou 1 ligado Pesquise mais U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 149 ou desligado verdadeiro ou falso e quando contínuos são aqueles que apresentam o sinal gerado variante no tempo e com isso tornase necessário haver algum componente de controle para tomada de ação Por exemplo os botões tanto pulsantes quanto retentivos são discretos as chaves de comutação com N posições são discretas sensores ópticos e chaves boia de nível também são discretos pois há somente duas condições de respostas acerca de seu funcionamento ou estão atuados ou não Porém se for utilizado um sensor de temperatura LM 35 PT 100 etc ou um sensor de nível por detecção de volume pressão etc são de respostas contínuas variantes no tempo Para aprofundar mais sobre os tipos e princípios de funcionamento dos sensores industriais recomendase o estudo e a leitura do livro THOMAZINI Daniel ALBUQUERQUE Pedro Urbano Braga de Sensores industriais fundamentos e aplicações 8 ed São Paulo Erica 2011 224 p Disponível em httpsintegradaminhabiblioteca combrbooks9788536520261 Acesso em 27 nov 2017 Outro dado importante é sobre o tipo de contato utilizado normalmente aberto NA ou normalmente fechado NF Esses contatos são acoplados fisicamente ao componente de entrada discreta como botões chaves sensor fim de curso etc Eles representam o estado dos contatos quando não estão ativos Quando ativos pressionados ou acionados comutam o comportamento desses contatos saindo de normalmente aberto para fechado e viceversa O importante é entender que o uso do contato NF implica na condução do sinal de um ponto a outro em seu terminal e somente interromperá esse sinal quando acionado Assim dispositivos de segurança e proteção utilizam o contato fechado pois dessa forma é garantido ao sistema de acionamento que somente em caso de não conformidade com o esperado esses dispositivos atuarão e comutarão os contatos Por último é comum encontrar em projetos os contatos com as denominações em inglês NO normal open normalmente aberto e NC normal close normalmente fechado além de estarem categorizados em Pesquise mais U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 150 SPST Single pole single throw um polo para uma única manobra A Figura 36a ilustra esse tipo de contato DPST Double pole single throw dois polos para uma única manobra A Figura 36b ilustra esse modelo SPDT Single pole double throw um polo para uma dupla manobra A Figura 36c ilustra esse contato Figura 36 Blocos de contato SPST a DPST b e SPDT c a b c Fonte elaborada pelo autor Os contatos NA e NF podem ser combinados e associados de forma a se obter lógicas de funcionamento análogas às portas lógicas utilizadas em projetos eletrônicos bem como no algoritmo desenvolvido na linguagem de programação Ladder para CLP O Quadro 35 relaciona algumas dessas lógicas com os contatos NA e NF utilizados nos circuitos de comando dos acionamentos de motores Quadro 35 Lógica de acionamento Função Lógica Acionamento elétrico E and similar ao circuito em série em que para o sinal chegar na carga deverá passar por todos os contatos na linha No exemplo para a lâmpada ser energizada os contatos K1 K2 e K3 deverão estar acionados comutando de NA para fechados Simbolizado com o E e pelo K K K 1 2 3 Assimile U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 151 OU or similar ao circuito em paralelo permite mais de uma passagem do sinal por meio dos contatos em direção à carga Comprovando esse princípio de funcionamento perceba no exemplo que para a lâmpada acender qualquer um dos contatos deverá ser acionado comutando de NA para fechado Simbolizado com o OU e pelo K K K 1 2 3 Inversora not o conceito da função inversora é que o contato utilizado é NF e dessa forma sem o acionamento dele a carga será energizada e com o acionamento do contato a carga será desenergizada comutando de NF para aberto conforme exemplo Comumente utilizamos um traço superior para indicar a inversão do sinal ou seja fechado por exemplo K1 Ou exclusiva XOR conhecido em instalações prediais como acionamento paralelo ou three way pois o acionamento acontece somente com um dos contatos acionados ou dois acionados juntos A lâmpada não é energizada devido ao intertravamento feito Pode ser simbolizado como K1 K2 K1 K2 ou ainda tendo o sinal de dentro do círculo K1 K2 Fonte elaborado pelo autor Componentes de comando de saída são facilmente identificados devido à ação por eles executada nos momentos em que são energizados ou que recebem um sinal de comando Alguns desses componentes não conseguem operar em proporcionalidade ao sinal de entrada Nos casos de evento contínuo variante no tempo por exemplo os contatores funcionam somente em dois estados U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 152 ligado ou desligado energizado ou desenergizado Não existe a possibilidade de se obter 20 ou 60 de seu funcionamento e consequentemente regular o motor para uma velocidade maior ou menor Para isso seria necessário o uso de uma chave de partida eletrônica ou de um conversor de frequência ou ainda usar de dispositivos de interface telas de interface homemmáquina IHM displays analógicos ou digitais a fim de monitorar as grandezas elétricas e o comportamento do circuito Dimensionamento dos dispositivos de comando e sinalização O dimensionamento do circuito de comando envolve a corrente necessária para o acionamento dos componentes de comando de saída pois os motores serão acionados por meio de circuitos de potência ou de carga Como já mencionado esses componentes de saída poderão ser as bobinas dos contatores sinaleiros sirenes displays circuitos eletrônicos dos controladores ou relés Por meio desse levantamento será possível identificar a corrente elétrica que irá fluir entre os componentes de comando podendo dessa forma dimensionálos bem como dimensionar a fonte de tensão e o dispositivo de proteção do circuito Um erro comum resultante da negligência dessa análise ocasiona na perda da fonte de alimentação do circuito de comando devido a sua limitação de potência e ao disjuntor com valor superior ao da corrente de projeto O mesmo cuidado que se tem no dimensionamento do circuito de carga deverá haver com o circuito de comando Uma prática comum e importante nos dimensionamentos dos componentes é considerar uma faixa de segurança entre 10 e 25 evitando que o circuito trabalhe muito próximo dos valores nominais o que em uma condição anormal poderia danificálos ou paralisar o funcionamento do motor Essa mesma faixa percentual é utilizada nos projetos elétricos de carga projetos de painéis elétricos projetos de automação entre outros U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 153 Depois de desenvolvido o projeto do circuito de carga para acionamento por partida estrelatriângulo com reversão de um motor elétrico trifásico de 125 cv ligado em 400 V é necessário elaborar o projeto de comando e dimensionar os componentes desse circuito A Figura 37a ilustra o projeto do circuito de carga desenvolvido e a b o respectivo circuito montado Para atender a norma NR12 que recomenda uma extra baixa tensão no circuito de comando até 25 V em corrente alternada ou 60 V em corrente contínua houve uma verificação inicial tanto no almoxarife da empresa como nas empresas que comercializam material elétrico e estabeleceuse uma fonte de corrente contínua de 24 V cuja entrada de alimentação poderá ser de 400 V alternado Figura 37 Diagrama de carga partida YD com reversão a e projeto montado b Fonte elaborada pelo autor a b A Figura 38 ilustra o diagrama de comando para essa aplicação Exemplificando U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 154 Figura 38 Diagrama de comando YD com reversão Fonte elaborada pelo autor Analisando os dados técnicos dos contatores a bobina alimentada em 24 Vcc possui um consumo de 12 W e os sinaleiros utilizados de 20 mA Ao todo serão dois contatores acionados por vez no máximo quatro sinaleiros e o relé temporizador de 70 mA de consumo máximo conforme catálogo de fabricantes Desta forma temos um total de 115 A Grande parte dos componentes de entrada botões etc suportam manobrar até 10 A Com relação à fonte de alimentação é recomendável por boas práticas o uso de fontes chaveadas por possuírem um circuito eletrônico confiável e estável neste caso uma fonte de 115 A ou maior Não devemos nos esquecer de que o disjuntor deverá proteger todo o circuito incluído fonte condutores e componentes Instalação dos dispositivos de comando e sinalização Não só para o circuito de comando mas também para o de carga existem algumas recomendações importantes para que o projeto seja um sucesso Além dos cálculos de dimensionamento dos contatores condutores disjuntores relés de sobrecarga e fusíveis como visto na Seção 31 consideramos as cargas do circuito de comando para dimensionar a fonte de alimentação e o disjuntor de proteção desse circuito Conforme a demanda de funcionamento é necessário elaborar uma lógica de funcionamento e sempre que possível verificar U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 155 no mercado se não há ferramentas de simulação para melhorar cada vez mais os projetos e as soluções que você irá desenvolver Além disto na montagem do acionamento temos que atentar a outros pontos como evitar ligações erradas por não seguir um diagrama conectar os cabos errados e deixar más conexões O Quadro 36 apresenta algumas boas práticas que você poderá atribuir em suas atividades profissionais e que o ajudará a obter melhor performance Quadro 36 Boas práticas profissionais instalações elétricas industriais Tópicos Ilustrações Além da separação dos cabos na badeja por aplicação deve se realizar o aterramento das partes metálicas que compõem a instalação aferindo uma resistência de aterramento menor que 10Ω Para cabos de comunicação utilizar modelos de categoria 5 ou 6 para cabos de controle usar blindados ou com malha interna e em ambos os casos manter o sinal sem interferências da rede CA ou de outras perturbações próximas Usar o projeto impresso e segui lo conforme sua complexidade fazendo suas anotações de rodapé e realizando marcações de avanço conforme as partes do projeto já montado Manter arquivo de dados de máquinas e equipamentos e quando possível arquivar os manuais ou digitalizálos evitando dessa forma a perda de informações importantes com a depreciação do equipamento U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 156 Proteger o motor com carenagens aumentando sua vida útil garantir o correto funcionamento do processo evitar paradas desnecessárias e proteger a integridade física de quem atua nas proximidades direta ou indiretamente Manter um projeto impresso no painel e outro em uma pasta no setor de manutenção e se possível em meio digital Cuidar da limpeza periódica dos componentes internos do painel e quando necessário fazer novas identificações dos cabos Sempre que modificado algum circuito ou implantadas novas funções no circuito de controle fazer atualização do projeto e conferir o dimensionamento da carga até a fonte de alimentação Identificar os componentes internos o chassi do painel e externos na porta facilitando a monitoração e o controle Utilizar bornes para conexão das ligações entre os componentes internos do painel com os componentes externos facilitando as medições a manutenção e as futuras mudanças de fixação Fonte adaptado de Guimarães 2017 sp U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 157 Quais lições aprendidas relatos de resultados e desafios de experiências próprias e de observação a outros profissionais você anotou e arquivou como sendo seu diário de bordo ou seu guia de aprendizado Retornando ao projeto da empresa Quero Doce Ltda você foi solicitado para projetar o novo circuito de comando com a finalidade de automatizar o processo de fabricação do doce de leite conforme as seguintes premissas Ao iniciar o processo por meio do botão pulsante NA Start o motor principal acionado pela softstarter G1 misturador é iniciado A Figura 310 ilustra essa parte do diagrama Quando o botão pulsante NA Fase1 for pressionado o motor trifásico de 14 cv é acionado por partida direta para dosagem do leite MDL A Figura 39 ilustra essa parte do diagrama Figura 39 Diagrama de comando parte 1 Fabricação de doce de leite Fonte elaborada pelo autor Reflita Sem medo de errar U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 158 No tanque de mistura foram instalados quatro sensores de nível N01 N02 N03 N04 e a cada nível alcançado um sinalizador luminoso é ligado no painel para indicar o nível atual A Figura 310 ilustra essa parte do diagrama Figura 310 Diagrama de comando parte 2 Fabricação de doce de leite Fonte elaborada pelo autor Quando o nível dois N02 for alcançado outro motor trifásico de 14 cv é acionado por partida direta para dosagem do açúcar MDA A Figura 39 ilustra essa parte do diagrama A dosagem do açúcar para ao chegar ao nível três N03 Essa dosagem poderá ser acionada de forma manual pelo botão pulsante NA Fase2 a qualquer momento até alcançar o nível quatro N04 A Figura 39 ilustra essa parte do diagrama Quando o nível quatro N04 for alcançado a dosagem do leite é interrompida Após chegar no nível quatro o processo se manterá em mistura e aquecimento durante um tempo de uma hora KT1 e só então todo o processo é paralisado A Figura 311 ilustra essa parte no diagrama e o contato do temporizador NF encontrase na linha de acionamento do KA1 Figura 39 U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 159 Figura 311 Diagrama de comando parte 3 Fabricação de doce de leite Fonte elaborada pelo autor Outra forma de parar o processo é pelo acionamento da chave S1 OnOff cujo modelo é de duas posições 0º 90º NA Devem ser previstas as demais sinalizações luminosas de segurança H0 de processo final H9 e painel energizado H1 Observando as premissas do projeto perceba que foram utilizadas estruturas lógicas E e OU Avançando na prática Acionamento do motor elétrico em multipontos Descrição da situaçãoproblema A empresa de sucata EcoLimp Eireli possui uma esteira de 6 m de extensão e quando ocorre algum problema na produção o responsável pelo turno tem que se deslocar até o painel para desligar a esteira Com a finalidade de resolver esse problema ele sugeriu o desenvolvimento de um novo painel com os comandos de ligar e desligar a esteira porém gostaria de manter também o comando no U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 160 painel atual Para solucionar essa demanda de forma otimizada a empresa contratou você para propor um projeto Resolução da situaçãoproblema A solução ideal é a instalação de botões pulsantes sendo dois com contato NF instalados em lógica E série para desenergizar a bobina que faz a partida do motor e outros dois com contato NA ligados em lógica OU paralelo para energizar a bobina do contator e então dar partida no motor Para tornar mais otimizado serão instalados em uma caixa somente os botões de liga e desliga com as devidas sinalizações mantendo no painel principal os disjuntores e contatores Como boa prática será necessária a instalação dos cabos de controle separados no perfil para evitar qualquer interferência no comando A Figura 312 ilustra a solução com os comandos da caixa externa por meio dos bornes de conexão Figura 312 Diagrama elétrico para acionamento do motor em multipontos Fonte elaborada pelo autor U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 161 1 A empresa CasaCor comprou uma máquina de pintura para agilizar o processo atual porém ela veio com o painel de comando desmontado e no manual havia instruções sobre o modelo de circuito para cada tipo de aplicação Após analisar o que seria mais adequado ao serviço o dono da empresa contratou um eletricista para montar o circuito de comando Qual das alternativas a seguir corresponde ao circuito de comando para a lógica S0 E S1 OU S3 E S2 que aciona K1 Considere que S0 e S2 são contatos NF e que S1 e S3 são contatos NA a b c Faça valer a pena U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 162 d e 2 Em um teste de conhecimento específico sobre acionamentos de motores elétricos foi dado um diagrama elétrico figura a seguir e foi solicitada uma explicação do funcionamento por meio dos termos de lógica E OU e Ou exclusiva Figura Diagrama de comando Fonte elaborada pelo autor U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 163 Marque a alternativa que melhor representa a lógica de funcionamento do diagrama ilustrado na figura lembrando que para os contatos fechados é utilizado o traço superior no termo Por exemplo S2 fechado é o mesmo que S2 a S0 E S1 E S2 OU S2 E S3 OU S3 aciona K1 b S0 E S1 E S2 OU exclusiva S3 aciona K1 c S0 E S1 Ou exclusiva S2 E S3 OU S2 E S3 aciona K1 d S0 E S1 E S2 E S3 OU S2 E S3 aciona K1 e S0 E S1 OU S2 E S3 OU S2 E S3 aciona K1 3 Depois de finalizado o projeto da figura a seguir para acionamento de partida por aceleração rotórica é necessário determinar a corrente da fonte de 24 V CC para que possa operar em uma tolerância de segurança de 25 superior Figura Diagrama elétrico de acionamento por aceleração rotórica Fonte elaborada pelo autor Sabendo que cada contator consome 40 mW os relés consomem metade do que os contatores e os sinaleiros 20 mA marque a alternativa que apresenta o valor da fonte de alimentação dentro da tolerância solicitada a Fonte de 1667 mA b Fonte de 6667 mA c Fonte de 8334 mA d Fonte de 675 mA e Fonte de 8437 mA U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 164 Prezado aluno quão valioso tem sido seu progresso nos estudos e aplicações sobre acionamentos de motores elétricos Em cada unidade você está tendo a oportunidade de aprender de forma gradual conceitos e metodologias sobre projetos dos acionamentos mesmo assim é recomendável que se empenhe e ponha em prática cada informação adquirida Depois de estudarmos as seções sobre dimensionamento do circuito de carga e comando agora o estudo será sobre as fases de projetos manutenções e algumas recomendações que poderão elevar seu nível profissional pois são boas práticas exercidas por empresas e profissionais experientes no mercado Como forma de padronização o gerente da empresa Quero Doce Ltda onde você está atuando como técnico sugeriu uma estrutura para todos os projetos da empresa Para os projetos de acionamentos a estrutura seria Diagrama de carga Diagrama de comando Fluxograma de funcionamento Sinótico do processo Memorial de cálculo Lista de componentes e dispositivos Checklist para manutenção preventiva Após apresentar a estrutura por setor da empresa o gerente questiona o que você achou dessa estrutura de projetos Como poderia contribuir com a empresa Quais ferramentas de trabalho seriam necessárias para o desenvolvimento do projeto nos pontos sugeridos Em cada tema da seção você estudará os conteúdos que o ajudarão no entendimento dessas demandas começando pela Seção 33 Diálogo aberto Projetos de acionamentos de motores elétricos U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 165 análise de desenvolvimento de projetos um resumo do processo de elaboração dos acionamentos seguido pelo detalhamento de cada tarefa a ser desenvolvida no projeto Tendo esses passos concluídos o tema seguinte aborda as boas práticas profissionais que auxiliam na tarefa de montagem de painéis com o comissionamento e a parametrização dos componentes e a unidade de estudo é concluída com o roteiro de testes de desempenho e análise de defeitos nos acionamentos projetados Bons estudos Não pode faltar Análise inicial para projetos de acionamentos elétricos A concepção de novos projetos de acionamentos parte das necessidades de melhorias ou de novas demandas As manutenções em circuitos de acionamentos de motores elétricos quando previstas tendem a prolongar a vida útil dos componentes e equipamentos associados nesses circuitos Quando de caráter corretivo acabam causando perdas que vão de pequeno impacto como a substituição de simples componentes até perdas de alto impacto como o tempo de produção parada gastos não previstos segurança física das pessoas fazendose necessário ainda a depender da dimensão do problema contratação de mão de obra especializada Percebam que como já mencionado em seções anteriores um bom projeto não visa somente a simples junção dos componentes são necessários os corretos dimensionamentos análise das condições de acionamentos especificações corretas dos dispositivos plano de manutenção com checklist de ações descritivo ou fluxograma de funcionamento e diagramas elétricos atualizados Na Figura 313 são apresentados os blocos representativos por cada parte de um circuito de acionamentos Desta forma iremos relembrar itens já estudados e complementálos com mais informações U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 166 Figura 313 Diagrama de projetos para acionamentos Acionamento Dispositivos de proteção Dispositivos de manobra Dispositivos de comando e sinalização Motor Carga Dispositivos de monitoramento Fonte elétrica de alimentação Fonte elaborada pelo autor Independentemente do tipo de acionamento a ser desenvolvido por meio da Figura 313 estabelecemos um norte Por exemplo suponhase que é desejada a construção de uma partida em estrela triângulo para o motor de indução trifásico de 125 cv acoplado por polias e correias em um equipamento de trituração Apenas com essas informações não é possível desenvolver todas as partes do projeto porém com a sequência recomendada na Figura 313 temse Fonte de alimentação conforme valor de tensão elétrica nominal de ligação do motor Dispositivos de proteção por se tratar de uma carga indutiva o disjuntor deverá ser de curva D com projeção para curtocircuito e sobrecarga ou seja termomagnético Por exemplo o disjuntor motor que engloba tais proteções Caso for utilizar o conjunto fusíveis disjuntor e relé de sobrecarga os mais recomendados são os fusíveis do tipo aM disjuntores magnéticos de curva D e os relés de sobrecarga ou térmicos cuja faixa de operação possua o valor de corrente nominal do motor elétrico Dispositivos de manobra são os contatores que farão comutação dos contatos de potência para controlar o motor e a interface com o diagrama de comando bobina de acionamento Em ambos os casos são necessários os dimensionamentos por corrente elétrica de operação regime de trabalho número de partidas por minuto e disponibilidade de contatos NA ou NF para o circuito de comando Dispositivos de comando e sinalização compostos pelos componentes que quando juntos irão desenvolver a lógica de funcionamento do projeto São os botões as chaves seletoras os temporizadores as bobinas dos contatores os sinaleiros os sensores os relés de comando e outros mais específicos Aqui U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 167 cabe lembrar que o dimensionamento principal é para determinar a corrente da fonte de alimentação do circuito de comando seja em corrente contínua ou alternada Podem ainda integrarse no projeto de comando os disjuntores com curva C para proteção ou os fusíveis aG aTr caso a fonte de alimentação seja um transformador ou aR para fontes retificadoras Dispositivos de monitoramento a pergunta que deve ser feita é quais parâmetros da carga ou do motor são necessários medir e supervisionar Dessa forma fica mais fácil relacionar que tipo de resposta desejamos desse bloco para relacionar com os demais Podem ser utilizados sensores de nível sensores de toque sensores de temperatura etc Motor e carga apesar de constarem como os blocos finais na Figura 313 todo o projeto parte da análise da aplicação e dos dados técnicos do motor e da carga Nada adiantaria por exemplo definir como fonte de alimentação 380 V trifásico quando o motor possui disponível apenas ligação em 220 V trifásico ou especificar um disjuntor de 80 A se para o motor são necessários 170 A Caso a demanda tenha um descritivo ou fluxograma de funcionamento é possível melhorar as especificações em cada bloco de projeto Desenvolvimento do projeto de acionamento de motores elétricos Quando se tem a oportunidade de visitar ou estar no local onde será instalado o painel com o acionamento a ser desenvolvido é possível coletar informações que possibilitam prever o que poderá prejudicar o funcionamento do projeto Quando não há tal possibilidade devemos adotar algumas medidas de segurança a fim de garantir o correto funcionamento tais como utilizar um fator de serviço maior usar uma tolerância maior nas considerações finais dos cálculos prever futuras implementações no painel e deixar um espaço reservado etc Como mostrado na Figura 313 quanto mais se tem detalhes da aplicação maiores serão a facilidade e a confiabilidade no desenvolvimento dos cálculos e na elaboração dos circuitos elétricos de carga e comando Grande parte das demandas é apresentada por um descritivo de funcionamento ou desenho sinótico por meio dos quais é U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 168 possível desenvolver o projeto ou dar manutenção Neste sentido uma boa prática ao entregar um projeto é fornecer as folhas com o desenho representativo do processo e um fluxograma de funcionamento O descritivo pode causar má interpretação ou ser questionável quanto aos pontos subentendidos O mesmo acontece em atividades de manutenção nos casos em que o painel de acionamentos possua um projeto incompleto ou desatualizado As boas práticas recomendam a atualização das folhas de projetos e o desenvolvimento das partes não presentes como o fluxograma ou sinótico No caso do desenho representativo do processo ou conhecido como sinótico muitos são utilizados em portas de painel ou bancadas de controle onde são impressos e plotados ou ainda utilizados em sistemas supervisórios para controle e monitoração do processo por computadores ou nas interfaces homemmáquina IHM A Figura 314 ilustra os sinóticos aplicados tanto em painéis como em sistemas supervisórios Figura 314 Sinótico plotado em painel para controle de processo em silos de grãos Fonte acervo do autor Os cálculos desenvolvidos também deverão compor o projeto a ser entregue podendo ser utilizada uma tabela apresentando em cada linha o componente com os valores e as fórmulas aplicadas ou uma folha com os cálculos separados por tipo de dispositivo Os diagramas elétricos deverão ser feitos em ferramentas CAD específicas como o CADSIMU já citado neste livro por ser uma ferramenta gratuita e que permite a simulação porém existem várias outras ferramentas não gratuitas que apresentam diversas vantagens como o Autodesk Eletrical Eplan E3 serie etc U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 169 O responsável pelo setor de eletroeletrônica da empresa Mix Misturas além de coordenar a equipe de manutenção desenvolve os projetos de acionamentos para que os eletricistas possam montar os circuitos Anteriormente os projetos eram feitos na mão e apesar do capricho e da limpeza ocupavam grande parte do seu dia e as listas de materiais para aquisição ou separação eram feitas por um estagiário Com o projeto em mãos e a lista de materiais ainda era necessário explicar aos eletricistas o funcionamento para que pudessem testar o circuito depois de pronto Contudo o volume de demanda de projetos sejam de novas implantações ou de atualização estava se tornando inviável às demais atribuições Com a contratação de um novo funcionário um técnico recémformado foram trazidas ideias valiosas que agilizaram o desenvolvimento de projetos a separação de materiais e a interpretação do funcionamento por parte dos eletricistas montadores dos painéis Devido ao baixo orçamento para investimento nessas ferramentas as sugestões aprovadas foram Implantação de um software CAD que permitisse desenvolver as simbologias dos componentes e dispositivos elétricos dos acionamentos o que tornava mais simples as possíveis correções e revisões e o alinhamento dos componentes nos diagramas A Figura 315a ilustra uma folha de projeto criado por um software CAD com o uso de bibliotecas desenvolvidas pelo autor Elaboração de formulários checklist para comissionamento dos componentes testes de energização teste de funcionamento e procedimento de manutenção A Figura 315b ilustra um exemplo de checklist para teste de energização Exemplificando U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 170 Figura 315 Exemplo de projeto feito em software CAD a e checklist para comissionamento b a b Fonte elaborada pelo autor U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 171 Padronização do modelo das listas de matérias com as mesmas identificações cadastradas no sistema de compra e fotos ilustrativas para auxiliar o comprador A Figura 316a ilustra um exemplo de lista de materiais Desenvolvimento de fluxogramas de funcionamento para cada projeto a fim de facilitar a interpretação pelos eletricistas Devem ser arquivados junto aos diagramas elétricos para uso futuro A Figura 316b ilustra um exemplo de fluxograma de funcionamento Figura 316 Exemplo de lista de materiais a e fluxograma de funcionamento b a U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 172 b Fonte elaborada pelo autor Atualmente as empresas buscam por soluções cada vez mais eficientes e que automatizam seus processos e rotinas Até mesmo os profissionais que atuam com manutenções e desenvolvimento de projetos almejam por tais soluções e no mercado existem diversos desenvolvedores de softwares Como exemplo dessas ferramentas temse a seguir os links de dois vídeos um sobre a ferramenta de projeto de acionamentos elétricos desenvolvida pela empresa E3 serie e o outro sobre a ferramenta de gerenciamento de manutenção desenvolvido pela empresa Engeman Pesquise mais U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 173 E³ panel Disponível em httpsyoutubezPCuaBTWZSI Acesso em 1 fev 2018 Engeman software de manutenção Disponível em httpsyoutu beLTXlM0hZEg Acesso em 1 fev 2018 Comissionamento e parametrização dos componentes e dispositivos de acionamentos Testar o funcionamento de cada componente e dispositivo antes mesmo da montagem do circuito elétrico do acionamento tem as vantagens de Evitar perda de tempo caso aconteça algum problema de funcionamento na busca por possíveis erros nos componentes e dispositivos Garantir o funcionamento dos componentes e caso não estejam funcionando facilitar a troca ou substituição uma vez que não estão instalados Transmitir seriedade nos processos executados Como desvantagem podese destacar o tempo desempenhado para esses testes e preenchimento de algum termo de aceite ou checklist de comissionamento caso seja necessário Quadro 37 Procedimentos para comissionamento e parametrização dos componentes de acionamentos Procedimento Ilustração Fusível por meio de um equipamento de medição de continuidade ou resistência ohmímetro ou multímetro nas referidas escalas é possível verificar se o elemento fusível está rompido ou não Além disso conferir se os dados do componente estão de acordo com o projeto U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 174 Disjuntor magnético e termomagnético recorrendo a um ohmímetro ou multímetro nas escalas de resistências eou continuidade é possível verificar se há comutação dos contatos quando acionamos a alavanca Devese verificar se a corrente de trabalho curva de acionamento e corrente de curto estão de acordo com o projeto Disjuntor motor idem ao disjuntor magnético e termomagnético com a diferença de que permite o ajuste da corrente de operação com relação à corrente nominal do motor elétrico Contator por meio de um ohmímetro ou multímetro nas escalas de resistências eou continuidade é possível verificar se há comutação dos contatos de carga e contatos de comando quando é forçado seu acionamento Verificar se a corrente de trabalho está em conformidade com o projeto Relé de sobrecarga idem ao disjuntor motor porém além do ajuste da corrente de operação ajustamos o modo de operação entre manual e automático Também é necessário verificar se os contatos de comando estão comutando U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 175 Bornes de conexão por meio de um ohmímetro ou multímetro nas escalas de resistências eou continuidade é possível verificar se está rompido Botões e chaves seletoras independentemente do tipo de contato é necessário verificar se estão comutando quando acionados e igualmente aos demais testes de comissionamentos utilizar o ohmímetro ou o multímetro nas escalas de resistências eou continuidade para tais verificações Sinaleiros luminosos e sonoros para verificar o real funcionamento é importante a energização destes componentes conforme a tensão elétrica informada neles As fontes de alimentação só poderão ser testadas quando energizadas sem nenhuma carga acoplada aos terminais pois poderá estar desregulada danificandoos Com o voltímetro ou o multímetro na escada de tensão fazer a medição e se necessário os ajustes O relé temporizador poderá ser verificado por um ohmímetro ou multímetro nas escalas de resistências eou continuidade porém para melhor comprovação de funcionamento tornase necessária a energização a seleção do tempo de comutação e a cronometrização para verificar se o tempo selecionado está em perfeitas condições Fonte adaptado de Guimarães 2017 sp U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 176 O processo de comissionamento quando feito pela primeira vez pode ser considerado moroso ou até mesmo desnecessário porém depois de desenvolvidos os formulários o checklist ou os termos pertinentes a esse procedimento os próximos comissionamentos ficarão muito mais fáceis Uma dica para agilizar o trabalho é desenvolver uma caixa de testes ou possuir uma plataforma na bancada para testes desses equipamentos A Figura 317 ilustra uma caixa de teste para comissionamento Assimile Figura 317 Caixa de teste para comissionamento de componentes elétricos a b Fonte elaborada pelo autor Testes de desempenho e análise de prováveis defeitos No que tange projetos e manutenções em acionamentos outras importantes etapas são os roteiros nas fases de testes de funcionamento conhecidos como startup e operação assistida Na fase de testes de funcionamento startup os circuitos elétricos são testados passo a passo Primeiro iniciase pelo circuito de comando sem carga e sem motor Por meio do fluxograma de funcionamento ou do descritivo é verificado cada possibilidade de acionamento paralização do funcionamento e outras especificidades O segundo passo é repetir o mesmo roteiro porém com os motores ou seja com a parte de carga energizada Na fase de operação assistida ainda com o mesmo roteiro de verificação no funcionamento o circuito terá parte das cargas acopladas 50 ou 70 das cargas acopladas dependendo da complexidade da aplicação repetindo o procedimento e aumentando as cargas até atingir os 100 de cargas Para que esses dois testes de desempenho sejam mais uma ferramenta de melhoria nas atividades profissionais o roteiro de U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 177 testes deverá conter passos simples e com prováveis soluções aos defeitos que podem ocorrer O Quadro 38 apresenta um exemplo de roteiro para teste de funcionamento de um acionamento por partida direta para um motor cujo comando possui dois botões um para acionar e outro para parar o funcionamento Quadro 38 Roteiro de testes para funcionamento de acionamentos por partida direta Roteiro de funcionamento Testes de circuitos e aplicação Comentários sobre possíveis soluções Comando Com motor Com carga Acionamento dos disjuntores Ok Ok Ok Verificar se há alguma anomalia no circuito causando uma corrente de curto ou por sobrecarga Acionamento do botão para partida Ok Ok Ok Verificar bloco de contato utilizado Contator de partida energizado e comutação feito Ok Ok Ok Verificar ligações elétricas Motor no sentido correto Ok Ok Verificar inversão de fases nos contatores ou inversão nos condutores do circuito de comando Sinalizações ligadas Ok Ok Ok Verificar tensão elétrica testar sinalizadores fora do circuito de comando Acionamento do botão para parar funcionamento Ok Ok Ok Verificar bloco de contato utilizado Contator de partida desenergizado Ok Ok Ok Verificar ligações elétricas Fonte elaborado pelo autor U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 178 Reflita As vantagens de se utilizar um roteiro de testes e checklist nas atividades profissionais são de fato interessantes e melhoram o desempenho como profissional Como você poderia fazer para que independentemente do tipo de acionamento tivesse algum roteiro de testes padronizados Isso poderia agilizar suas atividades e tornar padronizado ou organizado os procedimentos que desempenha Sem medo de errar Como sugerido pelo gerente da empresa Quero Doce Ltda você e sua equipe aderiram a padronização dos projetos a qual aborda as seguintes folhas de projetos Diagrama de carga Diagrama de comando Fluxograma de funcionamento Sinótico do processo Memorial de cálculo Lista de componentes e dispositivos Checklist para manutenção preventiva Vamos iniciar pelo primeiro projeto que você desenvolveu para a empresa o diagrama de carga e comando da máquina de mistura de doce de leite com partida por softstarter Esse projeto não possui o fluxograma de funcionamento Os demais itens da estrutura você já os fez Para relembrar o funcionamento e os diagramas de circuitos desenvolvidos releia as Seções 31 e 32 desta unidade A construção do fluxograma será enxuta e ele deve ser o mais claro possível para que os eletricistas responsáveis pela montagem dos acionamentos possam entendêlo e os operadores possam interpretar o funcionamento das máquinas Basicamente serão utilizados os símbolos ilustrados no Quadro 39 U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 179 Quadro 39 Símbolos para elaboração do fluxograma de funcionamento Símbolo Descrição Observações Indica início e fim de um processo do fluxograma Condições para tomada de ação Este bloco terá apenas duas saídas uma se for verdadeira e a outra se for falsa Ação a ser executada Conexão de fluxos Fonte elaborado pelo autor Após analisar os diagramas o fluxograma resultante está ilustrado nas Figuras 318 319 e 320 Figura 318 Fluxograma de funcionamento da máquina de mistura de doce de leite parte 1 Fonte elaborada U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 180 Figura 319 Fluxograma de funcionamento da máquina de mistura de doce de leite parte 2 Fonte elaborado pelo autor Figura 320 Fluxograma de funcionamento da máquina de mistura de doce de leite parte 3 Fonte elaborada pelo autor Avançando na prática Desenvolvimento do diagrama de comando por meio do fluxograma de funcionamento Descrição da situaçãoproblema A empresa Recicle Bem contratou você para desenvolver um pequeno projeto de acionamento para uma parte de seu processo de reciclagem de papel Porém há disponível somente o fluxograma de U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 181 funcionamento desenvolvido pelo responsável da produção Assim sua tarefa será elaborar o diagrama de comando para essa solicitação Resolução da situaçãoproblema Analisando o fluxograma de funcionamento Figura 321a perceba que o acionamento será simples somente os comandos de liga e desliga da partida Como informado o motor será de 3 cv então poderá ser acionado por partida direta A Figura 321b ilustra o diagrama de comando para essa aplicação Figura 321 Fluxograma de funcionamento Recicle Bem a e diagrama de comando b Fonte elaborada pelo autor a b 1 Ao fazer o teste de comissionamento no circuito ilustrado na figura a seguir depois de a máquina ter parado por sobrecarga o eletricista identificou que mesmo o circuito estando desenergizado há continuidade entre o ponto A e B Faça valer a pena U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 182 Entre as ponderações feitas pelo eletricista estão I O motor parou no instante em que funcionava no modo de partida em estrela II Os botões S1 ou S2 não comutaram de volta para a posição normal NA devido à sobrecarga III A bobina de K2 está danificada devido à sobrecarga IV Os contatos de K1 ou de K2 não comutaram de volta para a posição normal NA V O relé temporizador danificouse e não está comutando mais Escolha a melhor alternativa que descreva quais componentes poderão estar funcionando incorretamente e que prova a leitura de continuidade entre os pontos A e B a Todas as alternativas estão corretas b Somente a I está correta c III e IV estão corretas d I II e V estão corretas e Todas as alternativas estão erradas Figura Diagrama de comando em comissionamento Fonte elaborado pelo autor U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 183 2 O técnico de uma empresa prestadora de serviços em instalações industriais recebeu a tarefa de desenvolver o circuito de comando tendo como referência somente um sinótico figura a seguir e uma equação lógica Conforme a figura o motor da esteira será acionado quando o botão B2 estiver na posição Liga e o motor mix K2 desligado fazendo a comutação do contator K1 Já o motor do misturador tendo o contator K2 como dispositivo de partida será acionado quando o botão B2 estiver na posição Liga e o sensor S1 identificar a presença do recipiente ou o contator K2 estiver acionado e o tempo configurado no temporizador que será energizado no mesmo instante em que o motor do misturador não tiver finalizado a contagem dos 10 segundos Para a equação lógica de acionamento do motor da esteira K B K 1 2 2 e a equação lógica para acionamento do misturador temporizado K KT B S K KT s 2 1 2 1 2 110 qual alternativa apresenta o melhor diagrama de comando para essas equações e sinótico a Figura Sinótico de funcionamento Fonte elaborada pelo autor U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 184 b c d U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 185 e 3 Alguns dos projetos de acionamentos da empresa Soluções Elétricas não estão completos A empresa contratou um jovem estudante para organizar e sinalizar quais partes estão faltando Esse jovem estudante está agora com dúvidas em um determinado projeto pois só encontrou o diagrama de carga e o fluxograma ilustrados nas figuras a seguir Figura Diagrama de carga a e fluxograma de funcionamento b a U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 186 b Fonte elaborada pelo autor De acordo com as figuras apresentadas qual alternativa a seguir melhor informa o tipo de partida projetada U3 Projeto de acionamentos de motores elétricos 187 a Partida direta com reversão com temporizador para comutar sentido de rotação b Partida estrelatriângulo com motor de dupla velocidade c Partida estrelatriângulo com motor de indução monofásica d Partida estrelatriângulo com motor de indução trifásica e Partida direta com reversão com temporizador para comutar sentido de rotação e contator reserva FERNANDES FILHO Guilherme Eugênio Filippo DIAS Rubens Alves Comandos elétricos componentes discretos elementos de manobra e aplicações 1ed São Paulo Erica 2014 184 p FRANCHI Claiton Moro Sistemas de acionamento elétrico 1ed São Paulo Erica 2014 152 p GUIMARÃES Herbert Guia de lições aprendidas 2017 Disponível em http guimaraesconsultoriacombrguiadelicoesaprendidas Acesso em 30 jan 2018 MAMEDE FILHO João Instalações elétricas industriais 8ed Rio de Janeiro LTC 2010 666 p PETRUZELLA Frank D Motores elétricos e acionamentos Tradução José Lucimar do Nascimento Série Tekne Porto Alegre McGrawHill 2013 372 p THOMAZINI Daniel ALBUQUERQUE Pedro Urbano Braga de Sensores industriais fundamentos e aplicações 8ed São Paulo Erica 2011 224 p WEG Disjuntoresmotores MPW manobra e proteção de motores elétricos até 100 A sd Disponível em httpecatalogwegnetfileswegnetWEGdisjuntores motoreslinhampw50009822catalogoportuguesbrpdf Acesso em 1 fev 2018 Referências Unidade 4 Os motores elétricos representam 75 da energia demandada e muitos são acionados por partidas que apenas os colocam em total funcionamento porém saber identificar o tipo de carga a ser acoplada e o modo de operação dela fará toda a diferença para o profissional da área Alguns motores são acionados por meio de conversores de frequência que após análise acerca da taxa de carga acoplada ao motor poderão operar proporcionalmente resultando em economia uma vez que a tensão de alimentação e corrente será proporcional ao trabalho exercido Os conversores de frequência são também conhecidos como inversores de frequência porém este nome se refere há um bloco interno como veremos na primeira seção responsável pela entrega do sinal modulado ao motor Ainda na primeira seção você estudará os dois tipos de controles de um conversor de frequência o escalar e o vetorial conhecerá como são feitas as análises de viabilidade para projetos de eficiência energética e de forma prática atuará com estes conhecimentos em situaçõesproblema Imagine que você é agora o técnico de desenvolvimento dos setores eletrotécnicos e mecatrônicos na companhia Uni Tecidos SA A empresa está passando por uma fase de amadurecimento dos negócios e com isso está incentivando projetos para redução dos custos do reprocesso e do desperdício O projeto do seu setor está sendo desenvolvido com base em análises de energia nas máquinas a fim de redimensionar os motores que estão trabalhando com Convite ao estudo Princípios e funcionamentos de conversores de frequência subcargas ou seja abaixo do mínimo que poderiam atuar e de melhorar a vida útil deles para eliminação das manutenções corretivas excessivas Na segunda seção será estudado como são realizados os dimensionamentos dos conversores de frequência e observações de boas práticas na instalação e parametrização deles Na seção 3 serão apresentadas aplicações que demandam diferentes formas de acionamento dos motores elétricos e como os motores são apresentados em projetos a serem entregues aos clientes Bons estudos U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 191 Chegando ao final do curso não poderíamos deixar de lado dois grandes temas que o tornarão melhor profissional primeiro conhecer e saber o funcionamento dos conversores de frequência e segundo sensibilizarse por projetos de eficiência energética tanto em novas instalações como nas rotinas de manutenção Ambos andam juntos para se conseguir melhor performance de trabalho dos motores e garantir a correta operação das máquinas e dos processos Neste novo desafio você vai atuar na companhia Uni Tecidos SA como técnico de desenvolvimento dos setores eletrotécnico e mecatrônico Recentemente foram adotados na empresa projetos com iniciativas para redução de custos de reprocesso e de desperdícios O projeto do seu setor será o desenvolvimento de análises de energia nas máquinas a fim de redimensionar os motores que estão trabalhando com subcargas e tempo de partida maior que o tempo de rotor bloqueado Desta forma não só as premissas requeridas pela empresa estariam sendo atendidas como também a melhoria na vida útil dos motores e a redução das manutenções corretivas deles Ao analisar o processo de recobrimento de elástico em cinco linhas de produção foi detectado que cada uma delas utiliza dois motores do tipo gaiola de indução de 10 cv para movimentar os dispositivos do processo Porém os dois motores estão acoplados juntos através de polias e correias para movimentar o mesmo eixo e a análise mostrou que cada motor estava trabalhando com aproximadamente 40 de carga Além disso o tempo de partida estava por volta de 30 segundos com corrente de partida por volta de 120 A ligados em 380 V trifásico Neste momento sua equipe o questiona sobre como podem resolver este problema e propor um projeto de eficiência energética talvez trocando o motor atual por um de menor potência Implantar Seção 41 Diálogo aberto Conversores de frequência U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 192 uma softstarter ou conversor de frequência para reduzir o tempo e a corrente de partida seria o mais viável Como apresentarão estas informações para a gerência da empresa No decorrer dos nossos estudos você terá acesso aos conteúdos e temas necessários para solução deste primeiro problema Iniciamos a seção abordando os princípios de funcionamento dos conversores de frequência comumente chamados de inversores de frequência devido a um circuito interno desenvolver esta função Em seguida estudaremos os dois atuais tipos de conversores escalar por controle de tensão e frequência e vetorial por controle de tensão frequência corrente e outras importantes variáveis Finalizando a seção trataremos do tema eficiência energética nos acionamentos de motores elétricos demonstrando como são feitas as análises e os cálculos Bons estudos Não pode faltar Princípios de funcionamento dos conversores de frequência O estudo e o desenvolvimento tecnológico em relação aos conversores de frequência têm como premissa controlar a velocidade dos motores elétricos conectados a eles Para tanto é necessário entender que a velocidade do motor ou seja o número de rotações por minuto n do motor é definida pela equação n f p 120 na qual esta variável é resultante da relação entre frequência da fonte alimentadora f e o número de polos p O número de polos é fixo conforme o projeto do motor no mercado atual podem ser encontrados de 2 a 12 polos já a frequência de alimentação poderá ser modulada por circuitos eletrônicos de potência A Figura 41 ilustra a estrutura interna em blocos do conversor de frequência U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 193 Figura 41 Diagrama de blocos do conversor de frequência Fonte elaborada pelo autor Analisando a Figura 41 temos Fonte de alimentação normalmente a tensão elétrica e a frequência da rede deverão ter o mesmo valor que os dados nominais do motor porém alguns conversores de frequência operam em diferentes tensões elétricas tendo como entrada uma rede monofásica e bifásica e o circuito eletrônico interno além de modular a frequência de saída também entrega ao motor uma tensão trifásica Retificador este circuito é responsável pela retificação da tensão alternada para tensão contínua através de pontes de diodos para sistemas elétricos monofásicos ou trifásicos Filtro CC circuito responsável por conectar o sinal vindo do retificador para o bloco inversor suavizando a onda contínua pulsante retificada para que fique não pulsante Controlador circuito eletrônico com microprocessador incorporado para controlar os disparos e comutação dos componentes de potência tiristores ou transistores Inversor este bloco faz a conversão do sinal CC filtrado para uma onda CC pulsante no qual simula uma onda CA na saída através do circuito eletrônico contendo transistores ou tiristores no qual são comutados conforme o modelo lógico desenvolvido pelo controlador bloco lógico de acionamento U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 194 Basicamente estes transistores ou tiristores são chaveados por largura de pulso pwm e o produto de seu acionamento forma ondas alternadas e desfasadas entre si para que na saída se tenha por exemplo uma tensão trifásica A Figura 42 ilustra as ondas alternadas sobre a modulação do pulso Figura 42 Modulação PWM em tensão trifásica Fonte httpwwwservicedrivecombrwpcontentuploadsPWMFig7png Acesso em 15 jan 2018 Lógica de acionamento faz a interface entre operação e processo para que sejam modelados os pulsos necessários que irão controlar o chaveamento dos transistores e tiristores No circuito eletrônico deste bloco há um microcontrolador incorporado para cuidar do chaveamento dos dispositivos de potência na sequência e com a frequência correta Este bloco pode ainda ter uma tela de interface com o usuário IHM no qual podemse definir valores de diversos parâmetros que irão compor a modulação do sinal elétrico enviado ao motor U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 195 Reflita Sabese que em um circuito em malha aberta não há retorno do estado da carga para o controlador ajustar o acionamento Em malha aberta o controlador apenas envia um sinal de comando para que o bloco inversor atue na velocidade do motor conectado Já em malha fechada o circuito controlador envia um sinal de comando alterando a velocidade do motor em seguida verifica se o motor correspondeu ao comando e se necessário o controlador envia outro comando para corrigir algum erro Como podemos verificar a velocidade do motor e fazer a realimentação para que o controlador opere em malha fechada Acionamento por controle escalar O controle escalar é um método simples e de baixo custo em relação ao de controle vetorial para variação da velocidade pois baseiase no conceito de proporcionar ao motor um fluxo constante apenas com a relação tensão elétrica sobre frequência Vf Tal simplicidade pode provocar danos no isolamento das bobinas do motor caso a tensão de ajuste seja maior que a tensão nominal lembrando que proporcionalmente a frequência também aumentará passando à frequência nominal que em nosso país ao menos na maior parte dos estados trabalha em 60 Hz Este tipo de controle não é recomendável tanto para motores muito antigo como para motores que operam a baixas velocidades pois o toque também será baixo ressaltando que no controle escalar há uma relação proporcional entre tensão elétrica e frequência o que afeta significativamente a corrente de fluxo Alguns modelos apresentam recursos especiais como o torque de partida que no momento da partida aumenta a relação Vf para aumentar o fluxo e obter alto torque inicial Há ainda a compensação de escorregamento atenuando a variação de velocidade em função da carga e o boost de tensão capacidade de manter o torque mesmo com o efeito da queda de tensão Em contrapartida aumentando a frequência de operação acima do nominal 60 Hz o fluxo magnético também irá diminuir o que provoca o enfraquecimento do campo e a diminuição do torque O acionamento escalar é muito utilizado quando as aplicações não necessitam de alta precisão no controle de velocidade devido ao U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 196 modelo ser de malha aberta ou seja sem sensores na monitoração da saída e aplicações simples que não requerem elevada dinâmica como acelerações e frenagens muito rápidas A precisão do controle escalar sobre o torque nominal é de aproximadamente 05 para aplicações de cargas fixas e para cargas que variam uma precisão na faixa de 3 a 5 A relação tensão elétrica e frequência Vf pode ser determinada pelos dados contidos na placa de identificação do motor Tal relação fornece a proporção com que o controle escalar atua sobre o sinal de resposta ao motor elétrico Com isso um técnico responsável por melhorar a eficiência energética da empresa comprou um conversor de frequência escalar pois sua aplicação é para controle dos ventiladores do galpão que atualmente são acionados por partidas estrelatriângulo o que impossibilita o controle de velocidade dos motores para que seja proporcional à temperatura do galpão O motor é trifásico de 75 cv 4 polos 1800 rpm energizado em 380 Vca cuja frequência de alimentação é de 60 Hz apresentando uma relação Vf de Vf VHz V f 380 60 6 33 Isso significa que conforme a velocidade desejada na ponta do eixo do motor temse a proporção 633 VHz para que se mantenha o torque Assim sendo qual a frequência necessária que o conversor de frequência deveria produzir para que a velocidade do motor seja de 1000 rpm Para calcular a frequência desejada usaremos a fórmula de velocidade síncrono do motor dada em rpm n f p 120 então a frequência será f n p 120 1000 4 120 33 33 Hz Proporcionalmente a tensão de alimentação do motor será igual a V 6 33 33 33 210 98 V Isso fará com que o motor produza o trabalho ideal sem a necessidade de mantêlo com controle liga e desliga ou seja em 100 e 0 Por ser escalar e de malha aberta não há controle se o que o conversor de frequência enviou ao motor neste caso 3333 Hz está produzindo os 1000 rpm requeridos no eixo do motor Exemplificando U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 197 Acionamento por controle vetorial Diante da necessidade de melhorar a performance de repostadas em um acionamento de motores elétricos o controle vetorial se destaca por precisão retorno rápido da malha fechada para regulação da velocidade e controle mais refinado do torque O princípio de funcionamento deste controle baseiase na relação tensão elétrica e frequência volts por hertz porém além de controlar a magnitude do fluxo do motor controla o ângulo entre tensão e corrente elétrica Um detalhe interessante é que no momento do acionamento dos motores a corrente de partida se aproxima da corrente nominal e a partir de 3 Hz já se obtém movimento no eixo do motor com torque suficiente para acionar a carga acoplada pois o toque de partida é de 150 do valor nominal As unidades de acionamento vetoriais podem ser de malha fechada interna ou externa Quando em malha fechada interna sensorless utilizam do próprio circuito eletrônico de controle para fazer a realimentação por isso são erroneamente chamadas de malha aberta Com esse acionamento é possível deixar o sistema de controle vetorial mais simples pois seu funcionamento será através de leituras do próprio controlador para manter a velocidade e o torque próximo do desejado porém em baixas velocidades apresenta limitações quanto ao torque Quando de malha fechada externa é necessária a instalação de encoder junto ao motor o qual irá enviar ao controlador a posição e velocidade do eixo possibilitando melhor controle sobre o torque e a potência real a serem produzidos pelo motor podendo ainda entre suas vastas aplicações de controle de velocidade manter o torque em velocidade zero por exemplo ao içar cargas O Quadro 41 apresenta um comparativo entre o controle escalar e o controle vetorial U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 198 Características Conversor escalar Conversor vetorial de malha fechada Interna Externa Consegue segurar a carga com velocidade zero Não Não Sim Regulação de velocidade Depende do escorregamento 02 001 Controle de torque Baixo Limitado aos 100 de torque nominal Alto Precisão da velocidade Baixa Média Alta Quadro 41 Comparativo entre os conversores de frequência escalar e vetorial Fonte elaborado pelo autor Além das características apresentadas no Quadro pode se destacar a forma como cada controlador se comporta No escalar somente são consideradas as amplitudes das grandezas instantâneas como fluxos correntes e tensões referentes ao estator e as equações são de regime permanente Já no controle vetorial as grandezas elétricas instantâneas são interpretadas por vetores com equações espaciais dinâmicas da máquina como se fosse um motor de corrente contínua com torque e fluxo independentes Ao estudar sobre as formas de controlar a velocidade de motores elétricos nos deparamos com o termo de modulação por largura de pulso PWM Basicamente são os disparos feitos aos dispositivos de potência que irão chavear a tensão elétrica entregue ao motor esses disparos são pulsos com moduladas em diferentes larguras Recomendase que você pesquise mais sobre as técnicas existentes de modulação PWM O link compartilhado é um artigo elaborado pela empresa CitiSystems com o título O que é PWM e Para que Serve Disponível em https wwwcitisystemscombrpwm Acesso em 24 dez 2017 Pesquise mais U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 199 Eficiência energética em acionamentos de motores elétricos Eficiência energética é um tema que vem sendo discutido aprendido e desenvolvido cada vez mais nos últimos anos primeiro pela necessidade de conservar as fontes energéticas e consequentemente o meio ambiente segundo pelo valor pago pelo kWh e desempenho dos equipamentos Contudo eficiência enérgica não se limita apenas a economia na conta de energia mas inclui no projeto o uso racional e inteligente de água a forma como as construções estão sendo feitas a ventilação natural e o aquecimento de água estes são alguns dos exemplos deste grande tema Tratandose de eficiência energética nos acionamentos de motores elétricos é importante entender que para ocorrer economia e melhor performance destes acionamentos tornase indispensável o uso de conversores de frequência O primeiro passo para implantação de ações de eficiência energética é realizar o levantamento de consumo dos equipamentos e aparelhos da rede elétrica Além destes dados são necessárias as medições das grandezas elétricas como potência ativa e reativa corrente elétrica tensão elétrica e fator de potência O recomendado são medidores digitais com memória de massa que fazem as medições ao longo do dia e apresentam em forma de gráficos os valores Quando se tem um painel Centro de Controle dos Motores CCM as medições são feitas através de sua alimentação principal e nas gavetas de acionamentos obtendo os dados de consumo níveis de tensão e distorções harmônicas por um período de no mínimo 24 horas Na falta do CCM as medições podem ser feitas através dos terminais dos motores com medições instantâneas se menores que 5 cv medições de pequena duração 4 h em média para motores que operam de forma contínua e carga uniforme ou ainda através de medições por ciclo operacional de máquinas para motores que operam de forma não contínua e carga não uniforme A média de consumo dos motores em uma indústria é em torno de 60 ou mais por isso os projetos de implantação devem ser feitos tendo em conta as melhores condições de uso e os planos de manutenção periódica para avaliar o desempenho deles depois de instalados e em funcionamento Grande parte deste consumo resulta de práticas que não estão em conformidade com o projeto original e com demandas corretivas do processo como a U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 200 substituição de motores por outros com potência maior operando superdimensionados com relação a carga os altos fatores de segurança para elevar a capacidade e vida útil dos motores a falta de conhecimento das características de operação das cargas acopladas a negligência dos fatores de serviço de alguns motores entre outras Conforme estudo nas unidades anteriores os motores que operam à baixa carga geralmente igual ou inferior a 50 de sua potência nominal apresentam um rendimento declinante e os que operam com carga acima de 70 apresentam um rendimento melhor aproximandose do rendimento máximo Com isso concluise que os desperdícios do potencial elétrico relacionados aos motores são resultantes dos seguintes fatores Baixa qualidade da energia fornecida Motores mal dimensionados referentes ao tipo de carga e aos fatores de operação Manutenções inadequadas Baixo fator de potência Temperatura ambiente elevada Sistema mecânico de transmissão desajustado Falta de informações nos catálogos Rendimentos diferentes entre fabricantes Motores rebobinados Acionamento inadequado Condutores de ligação mal dimensionados Motores de baixo rendimento e desempenho O projeto de eficiência energética para acionamentos de motores deverá apresentar também a avaliação de substituição dos motores de baixo rendimento pelos de alto rendimento pois esta avalição abrangerá não só os motores mal dimensionados e a economia gerada mas também o tempo de retorno do investimento Para tanto seguiremos com os cálculos e as análises do Quadro 42 Foram utilizados dados de motor coletados do catálogo do fabricante para poder exemplificar tais cálculos e viabilizar a análise que serão apresentados conforme a necessidade no roteiro U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 201 Quadro 42 Avaliação de eficiência energética e de investimentos para substituição de motores Roteiro Cálculo Exemplo 1 Taxa de carga do motor atual Obs Este cálculo determinará a porcentagem no qual o motor está operando classificando em subcarga carga nominal ou sobrecarga I I I op nm 100 Iop Corrente operacional medida no terminal do motor Inm Corrente nominal leitura da placa de identificação Um motor de 75 cv 4 polos ligado em 220 v cuja corrente nominal é de 175 A apresentou uma corrente operacional de 95A Fazendo os cálculos encontramos uma taxa de carga igual a 5428 ou seja o motor está trabalhando em subcarga 2 Potência ativa do motor atual Obs Alguns valores demandam a análise do gráfico de desempenho do motor encontrado no catálogo do fabricante P V I a op op 3 cosy kW Vop Tensão da rede de alimentação medido diretamente y ângulo do fator de potência valor conforme gráfico e pela taxa de carga Continuando o exemplo anterior e considerando os seguintes dados Vop 219 V Iop 95 A cos y 0 78 temos que a potência ativa será Pa 28 11 kW 3 Energia consumida pelo motor atual Obs Os cálculos serão feitos levando em conta a operação do motor em 22 dias úteis por 24 horas de trabalho por dia Fora do horário de ponta ou de pico E P N N normal a h d d m kWh No horário de ponta ou de pico E P N N ponta a h d d m kWh Nhd número de horas de funcionamento por dia Ndm número de dias por mês de funcionamento do motor Ao todo serão 24 horas sendo que destas 3 horas são consideradas como horário de ponta nos dias úteis ou seja segunda a sexta A energia consumida fora do horário de ponta será de Enormal 28 11 22 24 3 Enormal 12 986 82 kWh E no horário de ponta de Eponta 28 11 22 3 Eponta 1 855 26 kWh 4 Potência útil do motor atual Obs Alguns valores demandam a análise do gráfico de desempenho do motor encontrado no catálogo do fabricante P P u a h 0 736 cv h rendimento do motor atual valor conforme gráfico e pela taxa de carga Rendimento h 0 938 Dessa forma a potência útil será de Pu 35 82 cv U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 202 5 Viabilidade de substituição pela relação de potências I P P u nm u nm Se Iu nm 0 60 não existe potencial de economia de energia elétrica sem necessidade de continuidade desta análise caso o valor seja inferior podemos prosseguir A viabilidade do exemplo aqui apresentado será I P P u nm u nm 35 82 75 0 478 Como o valor está abaixo do 060 recomendado continuaremos a análise 6 Definição do novo motor Obs Após o cálculo de seleção da potência nominal do novo motor temos de calcular novamente os passos de 1 a 3 com os valores do novo motor para posteriores comparações Obs Para calcular a taxa de carga do novo motor será necessário levar em conta a potência útil e a nova potência nominal pois não há meios de definir a corrente de operação sem ele ter sido instalado sendo calculado por I P P u nm 100 Obs Alguns valores demandam a análise do gráfico de desempenho do motor encontrado no catálogo do fabricante P Pu nm2 11 13 a cv Variação de 10 a 30 superior à potência útil do motor atual para o novo motor Sendo assim o novo motor poderá ser de 394 cv a 4656 cv porém no mercado dispomos apenas de motores com 40 cv Os dados de placa do motor de 40 cv ligado em rede de 220 V 4 polos corrente nominal de 102 A rendimento 095 e fator de potência 081 Refazendo os cálculos para análise temse 1 Taxa de carga de I P P u nm u nm 35 82 40 0 895 2 Potência ativa igual a Pa 3 219 9134 0 79 Pa2 27 37 kW Para dados do motor e aplicação sendo Vop2 219 V cos y2 0 79 e I I I op nm 2 9134 A 3 Energia consumida fora do horário de ponta de Enormal 12 644 9 kWh e no horário de ponta igual a Eponta 1 806 4 kWh U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 203 7 Economia gerada Será avaliada a redução de potência ativa entre o motor atual e novo motor DPa e da energia consumida DE Redução de potência ativa P P P a a a2 Redução da energia consumida E E E 1 2 Finalizando o projeto de análise da substituição do motor teremos uma redução na energia consumida considerando a diferença entre a energia consumida atual e energia a ser consumida pelo novo motor E1 12 986 82 1 855 26 E1 14 842 kWh e E2 12 644 9 1 806 4 E1 14 4513 kWh E 390 7 kWh mês Fonte httpguimaraesconsultoriacombrprojetoeemotores Acesso em 24 dez 2017 Com os dados de consumo dos motores valores de aquisições de novos motores com melhor rendimento e os valores das tarifas é possível incorporar ao projeto de eficiência energética o tempo de retorno o valor de redução na fatura e o valor presente líquido O valor presente líquido determina o valor de fluxos de caixa acumulado Fac sendo determinado por F F I ac c r T T N 1 0 Fc fluxo de caixa descontado ou seja diferença entre receita e despesas no período Ir taxa de desconto ou taxa interna de retorno por exemplo se a taxa de juros para o empréstimo ou do investimento for de 20 ao ano então Ir será 020 T tempo a que se refere a taxa Ir podendo ser ao ano ao mês e ao trimestre N número de períodos Com o uso de uma planilha é possível visualizar este fluxo de caixa acumulado ano a ano e ainda gerar o gráfico que representa o tempo de retorno de investimento chamado de ROI siglas do termo em inglês Assimile U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 204 Sem medo de errar Você está atuando na companhia Uni Tecidos SA como técnico de desenvolvimento dos setores eletrotécnico e mecatrônico Recentemente foram adotados na empresa projetos com iniciativas para redução de custos de reprocesso e de desperdício O projeto do seu setor será o desenvolvimento de análises de energia nas máquinas a fim de redimensionar os motores que estão trabalhando com subcargas e com tempo de partida maior que o tempo de rotor bloqueado Desta forma não só as premissas requeridas pela empresa estariam sendo atendidas como também a melhoria na vida útil dos motores e a redução das manutenções corretivas sobre estes Ao analisar o processo de recobrimento de elástico em cinco linhas de produção foi detectado que cada uma delas utiliza dois motores do tipo gaiola de indução de 10 cv para movimentar os dispositivos do processo Porém os dois motores estão acoplados juntos através de polias e correias para movimentar o mesmo eixo e a análise mostrou que cada motor estava trabalhando com aproximadamente 40 de carga Além disso o tempo de partida estava por volta de 30 segundos com corrente de partida por volta de 120 A ligados em 380 V Os dados dos motores indicam fator de potência de 058 rendimento de 0872 e corrente nominal de 15 A Neste momento sua equipe o questiona sobre como podem resolver este problema e propor um projeto de eficiência energética talvez trocando os dois motores atuais por apenas um de maior potência Implantar uma softstarter ou conversor de frequência para reduzir o tempo e corrente de partida seria o mais viável Como apresentarão estas informações para a gerência da empresa Como visto ao longo da unidade se a taxa de subcarga estiver abaixo de 60 há uma grande probabilidade de substituição por motores de menor potência elevando a taxa de subcarga ou conforme a aplicação por um motor de maior potência que substitui um determinado conjunto de motores Para tanto alguns cálculos são necessários P V I a op op 3 3 44 cos y kW Vop 380 V Iop 40 15 9 A cos y 0 58 U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 205 P P u a h 0 736 4 08 cv h 0 872 I P P u nm u nm 4 08 10 0 408 bom potencial para substituição por apresentar valor menor que 60 ou seja 06 Ao longo da análise será feito o comparativo da substituição de cada motor por um outro de menor potência ou a substituição dos dois por um de maior potência P Pu nm2 11 13 11 3 4 08 a a 1 resultando em 4 5 5 3 2 Pnm cv sendo que esta é a faixa em que o novo motor poderá ser escolhido comercialmente ou ainda fazer adaptações mecânicas na máquina e utilizar apenas um motor de 10 cv 85 de trabalho O uso da softstarter limitaria a corrente de partida e consequentemente o tempo seria menor que o de rotor bloqueado limitando a rampa de aceleração em aproximadamente 20 s O uso do conversor de frequência apenas para dar partida no motor é desnecessário em razão de seu valor de aquisição ser maior do que a softstarter por outro lado poderá ser parametrizado para quando estiver com subcarga reduzir a rotação e diminuir o consumo de energia através da relação Vf De forma simplificada estes dados poderão ser apresentados fazendo o comparativo entre os motores antigos e os novos como mostrado no Quadro 43 Quadro 43 Comparativo para substituição dos motores Projeto atual Projeto motor 5 cv Tx Subcarga 82 Projeto motor 10 cv Tx Subcarga 82 Custo RKWh R 017 Horas de operação dia 24 horas Dias de operação mês 22 dias Potência aparente kW 1 448 436 844 Quantidade 10 10 5 Consumo anual KWh 2 28385280 27624960 26737920 U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 206 Custo anual R4825500 R4696200 R4545400 Economia ano R129300 R280100 Investimento Novos motores R1300000 Adaptações mecânicas R700000 5 linhas de produção Taxa de juros aa 116 Tempo de retorno sobre investimento Tempo maior que 5 anos tornando inviável o investimento Investimento pago após 4 ano Fonte elaborado pelo autor 1 A potência aparente dos motores redimensionados deverá levar em conta a taxa de subcarga para então analisar os dados no gráfico de desempenho e efetuar os cálculos necessários 2 Para calcular o consumo anual foi utilizada a fórmula de consumo de energia acrescida do número de motores na instalação e da quantidade de meses para a base do cálculo ser dada em anos E P N N N a h d d m Motores 12 kWh Avançando na prática Análise para substituição de motores antigos por motores de alto rendimento Descrição da situaçãoproblema Uma empresa de fabricação de tijolos implantou um software de gerenciamento de manutenção que está proporcionando ao supervisor de manutenção uma análise mais detalhada dos equipamentos com maior número de ordens de serviço Após realização das análises ele detectou que a máquina responsável pela transformação da argila no molde de tijolo chamada de maromba apesar de apresentar uma taxa de subcarga relativamente alta 92 tem um motor trifásico de 100 cv muito antigo cuja placa de identificação informa que o rendimento é de 0892 e o fator de potência é de 082 quando ligado em 380 V Além destes dados sabese que a máquina opera uma média de 5800 horas por ano com um custo de tarifa de R 023 o kWh da concessionária U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 207 Para a aquisição do novo motor terá de ser investido R 1750000 com juros de 16 ao ano No catálogo do fabricante é apresentado o gráfico de desempenho do motor como mostrado na Figura 43 para a mesma taxa de subcarga do motor atual na máquina Figura 43 Gráfico de desempenho motor 100 cv alto rendimento para maromba Fonte elaborada pelo autor Desejase saber o tempo de retorno caso optem pela substituição dos motores Resolução da situaçãoproblema Para calcular o tempo de retorno quando se têm os motores corretamente dimensionados iremos levar em conta a diferença do rendimento e o custo de operação para o custo da nova aquisição chegando à fórmula T C P N C retorno novo nm h a kWh atual novo 0 736 100 100 h h em que U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 208 Cnovo custo do motor novo de alto rendimento em R Pnm potência nominal do motor em cv Nh a número médio de horas de operação do motor CkWh custo médio da tarifa de energia consumida em R kWh hatual rendimento do motor atual hnovo rendimento do motor novo Atribuindo os valores na fórmula é possível encontrar o tempo de retorno sendo Tretorno 17500 0 736 100 5800 0 23 100 89 20 100 94 6 2 79 anos ou 335 meses 1 O encarregado da empresa Puro Cacau solicitou ao técnico de projetos eletroeletrônicos que desenvolvesse um controle mais eficiente no enchimento dos tanques Atualmente a partida é direta com dois sensores de nível tipo boia para indicar os níveis mínimo e máximo A sugestão é que a velocidade da bomba aumente ou diminua conforme os sensores de níveis atuado tendo ao todo quatro sensores instalados conforme ilustrado na figura Após uma pesquisa sobre as formas de controle levando em conta o custo e a eficiência o técnico decidiu implantar um conversor de frequência escalar com os sensores conectados a suas entradas digitais A bomba é um motor trifásico de 10 cv 2 polos energizado em 220 Vca cuja frequência de alimentação é de 60 Hz Faça valer a pena U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 209 Ao fazer a parametrização do conversor para múltiplas velocidades conforme o nível em que se encontra o tanque é necessário inserir os dados em valores de frequência Qual alternativa melhor apresenta os valores de tensão e frequência iniciando pelo nível 1 para que se tenha as velocidades conforme ilustrado na figura a Nível 1 60 Hz e 0 V Nível 2 3333 Hz e 12232 V Nível 3 1667 Hz e 6118 V Nível 4 0 Hz e 220 V b Nível 1 60 Hz e 220 V Nível 2 1667 Hz e 6118 V Nível 3 3333 Hz e 12232 V Nível 4 0 Hz e 0 V c Nível 1 60 Hz e 220 V Nível 2 3333 Hz e 12232 V Nível 3 1667 Hz e 6118 V Nível 4 0 Hz e 0 V d Nível 1 0 Hz e 0 V Nível 2 3333 Hz e 12232 V Nível 3 1667 Hz e 6118 V Nível 4 60 Hz e 220 V e Nível 1 60 Hz e 220 V Nível 2 1667 Hz e 6118 V Nível 3 3333 Hz e 12232 V Nível 4 0 Hz e 220 V Figura Sinótico do tanque com controle por nível Fonte elaborada pelo autor U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 210 2 O gerente operacional de uma empresa de móveis contratou um técnico para fazer o projeto de eficiência energética das máquinas e dos sistemas de exaustão Após realização das análises foram levantados os seguintes dados Com os motores antigos o custo da energia é de R 4382115 ao ano Os motores antigos se forem utilizados como troca para aquisição de novos poderão abater até 10 do valor de investimento Os motores novos apresentaram nos cálculos um custo de energia em torno de R 3852400 ao ano O investimento nos novos motores será de R 1600000 com juros de 12 ao ano Levando em conta o cálculo de valor presente líquido F F I ac c r T T N 1 0 qual alternativa apresenta o ano em que o investimento será pago e qual o lucro resultante a Ano 4 e lucro de aproximadamente R 8900 b Ano 5 e lucro de aproximadamente R 469500 c Ano 5 e lucro de aproximadamente R 149500 d Ano 4 e lucro de aproximadamente R 168900 e Ano 5 e lucro de aproximadamente R 309500 3 Desejase encontrar a potência útil do motor que está instalado na esteira de dosagem de uma indústria frigorífica pois o técnico responsável pela manutenção realizou algumas medições durante 24 horas e obteve como resultado o gráfico de desempenho ilustrado na figura Caso não tenha diferença irá adquirir um motor idêntico a esse 5 cv trifásico 380 V 6 polos 128 A e instalálo na nova linha de produção do contrário irá adquirir novos motores com as novas potências calculadas U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 211 Marque a alternativa que apresenta o valor de potência útil do motor variando de 10 a 30 para esta análise a 221 cv a 248 cv b 245 cv a 289 cv c 463 cv a 547 cv d 54 cv a 64 cv e 292 a 436 cv Figura Gráfico de desempenho motor 5 cv esteira de dosagem Fonte elaborada pelo autor U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 212 Lembra do projeto promovido pela companhia Uni Tecidos SA para redução de custos reprocesso e desperdício no qual você atua como técnico de desenvolvimento dos setores eletrotécnico e mecatrônico Agora você e sua equipe estão verificando novamente os dados coletados da análise de energia da máquina de recobrimento de elástico para verificar os efeitos da modificação proposta de dois motores para um motor contudo percebem que há picos de corrente elétrica em curto espaço de tempo de 14 a 17 picos por hora de trabalho Outro ponto importante a ser resolvido é o tempo de partida em torno de 30 segundos e a corrente de partida chegando até 120 A ligados em 380 V Reunindo a equipe você é questionado sobre como poderia ser parametrizado o conversor para que o motor não seja ligado e desligado a todo momento e se o conversor de frequência possuísse recursos para controlar o tempo de partida No decorrer dos nossos estudos você terá acesso aos conteúdos e temas importantes para a solução deste problema Iniciamos a seção abordando proteções necessárias aos conversores de frequência e motores em relação às falhas mais frequentes sejam internas ou externas Em seguida iremos aprender a dimensionar o conversor tendo como base o trabalho realizado e a potência do motor finalizando a seção com as configurações importantes para o funcionamento dele e com alguns pontos relevantes para a instalação dos conversores de frequência Bons estudos Seção 42 Diálogo aberto Dimensionamento e características dos conversores de frequência U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 213 Não pode faltar Proteções necessárias para o acionamento de motores elétricos por conversores de frequência O conversor de frequência é incorporado ao motor e a proteções para seu próprio circuito eletrônico as quais são contra curtoscircuitos entre fases ou terra sobretensões subtensões desbalanceamento de fases e falta de fase Muitas dessas proteções são implementadas via parametrização ao microprocessador do equipamento ou seja por software e outras por instalações físicas de peças e medidores ao conversor de frequência Além das configurações de parâmetros ao modo de controle e proteção também é possível fazer a leitura das falhas e diagnósticos pelo conversor de frequência Alguns modelos possuem um display alfanumérico que apresentará uma mensagem ou código do status outros possuem sinalizações luminosas por leds e os mais atuais display gráfico para interface com o operador Estes displays não importando o nível de tecnologia são chamados de IHM Interface HomemMáquina do conversor de frequência Independentemente de como serão apresentadas as falhas saber interpretar e solucionar tais problemas é um dos pontoschaves e poderá reduzir o tempo de parada quando se utilizam recursos de diagnósticos a fim de estudar a periodicidade com que acontecem para delinear formas de eliminálas O Quadro 44 apresenta um panorama geral das falhas que poderão ocorrer Quadro 44 Proteção e falhas nos conversores de frequência Falha Causa interna Causa externa Sobretensão Tempo de desaceleração muito rápido Tensão de alimentação muito elevada pico de tensão Subtensão Falha na fonte de alimentação interna Tensão de alimentação muito baixa queda de tensão nos cabos de alimentação Sobrecorrente Falha nos circuitos de potência falha no driver de controle Curtocircuito no motor ou no cabo U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 214 Sobrecarga Térmica Falha no circuito interno do inversor Sobrecarga no motor ou rotor bloqueado Falha para terra Fuga interna para a terra no inversor Fuga para terra no cabo ou no motor Sobretemperatura Exaustor do inversor em falha ou dissipador de calor obstruído Falta de ventilação no painel elétrico Desligamento por termistor Proteção de temperatura termistor do motor acionado Fonte adaptado de Franchi 2009 p 130 Podendo estas falhas ocorrer na fonte de alimentação barramento CC motor em razão da má parametrização dos tempos de rampa e variáveis de processo instalações incorretas etc Sabemos que os efeitos causados pela temperatura excessiva nos motores causada quando a corrente de carga excede o valor máximo ou por sobrecarga térmica podem danificar a isolação permanentemente Um dos meios de garantir que essa situação não ocorra é fazer as medições indiretas por relés de sobrecarga não muito eficiente para motores de grande porte e medições diretas por sensores de temperatura colocados em pontos quentes do motor A medição direta de temperatura é recomendada para motores nos seguintes casos Motores de indução com gaiola de esquilo acionados por inversor de frequência Motores CA que têm frequentes sobrecargas Motores CA que são frequentemente parados ou partidos Motores CA com grande inércia e longos tempos de partida Motores CA em aplicações em que o rotor pode ser bloqueado Motores CC controlados por conversores CC Assimile U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 215 Apesar de terem estas proteções é importante adicionar os dispositivos de proteção ao circuito em geral os quais também irão proteger o conversor e o motor elétrico Estas proteções externas são em grande parte disjuntores ou fusíveis do tipo ultrarrápidos Quando se utilizam catálogos ou manuais de fabricantes para selecionar o modelo do conversor de frequência por exemplo já é indicado qual o dispositivo de proteção e informada a faixa de valores em termos de corrente nominal Pela norma IEC 60947 Dispositivos de manobra e controle de baixa tensão estes dispositivos de proteção deverão cumprir certos requisitos como não apresentar risco às pessoas e instalações não ocorrer perda de ajustes nos equipamentos após desligamento manter isolação dos condutores e dispositivos e voltar a operar após eliminação da causa Dimensionamento dos conversores de frequência O dimensionamento a ser realizado para seleção dos conversores de frequência é simples quando se opta por seguir as recomendações do catálogo do fabricante que são genéricas ou seja não visam a uma única aplicação e também não são consideradas as características da carga acionada Os erros ao configurar o equipamento no que tange à parametrização e ao controle podem comprometer o correto funcionamento dele assim como pela incorreta seleção do motor elétrico e do próprio conversor de frequência Antes de determinar as características do conversor é necessária a seleção do motor elétrico observando os seguintes pontos A velocidade final máxima do motor na aplicação deverá ser próxima à velocidade base dele ou seja ao número de polos pois desta forma ele vai operar com uma frequência próxima à nominal mantendo uma ventilação eficiente e a redução do ruído provocado pela velocidade acima da frequência nominal do motor O torque é proporcional ao número de polos quanto maior o número de polos maior o torque reafirmando ainda mais a escolha correta do número de polos próximo ao demandado na aplicação Para que o motor não se aqueça e se mantenha dentro dos limites de temperatura é recomendado que os torques U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 216 de partida para carga de aceleração e de trabalho estejam dentro da capacidade nominal do torque do motor As cargas com torque variável por exemplo bombas centrífugas e ventiladores possuem uma relação torque e velocidade limitando o valor máximo de torque quando se atinge a frequência nominal do motor em seguida a uma caída devido ao enfraquecimento do campo Já as cargas de torque constantes usadas em esteiras e bombas de deslocamento positivo possuem o inconveniente de terem o torque de partida praticamente igual ou maior àquele em plena carga Quando em baixa velocidade provocam o aquecimento do motor e em altas velocidades provocam um excesso de escorregamento e consequentemente a possibilidade de travar o eixo do motor Motores de alta potência demandam conversores de frequência muito grandes o que eleva o custo de aquisição Uma prática para tornálos mais viáveis economicamente é usar tensões elevadas desde que disponíveis na rede elétrica de alimentação A frequência da rede de alimentação deverá ser de valor conhecido e fixo para evitar problemas com os circuitos eletrônicos do conversor e com as parametrizações de controle e dados de carga Velocidades de saída do motor abaixo da frequência nominal reduzem a capacidade de ventilação e provocam o aquecimento velocidades de saída acima da frequência nominal reduzem o fluxo e provocam a redução do torque Caso o torque da carga seja maior que o do motor o eixo travará É preciso ter conhecimento do torque de carga e da faixa de velocidade necessários para a aplicação e então determinar a potência do motor pela equação P kW motor TorqueNm Velocidaderpm 9550 O inversor nunca deverá ser utilizado com um motor maior daquele para o qual está dimensionado pois mesmo com pouca carga o que diminuiria a corrente de pico suas correntes harmônicas seriam elevadas U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 217 Geralmente os inversores possuem fator de potência cosf igual a 08 porém deverão ser consultados os catálogos de fabricantes principalmente quando forem aplicados em projetos de eficiência energética A corrente dos conversores de frequência pode ser definida através da potência do motor P das condições de operação do conversor da tensão de rede V e do fator de potência cosf determinandoa pela equação I P V A inversor cos f Reflita Todo equipamento de controle apresenta perdas no sistema elétrico No caso dos conversores de frequência por atuarem na produção de uma onda modulada em PWM sabese que não são um senoidal perfeito e o resultado disso é uma perda de potência no motor na faixa de 15 O que devemos observar e fazer caso sejam implementados os conversores em motores já instalados Configurações dos conversores de frequência para acionamento de motores elétricos As configurações necessárias para que o conversor de frequência faça o acionamento do motor são definidas por parâmetros e ligações Os parâmetros serão configurados através da IHM Interface HomemMáquina na qual o operador poderá entrar com os valores correspondentes à aplicação ou verificar os dados de operação Basicamente os parâmetros se dividem nos grupos Parâmetros de leitura variáveis que podem ser somente visualizadas no display não podendo ser alteradas pelo usuário pois são dados de operação do conversor e do motor elétrico como a verificação de diagnósticos de falha corrente de trabalho velocidade em que o motor se encontra etc Parâmetros de regulação são as variáveis que permitem ajustes para que o conversor atue sobre o motor com os valores inseridos por exemplo tensão de partida tempo de U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 218 rampa de aceleração e de desaceleração etc Parâmetros de configuração definem as características do conversor de frequência as funções a serem executadas bem como as entradas e saídas por exemplo parâmetros dos relés de saída e de entrada Parâmetros do motor indicam as características nominais do motor como ajuste da corrente do motor fator de serviço tensão nominal entre outras As ligações correspondem às entradas e saídas que poderão ser utilizadas na aplicação através dos circuitos eletrônicos dos conversores sendo Entradas e saídas analógicas são os meios de controlar e monitorar a carga acoplada ao conversor por meio de sinais eletrônicos analógicos ou seja sinais cujos valores variam no tempo isto é sinais como tensão elétrica geralmente de 0 a 10 Vcc ou em corrente podendo ser de 0 a 20 mA ou o mais comum de 4 a 20 mA permitindo o controle de velocidade entrada e as leituras de corrente ou velocidade saída Entradas e saídas digitais são os meios de controlar e monitorar a carga acoplada ao conversor por meio de sinais digitais ou seja sinais discretos como chaves ligadesliga Esse tipo de controle permite o acesso a funções simples como seleção de sentido de rotação girar e parar seleção de velocidades etc Interface de comunicação meio de comunicação que permite o controle e monitoramento a distância do conversor por um computador central Essa comunicação é executada diretamente ou através de redes contendo vários conversores em um único computador ou CLP por redes field bus RS232 RS485 ethernet TCPIP entre outros Cada conversor de frequência possui formas diferentes de ser parametrizado Há conversores com poucas funções especiais e modos de controle simples bem como conversores com conexão para redes industriais tornando o processo mais automatizado Pesquise mais U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 219 A Figura 44 ilustra a conexão das entradas em um conversor de frequência fabricado pela empresa WEG modelo CFW10 com as indicações de parâmetros Ao longo desta unidade serão trabalhados os exemplos em relação ao conversor desenvolvido pela fabricante brasileira WEG adotando o modelo CFW10 em razão da simplicidade de parametrização e disponibilidade de recursos Recomendamse a leitura e utilização do manual de operação deste conversor ao estudar as seções e solucionar as situaçõesproblema apresentadas Disponível em httpecatalog wegnetfileswegnetWEGcfw10manualdousuario089958602 xxmanualportuguesbrpdf Figura 44 Descrição das entradas e dos parâmetros do conversor de frequência CFW10 WEG Fonte WEG 2013 p 34 Após a instalação do conversor de frequência modelo CFW10 da WEG na máquina de mistura é necessária configuração dos parâmetros para que o motor possa funcionar corretamente A Figura 45 ilustra as ligações feitas no conversor Exemplificando Conector XC1 Descrição Especificações 1 DI1 Entrada digital 1 4 entradas digitais isoladas Nível alto mínimo 10 Vcc Nível alto máximo 30 Vcc Nível baixo máximo 3 Vcc Corrente de entrada 11 mA Corrente de entrada máxima 20 mA 2 DI2 Entrada digital 2 3 DI3 Entrada digital 3 4 DI4 Entrada digital 4 5 GND Referência 0V Não interligado com o PE 6 AI1 Entrada analógica 1 corrente Em corrente de 0 a 20 mA ou 4 a 20 mA Impedância 500 Ω Resolução 7 bits 7 GND Referência 0V Não interligado com o PE 8 AI1 Entrada analógica 1 tensão Em tensão de 0 a 10 Vcc máximo de 30 Vcc Impedância 100 kΩ Resolução 7 bits 9 10V Referência para potenciômetro 10 Vcc 5 capacidade 2mA 10 NF Contato fechado do relé 1 Capacidade dos contatos 05 A 250 Vca 10 A 125 Vca 20 A 30 Vcc 11 COMUM Ponto comum do relé 1 12 NA Contato aberto do relé 1 0 a 20 mA 4 a 20 mA Antihorário Horário U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 220 Figura 45 Aplicação do CFW10 Fonte elaborada pelo autor Esperase que a aplicação funcione quando a chave seletora S2 for acionada o motor deverá ligar no sentido horário CW caso contrário o motor deverá parar Quando o temporizador finalizar a contagem dos 30 s a máquina deverá misturar para o outro lado sentido antihorário CCW Considerando que a chave S1 esteja na posição automático caso em modo manual o controle será feito pelas teclas na própria IHM do conversor O Quadro 45 apresenta os parâmetros e ajustes necessários para que o CFW10 acione o motor dentro das premissas de controle Quadro 45 Parametrização e ajustes no CFW10 Ação Terminal Parâmetro Ajustes Chave S1 Modos manual e automático 3 DI3 P265 6 Chave S2 Liga e desliga o motor 4 DI4 P266 4 A1 24 Vcc Borne 5 Terminal 15 Chaves Seletoras S1 e S2 Borne 5 Conectar nos terminais das chaves S1 e S2 borne 1 do conversor bem como no terminal 15 do relé temporizador Borne 3 Borne 4 Borne 5 GND Borne 5 Borne 1 Chaves Seletoras S1 e S2 Terminal 18 NF Borne 2 A2 0 Vcc Relé temporizador S2 S1 U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 221 Pontos importantes para instalação dos conversores de frequência A instalação dos conversores de frequência é simples porém devem ser cumpridos alguns requisitos para que o funcionamento esteja correto e sem perturbações ambientais ou geradas pelos sistemas elétricos como as interferências ocasionadas pelo efeito capacitivo temperatura externa taxas altas de distorções harmonias erros de ligação entre outras Categorizando estas perturbações e o que poderá ser feito para minimizálas ou eliminálas temos Reatância de rede apesar de reduzir a tensão de alimentação em 3 aproximadamente soluciona o problema da variação de capacitância provocado pelo banco de capacitores ao corrigir o fator de potência reduz a taxa de harmônicas entre rede de alimentação e conversor de frequência e conserva o bom funcionamento dos circuitos de potência na entrada Supressores de ruídos elétricos caso sejam instalados contatores perto e na mesma rede dos conversores recomendase a utilização dos supressores de transientes para evitar qualquer radiação eletromagnética podendo ser circuitos RC nas bobinas de corrente alternada ou diodos nas bobinas de corrente contínua Aterramento é de extrema importância e necessidade o aterramento quando se instalam conversores de frequência e para um bom aterramento a resistência deverá ser menor que 5 W norma IEC 536 e deverão ser aterrados o conversor de frequência o motor a blindagem dos cabos a máquina o painel elétrico a estrutura metálica na qual os Relé temporizador Sentido de giro CW e CCW 2 DI2 P264 5 Habilitar conversor para funcionamento 1 DI1 P263 1 Fonte elaborado pelo autor U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 222 cabos são lançados e qualquer outra parte metálica próxima ao conversor Relés de sobrecarga quando se utiliza mais de um motor sendo acionado pelo mesmo conversor de frequência deverá ser instalado um relé de sobrecarga para cada um com ajuste 10 maior do que a corrente nominal pois os conversores operam em altas frequências e poderão provocar um disparo nos relés Reatância de carga assim como nas reatâncias de rede estas visam eliminar os efeitos das correntes de fuga produzida pelo efeito capacitivo em razão do comprimento dos cabos entre conversor e motor e sobretensões no motor pelas ondas refletidas Ventilação em casos de conversores grandes ou painéis elétricos com muitos componentes é preciso a instalação de um sistema de ventilação ou exaustão para evitar o aquecimento desnecessário nos de menor potência o exaustor interno do próprio conversor deverá ficar próximo dos orifícios com ventilação Outras observações com relação à instalação são Separação dos cabos de sinal e de potência com no mínimo 20 cm entre eles Equipamentos sensíveis a interferências eletromagnéticas como os controladores lógicos deverão ficar afastados no mínimo 25 cm dos elementos de carga como conversores motor filtros e reatâncias Instalação de um contator na entrada do conversor impedindo seu acionamento automático após uma situação de emergência Se forem utilizados cabos não blindados comuns nos sensores deverão ser trançados para evitar exposição à radiação eletromagnética Utilizar cabos de comunicação em rede industrial para outros equipamentos ou computador sempre no menor tamanho possível U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 223 Dentro do projeto promovido pela companhia Uni Tecidos SA para redução de custos reprocesso e desperdício no qual você atua como técnico de desenvolvimento dos setores eletrotécnico e mecatrônico você e sua equipe após análises de energia nas máquinas redimensionaram os motores que estavam trabalhando com subcargas no processo de recobrimento de elástico gerando uma economia de R 280000 ao ano com retorno ao investimento após cerca de 4 anos Apresentados tais dados aos gestores da companhia foi validada a substituição de dois motores para apenas um Antes de implementar o novo projeto você e sua equipe retornam aos dados coletados da análise de energia para verificar os efeitos desta modificação em termos de produção contudo percebem que há picos de corrente elétrica em curto espaço de tempo de 14 a 17 picos por hora de trabalho Outro ponto importante a ser resolvido é o tempo de partida em torno de 30 segundos e a corrente de partida chegando até 120 A ligados em 380 V Reunindo a equipe você é questionado sobre como poderia ser parametrizado o conversor para que o motor não seja ligado e Os temas que envolvem as boas práticas para instalação dos conversores de frequência e sua operação são amplos e demandam estudo contínuo Para elucidar a importância do estudo de harmônicas nas redes em que os conversores são instalados são facilmente encontrados nos sites de busca pesquisas e projetos com essa tratativa A fabricante de motores e conversores de frequência WEG possui uma biblioteca com diversos artigos e guias muito enriquecedores Recomendase a leitura do capítulo 51 sobre o tema de harmônicas São somente duas páginas 8 e 9 do guia técnico sobre motores de indução alimentados por inversores de frequência PWM disponível em httpecatalogwegnetfileswegnetWEGmotoresdeinducao alimentadosporinversoresdefrequenciapwm50029351artigo tecnicoportuguesbrpdf Pesquise mais Sem medo de errar U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 224 desligado a todo instante E se o conversor de frequência possuísse recursos para controlar o tempo de partida Foi verificado junto aos operadores o motivo do frequente liga e desliga dos motores 14 a 17 em 1 hora A justificativa é que por causa da variação do volume de produção eles desligam a máquina por um tempo pequeno até ter uma proporção maior do material de entrada então ligamna novamente repetindo esse mau procedimento durante o dia Com isso podemos entender que seria mais prudente deixar os motores em baixa velocidade com torque constante e quando pressionado um botão a ser implantado a velocidade aumentaria trabalhando na faixa de 30 e 100 de rotação Além disso no catálogo dos fabricantes há recomendações sobre a quantidade de acionamento por hora para cada componente ou dispositivo por exemplo para os contatores são recomendadas 15 partidas por hora E ao parametrizar os conversores para partida dos motores definir o tempo de partida para que não prejudique a vida útil do motor com tempo de rotor bloqueado maior Para facilitar utilizaremos o catálogo do fabricante de motores que informa sobre o tempo de rotor bloqueado O Quadro 46 apresenta os parâmetros e ajustes necessários para que o conversor de frequência da WEG CFW10 acione o motor dentro das duas velocidades 30 e 100 e a partida estará dentro do tempo recomendado pelo fabricante do motor Quadro 46 Parametrização e ajustes no CFW10 Ação Parâmetro Ajustes Observações Tempo de aceleração e desaceleração para o motor de 10 cv Obs Conforme o catálogo temse o tempo de rotor bloqueado em 21 s para frio e 12 s para quente P100 e P101 60 s Este parâmetro define o tempo para acelerar e desacelerar linearmente A frequência nominal é definida pelo parâmetro P145 U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 225 Configurando dados do motor elétrico no conversor de frequência CFW10 Descrição da situaçãoproblema Recentemente a empresa Doce Balas adquiriu um conversor de frequência para implementar na batedeira industrial com a finalidade de melhorar o desempenho de produção O eletricista contratado não conseguiu parametrizar os dados do motor por este motivo a empresa contratou um técnico para realizar tal serviço Os dados do motor estão ilustrados Quadro 47 Botão para mudança de velocidade para comutação das velocidades de 30 e 100 DI4 P266 7 Função multispeed atribuída a entradas digitais Demais entradas funções de entrada P265 a P268 ajuste em 0 sem função Velocidade de 30 da frequência nominal para botão não pressionado ou seja aberto P124 18 Hz O multispeed é utilizado quando se deseja até 8 velocidades fixas pré programadas através dos parâmetros e combinação lógica das entradas digitais Velocidade de 100 da frequência nominal para quando o botão for pressionado ou seja fechado P125 60 Hz Atribuição da referência de multispeed para a seleção via chave remoto P122 6 Função multispeed P230 1 Bornes de entrada Avançando na prática Quadro 47 Dados do motor WEG W22 IR3 Premium Trifásico de 3 cv Descrição Valores Descrição Valores Carcaça 90L Tempo rotor bloqueado 18s frio 10s quente Potência 22 kW 3 HPcv Momento de inércia J 00063 kgm² Fonte elaborado pelo autor U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 226 Resolução da situaçãoproblema Em posse do manual do conversor de frequência modelo CFW10 o técnico faz a energização do equipamento e inicia o processo de parametrização começando com o desbloqueio do acesso através do parâmetro P000 com ajuste em 5 Por ser a primeira energização o conversor já vem com valores de fábrica préprogramados caso contrário é recomendável acessar o parâmetro P204 e ajustar o valor para 5 reprogramando dessa forma todos os parâmetros para os valorespadrão de fábrica Depois ele ajusta o parâmetro P295 corrente nominal para 818 A em razão de a tensão de alimentação ser de 220 V Em outros modelos de conversores também são inseridos dados nominais do motor como rendimento tensão velocidade frequência potência e fator de potência Número de polos 4 Categoria N Frequência 60 Hz Classe de isolamento F Rotação nominal 1735 rpm Fator de serviço 115 Escorregamento 361 Elevação de temperatura 80 K Tensão nominal 220380 V Regime de serviço S1 Corrente nominal 818474 A Método de partida Partida direta Corrente de partida 532308 A Temperatura ambiente 20C a 40C IpIn 65 Altitude 1000 m Corrente a vazio 420243 A Grau de proteção IP55 Conjugado nominal 124 kgfm Refrigeração IC411 TFVE Conjugado de partida 195 Forma construtiva B14D Conjugado máximo 250 Sentido de rotação¹ Ambos Fonte httpswwwwegnetcatalogwegBRptMotoresElC3A9tricosTrifC3A1sicoBaixaTensC3A3o UsoGeralW22W22IR2W22IR23cv4P90L3F220380V60HzIC411TFVEB14Dp11376498 Acesso em 10 jan 2018 U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 227 1 A empresa de embalagens gostaria de adquirir um conversor de frequência para controlar a velocidade com que a máquina de corte vertical atua sobre os plásticosbolhas O motor instalado é de 5 cv apresentando uma velocidade final e ideal para o corte de 1500 rpm sendo acionado e mantido na velocidade pelo conjunto de resistência da aceleração rotórica O técnico recomendou um inversor cuja saída é de 16 A pois o motor de 5 cv ligado em rede de 220 V trifásico consome uma corrente de aproximadamente 15 A Fazendo uma análise mais detalhada da carga foi detectado que o torque de trabalho incluindo o torque de partida estava em torno de 20 kNm Qual a alternativa que melhor apresenta o dimensionamento para escolha do conversor de frequência a 11 A b 13 A c 16 A d 18 A e 21 A Faça valer a pena 2 O conversor de frequência possui sistemas de proteção interna contra curtocircuito falha a terra entre outras O uso de dispositivos de proteção externa é muito recomendado para proteção do equipamento e do motor Conforme o texto acima avalie as seguintes asserções e a relação proposta entre elas I Uma das falhas internas de sobretensão é ocasionada pelo tempo de desaceleração muito rápido PORQUE II A sobrecorrente também é resultado da tensão de alimentação muito baixa ou da queda de tensão nos cabos de alimentação alta A respeito dessas asserções assinale a alternativa que apresenta a resposta correta a As asserções I e II são proposições falsas b A asserção I é uma proposição verdadeira e a II é uma proposição falsa c A asserção I é uma proposição falsa e a II é uma proposição verdadeira U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 228 3 O projeto de acionamento para os motores das esteiras transportadoras de chapas de MDF contempla os conversores de frequência no controle e monitoramento dos motores Algumas recomendações foram utilizadas para justificar o investimento com relação aos dispositivos de proteção Nesse contexto considere as afirmativas a seguir I Instalação de reatâncias na entrada para redução de prováveis harmônicas na entrada do conversor II Utilização de supressores de ruídos elétricos para evitar interferência eletromagnética dos disjuntores III Instalação de reatâncias na saída do conversor visando eliminar os efeitos das correntes de fuga produzidos pelo efeito capacitivo em razão do comprimento dos cabos entre conversor e motor IV Os cabos deverão ser separados por fases e tensões sendo uma bandeja para fase 1 outra bandeja para fase 2 outra para fase 3 e uma última para os cabos com tensões de controle Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta sendo V para verdadeiro e F para falso a V F V F b V V V F c V F F F d F V F V e F F V F d As asserções I e II são proposições verdadeiras e a II é uma justificativa da I e As asserções I e II são proposições verdadeiras mas a II não é uma justificativa da I U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 229 Retornando ao projeto da companhia Uni Tecidos SA redução de custos você e sua equipe após todas as análises e pequenas intervenções decidem desenvolver o projeto final para a máquina de recobrimento de elástico A fim de melhorar momentaneamente o funcionamento da máquina na última implementação vocês configuraram o motor para funcionar somente em duas velocidades 30 e 100 controladas pelo botão instalado na entrada DI4 Durante o desenvolvimento do projeto final para acionamento do motor e elaboração da lista de parâmetros para configurar o conversor de frequência você e sua equipe fazem uso do manual do equipamento e da placa de identificação do motor Imagine que sua equipe esteja com dúvida e o questione sobre quais dados do motor serão necessários para configurar o conversor de frequência e se ele possui entradas disponíveis para a instalação dos sensores conforme o projeto no qual são necessários cinco níveis de velocidade Será possível viabilizar este projeto e desenvolver a parametrização no conversor Com o estudo desta seção dos exemplos e com os conhecimentos das unidades anteriores você será capaz de desenvolver o projeto de acionamento e solucionar os problemas levantados pela equipe Iniciamos a seção com os conceitos de rampa de aceleração e desaceleração bem como a parametrização necessária para o correto funcionamento Depois estudaremos as técnicas de controle local e remoto e em seguida a configuração do controle de multivelocidades de um motor Finalizando a seção conheceremos outra forma de controlar a velocidade do motor com sinais analógicos vindos de sensores ou potenciômetros Bons estudos Seção 43 Diálogo aberto Aplicação dos conversores de frequência U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 230 O conversor de frequência a ser utilizado para exemplificar as aplicações descritas nesta seção será o modelo fabricado e desenvolvido pela empresa brasileira WEG O modelo em questão é o CFW10 conversor pequeno que controla motores de 16 A até 152 A dependendo da tensão de alimentação Há modelos de conversor em que a tensão de alimentação poderá ser monofásica de 110 V a 127 V ou de 200 V a 240 V e outros que demandam entrada com tensão trifásica As demais características para especificação abrangem os opcionais por exemplo resistência de frenagem potenciômetro no display de parametrização entradas e saídas externas para comando digital e analógico etc Acionamentos de motores elétricos com rampa de aceleração e desaceleração Nos acionamentos por partida direta ou indireta a corrente de partida é dada em degraus conforme o comando Por exemplo para acionamento de um motor elétrico com carga acoplada ao eixo podese utilizar uma partida simples direta caso o motor esteja abaixo dos 10 cv recomendados pelas concessionárias de energia ou partidas indiretas com autotransformador compensadoras e Não pode faltar Duas considerações importantes devem ser observadas ao instalar e parametrizar os conversores de frequência A primeira é que quando se tratar de equipamentos já instalados e em operação é quase certo que possuam uma parametrização configuração para o funcionamento do motor conforme a aplicação Caso você seja solicitado a inserir ou modificar algum parâmetro é recomendado que verifique os atuais valores inseridos faça uma tabela com os valores atuais e com os valores que serão modificados criando uma espécie de histórico do equipamento A segunda consideração é sobre o famoso padrão de fábrica parâmetro que retorna todas as configurações e valores para ajustespadrão como se fosse um equipamento novo Antes de usálo tome nota de todas as configurações do estado atual dos parâmetros pois uma vez retornado ao padrão de fábrica não há meios de recuperar os dados antigos Assimile U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 231 aceleração rotórica resistências no qual o acionamento se dará em proporções fazendo com que a corrente de pico também seja proporcional Porém em ambos os casos a aceleração do motor se dá do momento zero ao X sem controle de corrente ou tensão Foram estudados nas unidades e seções anteriores os acionamentos por partidas eletrônicas como no caso da softstarter e agora dos conversores de frequência em que se torna possível controlar a corrente de partida fazendo uma espécie de rampa e não mais degrau Essa rampa permite minimizar o impacto da corrente de pico através do acionamento em função do tempo da corrente e da tensão entre o momento zero e o momento desejado 100 por exemplo A Figura 46 ilustra o gráfico de um acionamento por rampa de aceleração e desaceleração Figura 46 Rampa de aceleração e desaceleração controlado por um conversor de frequência Fonte WEG 2013 p 62 O conversor de frequência WEG CFW10 possibilita a parametrização com rampa linear na qual o motor parte linearmente do momento zero até a frequência ajustada em um tempo determinado e a desaceleração parte da frequência ajustada até o momento zero também em um tempo determinado A rampa em S significa uma rampa mais suave que atua reduzindo prováveis choques ou variações perceptíveis que podem afetar o sistema mecânico acoplado ou mesmo a carga U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 232 O técnico da empresa ABC Móveis montou em uma bancada de teste um conversor de frequência com um motor elétrico trifásico idêntico ao da máquina serra de corte no qual ele está estudando como melhorar o tempo de ligar e desligar para evitar que o operador coloque a chapa de madeira antes de o motor atingir velocidade total e desligar de forma lenta caso o operador desligue a máquina estando a serra em contato com a madeira o que poderia ocasionar acidente ou perda de material O Quadro 48 mostra o passo a passo feito pelo técnico para parametrizar o conversor Exemplificando Quadro 48 Parametrização do CFW10 para acionamento em rampa Ação Procedimento Destravar IHM para inserir novos valores nos parâmetros colocar no parâmetro P000 ajustar valor para 5 1 Estando as ligações elétricas corretas o display na IHM informará a mensagem rdy do inglês ready que significa pronto Qualquer mensagem diferente deverá consultar o manual 2 Para acessar o menu de parâmetros use as teclas com as setas observe se o led está na cor vermelha indicando a função Parâmetro Ao encontrar o parâmetro desejado use tecla P para entrar no mesmo e realizar os ajustes necessários Tempo em segundos para o motor sair da velocidade zero e atingir o valor desejado colocar no parâmetro P100 ajustar valor para 4 Tempo em segundos para o motor sair da velocidade ajustada e retornar ao valor zero colocar no parâmetro P101 ajustar valor para 10 Configurar motor para rodar no sentido horário colocar no parâmetro P231 ajustar valor para zero U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 233 Aplicação de sensores e transdutores juntamente aos conversores de frequência Os acionamentos de partida do motor e as formas de controle pelo conversor de frequência podem ser feitos pelos modos local e remoto Em modo local são consideradas as teclas presentes na IHM do próprio equipamento como ilustrado na Figura 47 a Já em modo remoto os dispositivos de comando como botões e sensores serão ligados e energizados pela fonte do próprio equipamento no caso do CFW10 a energização será feita pelo Testar funcionamento apertar o botão habilita desabilita verificar funcionamento e se necessário repetir procedimento para ajustar o tempo de aceleração e desaceleração 3 Os ajustes de valores serão feitos pelas teclas com setas Observe se o led está na cor verde indicando a função Valores após os ajustes teclar P novamente para confirmar Fonte elaborado pelo autor U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 234 borne 5 ou por fontes externas cuja tensão de saída deverá ser conforme recomendado pelo fabricante do equipamento A Figura 47 b ilustra o acionamento em modo remoto e o Quadro 49 mostra os parâmetros e ajustes necessários para atuar nesse mesmo modo Figura 47 Teclas para acionamento em modo local a e botões externos para modo remoto b Acionamento modo local Fonte elaborado pelo autor Quadro 49 Parametrização do CFW10 para acionamento em modo remoto Ação Parâmetro Ajuste Seleção dos comandos para remoto Obs Para que todos os comandos fiquem remotos é importante parametrizar a situação local para comandos via bornes entradas P229 Situação local 1 habilita bornes de entrada P230 Situação remoto 1 habilita bornes de entrada Configurar motor para sentido apenas horário P231 0 Atribuir funções aos botões externos P263 DI1 13 liga P264 DI2 14 desliga P265 DI3 0 sem função P266 DI4 0 sem função Fonte elaborada pelo autor 2018 U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 235 Controle de velocidade com acionamento nas entradas digitais do conversor de frequência Uma das vantagens dos conversores de frequência em relação às chaves eletrônicas de partida softstarter é o controle da velocidade após partida do motor podendo integrar sensores e botões por exemplo para atingir melhores níveis de automatização do processo e de eficiência energética como foi estudado na primeira seção desta unidade Um dos controles de velocidade é chamado de multispeed ou seja através de combinações lógicas nas entradas digitais do conversor de frequência é possível variar a frequência na saída com valores preestabelecidos fazendo com que o motor tenha a velocidade dessa combinação lógica A Figura 48 ilustra o gráfico de um acionamento por multispeed Reflita Um dos erros cometidos ao se instalar um conversor de frequência é esquecer de parametrizar qual modo de operação será utilizado ou seja modo local ou remoto Imagine um painel elétrico controlando três motores um com conversor de frequência outro com softstarter e uma partida direta Este painel segue as recomendações das normas NR10 e NR12 bem como os manuais dos equipamentos de acionamento citados O manual da softstarter modelo SSW07 fabricado pela WEG informa que o acionamento dos terminais de entrada para comando remoto externo deverá ser feito com alimentação em rede alternada de 110 ou 220 V O conversor de frequência modelo CFW10 fabricado pela WEG permite a alimentação dos terminais de entrada para comando remoto com tensões contínuas de 0 V fonte interna ou de 10 a 30 V fonte externa O restante dos dispositivos de controle do painel como sinaleiros sensores bobinas dos contatores e botões deverá ser energizado por uma fonte de tensão contínua dentro dos valores estipulados pela NR12 Se você fosse o técnico que iria desenvolver o projeto e realizar a montagem deste painel como faria as ligações dos componentes no conversor de frequência Modo local ou modo remoto Qual seria a tensão da fonte U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 236 Figura 48 Acionamento multispeed por um conversor de frequência Fonte WEG 2013 p 65 As entradas digitais do conversor de frequência quando combinadas produzem o comando para variar as faixas de velocidade No Quadro 410 é possível verificar as possibilidades de combinações disponíveis no conversor da CFW10 Quadro 410 Referências de frequência para multispeed Acionamento com 8 níveis de velocidades 4 níveis de velocidades 2 níveis de velocidades Entrada DI2 Entrada DI3 Entrada DI4 Parâmetro Sem sinal Sem sinal Sem sinal P124 Sem sinal Sem sinal Com sinal P125 Sem sinal Com sinal Sem sinal P126 Sem sinal Com sinal Com sinal P127 Com sinal Sem sinal Sem sinal P128 Com sinal Sem sinal Com sinal P129 Com sinal Com sinal Sem sinal P130 Com sinal Com sinal Com sinal P131 Fonte elaborado pelo autor U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 237 O Quadro 411 mostra o passo a passo para parametrizar o conversor e obter o acionamento de um motor com quatro níveis de velocidades Quadro 411 Parametrização do CFW10 para acionamento multispeed Fonte elaborado pelo autor Ação Parâmetro Ajuste Seleção dos comandos para remoto Obs Para que todos os comandos fiquem remotos é importante parametrizar a situação local para comandos via bornes entradas P229 Situação local 1 habilita bornes de entrada P230 Situação remoto 1 habilita bornes de entrada Seleção da referência de frequência P221 6 multispeed P222 6 multispeed Atribuir funções aos botões externos Considerando apenas 4 faixas de frequências para as velocidades do motor conforme tabela 44 P263 DI1 0 sem função P264 DI2 0 sem função P265 DI3 7 multispeed P266 DI4 7 multispeed Definir valores de velocidade do controle multispeed conforme acionamento pelos botões na entrada DI3 e DI4 P124 10 Hz P125 20 Hz P126 30 Hz P127 40 Hz Controle de velocidade com acionamento nas entradas analógicas do conversor de frequência Além da função multispeed para controle de velocidade há também o controle por meio das entradas analógicas ou seja entradas que receberão sinais cuja amplitude varia ao longo do tempo por exemplo potenciômetro sensor de pressão sensor de temperatura etc U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 238 Não só como controle de velocidade mas também podem ser utilizados em sistemas de malhas fechadas fazendo o feedback do processo usando as técnicas de controle PID para melhores resultados e maior automatização Os transformadores de corrente TC são largamente utilizados nos painéis de acionamentos elétricos para realizar a medição proporcional da corrente que passa pelo condutor e quando instalados junto com outros equipamentos como amperímetros microprocessados controladores lógicos ou os próprios conversores de frequência poderão atuar no controle discreto da carga ligando e desligando uma carga ou quando em malha fechada fazer o papel de realimentação para que o controlador atue sobre a carga instalada aumentando ou diminuindo a potência do motor por exemplo A Figura 49 a ilustra um TC instalado em um painel de acionamento fazendo a leitura da corrente em um dos condutores fase estando ligado em um amperímetro microprocessado 49 b Figura 49 Transformador de corrente instalado em painel de acionamento a amperímetro digital microprocessado fazendo a leitura de um motor de 125 cv em funcionamento b Fonte acervo do autor a b U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 239 Para saber mais sobre o funcionamento dos transformadores de corrente recomendo o vídeo produzido pelo canal Mundo da Elétrica no YouTube sobre este tema Disponível em httpswwwyoutube comwatchvVckb8twFwgM Acesso em 22 maio 2018 A empresa Digimec desenvolve equipamentos de automação industrial entre os produtos comercializados estão os amperímetros digitais microprocessados Acesse o link para conhecer os dados técnicos e modos de ligação deste equipamento Disponível em httpwww digimeccombrprodutos381amperimetrosmicroprocessados comalarme Acesso em 22 maio 2018 Pesquise mais Basicamente no conversor CFW 10 há duas formas de ligações sensores de sinais por corrente 0 a 20 mA ou 4 a 20 mA ou por tensão 0 a 10 Vcc Com isso podem ser implementados diversos modelos de transdutores A Figura 410 ilustra a ligação elétrica de um potenciômetro e o Quadro 412 mostra o passo a passo para a parametrização dele no controle de velocidade Figura 410 Instalações do potenciômetro no conversor de frequência CFW10 a e sinótico de aplicação do potenciômetro como sensor de temperatura a U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 240 Conversor de frequência WEG CFW10 Função PID Carga Ventilador industrial cv 380 V trifásico Sensor de temperatura Fundo de escala 0 a 100 oC Faixa de operação 15 a 40 oC b Fonte elaborado pelo autor Quadro 412 Parametrização do CFW10 para controle PID de velocidade via entrada analógica Ação Parâmetro Ajuste Habilitar conversor de frequência para modo PID P203 1 Seleção da referência de frequência P221 0 teclas da IHM P222 0 teclas da IHM Seleção dos comandos para remoto P229 Situação local 0 habilita teclas da IHM P230 Situação remoto 1 habilita bornes de entrada Definir ganho para entrada analógica instalação do sensor Calcular o fundo de escala valor máximo na saída do sensor sobre a faixa de medição P234 FS FM 100 100 25 100 400 º º C C x Tipo da entrada analógica P235 0 0 a 10 V Atribuir funções para as entradas digitais P263 DI1 1 habilita geral U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 241 Atribuir funções para as entradas digitais Todas sem função pois o objetivo da aplicação é que o ventilador funcione de forma automática P264 DI2 0 sem função P265 DI3 0 sem função P266 DI4 0 sem função Setpoint ou valor desejado no processo na aplicação valor ideal para a temperatura do galpão P525 Valor Desejado Fundo de escala P234 20 100 400 80 º º C C Tipo de ação para o controle PID 0 Direto ou seja partindo do valor medindo zero até o valor setpoint com a carga em operação 1 Reverso ou seja partindo do valor setpoint até o valor de fundo de escala P527 1 O fator de escala da variável de processo sendo medido será o valor mostrado na IHM do conversor de frequência pelo parâmetro P040 P528 Fundo de escala P234 100 100 400 100 25 ºC Leitura do valor de processo na aplicação temperatura P040 U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 242 Leitura do valor da frequência de saída do conversor para o motor P005 Fonte elaborado pelo autor 2018 A empresa brasileira WEG tem disponível em seu site na seção de drivers para os produtos desenvolvidos alguns softwares gratuitos que permitem a parametrização e monitoração de alguns modelos de conversores de frequência e softstarter Para modelos antigos e fora de série acessar o SuperDriver disponível em httpoldwegnetbrProdutoseServicosDrivesSoftwareSuperDrive SoftwaredeParametrizacaodeDrives Acesso em 22 maio 2018 Para os modelos mais novos fazer o download do SuperDriver G2 disponível em httpoldwegnetbrProdutoseServicosDrives SoftwareSuperDriveG2SoftwaredeParametrizacaodeDrives Acesso em 22 maio 2018 Pesquise mais Sem medo de errar Para finalizar o projeto de redução de custos incentivado pela companhia Uni Tecidos SA você e sua equipe após todas as análises e os projetos realizados decidem desenvolver o projeto final para a máquina de recobrimento de elástico A fim de melhorar momentaneamente o funcionamento da máquina na última implementação vocês configuraram o motor para funcionar somente em duas velocidades 30 e 100 controladas pelo botão instalado na entrada DI4 Durante o desenvolvimento do projeto final para acionamento do motor e elaboração da lista de parâmetros para configurar o U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 243 conversor de frequência você e sua equipe fizeram uso do manual do equipamento e da placa de identificação do motor Imagine que sua equipe esteja com dúvida e o questiona sobre quais dados do motor serão necessários para configurar o conversor de frequência e se ele possui entradas disponíveis para a instalação dos sensores conforme o projeto no qual são necessários cinco níveis de velocidades Será possível viabilizar este projeto e desenvolver a parametrização no conversor O projeto final será desenvolvido conforme o sinótico ilustrado na Figura 411 desenhado por sua equipe e pelos responsáveis pela produção Figura 411 Sinótico para o processo de recobrimento de elástico Fonte elaborado pelo autor O novo projeto consiste em modificar a velocidade do motor principal do processo conforme a quantidade de peças a serem produzidas Essas peças ficarão em pequenos armazéns identificadas por sensores de posição de 1 a 5 A velocidade será o produto de Velocidade i 0 2 0 5 60i Hz em que i representa a quantidade de carrinhos com peças nos armazéns Caso não tenha peças para serem produzidas o motor terá velocidade igual a zero se com dois carinhos de peças para produzir a velocidade será 40 da frequência nominal por exemplo A variação de velocidade será de 20 ou seja 02 Cada modelo de conversor de frequência requer uma quantidade de dados do motor diferente há modelos em que é necessário informar tensão frequência corrente fator de potência rendimento torque outros mais simples apenas requerem a corrente nominal Posição 1 Posição 2 Posição 3 Posição 4 Posição 5 Lote de peças 1 Lote de peças 1 U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 244 Nas configurações do conversor é importante determinar a frequência mínima e máxima pois evitará que um erro de parametrização danifique o motor e quando presente determinar a sobrecarga permitida ao motor Com o conhecimento e exemplos utilizados nesta seção você será capaz de parametrizar o conversor de frequência e com os conhecimentos das unidades anteriores poderá desenvolver o projeto de acionamento e solucionar o problema levantado pela sua equipe sobre a quantidade de entrada disponível no conversor para o controle multispeed e a quantidade de velocidades necessária no projeto Avançando na prática Parametrização do CFW10 para controle de nível Descrição da situaçãoproblema O atual acionamento da bomba responsável por manter o nível alto da caixadágua é feito por partida direta e o comando elétrico possui apenas três sensores Foi requisitado pelo responsável técnico da empresa um projeto elétrico para automatização deste tanque o qual está ilustrado na Figura 412 Figura 412 Sinótico de automatização da caixadágua Fonte elaborada pelo autor 5 rpm 40 rpm 70 rpm 100 rpm POS3 POS2 POS1 U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 245 Resolução da situaçãoproblema Apenas com a instalação do conversor de frequência será possível o controle de velocidade com que o motobomba irá trabalhar seguindo as premissas do responsável técnico da empresa não sendo necessária a instalação de um controlador lógico O projeto a ser apresentado para esta empresa consiste no diagrama elétrico e na folha de parametrização do conversor A Figura 413 ilustra o diagrama elétrico de carga e o comando necessário nesta aplicação que é o conversor modelo CFW10 da WEG com alimentação monofásica de 110 a 127 V e o Quadro 413 mostra o passo a passo contido na folha de parametrização Figura 413 Diagrama elétrico para acionamento do motobomba com conversor de frequência Fonte elaborada pelo autor U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 246 Quadro 413 Parametrização do CFW10 para controle de nível Fonte elaborado pelo autor Ação Parâmetro Ajuste Seleção dos comandos como modo remoto P229 1 P230 1 Seleção da referência de frequência P221 6 multispeed P222 6 multispeed Atribuir funções para entradas digitais como multispeed para instalação dos sensores de nível P263 DI1 0 sem função P264 DI2 7 multispeed P265 DI3 7 multispeed P266 DI4 7 multispeed Definir valores de velocidade do controle multispeed 100 rpm nenhum sensor acionado tanque vazio P124 70 rpm POS1 DI4 acionado 40 rpm POS2 DI4 e DI3 acionados 5 rpm POS3 todos sensores acionados P124 60 Hz 100 P125 42 Hz 70 P126 42 Hz P127 24 Hz 40 P128 24 Hz P129 24 Hz P130 24 Hz P131 3 Hz 5 Observe que na parametrização do controle multispeed estão sendo mantidas as velocidades entre os acionamentos dos sensores de níveis pois caso sejam de velocidades diferentes as combinações lógicas das entradas poderão imprimir um valor diferente para o motor 1 A configuração das rampas de aceleração e desaceleração nos conversores para controle dos motores leva em consideração alguns passos que estão recomendados no manual do equipamento como I Habilitar parâmetro que permite configuração de valores II Configurar tempo de aceleração sendo maior que o tempo de rotor bloqueado a quente Faça valer a pena U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 247 2 Após modelar o diagrama de funcionamento ilustrado na figura abaixo para um motor de uma determinada máquina de costura industrial o técnico eletrotécnico foi convidado a desenvolver a expressão lógica e a indicar quais frequências deverão ser utilizadas para configurar o conversor de frequência III Configurar tempo de desaceleração sendo menor que o tempo de rotor bloqueado a frio IV Habilitar conversor para funcionamento Qual alternativa melhor apresenta a correta resposta para estas recomendações a I e IV estão corretos b I II e IV estão corretos c I III e IV estão corretos d II e III estão corretos e II e IV estão corretos Figura Diagrama de acionamento conforme modelagem desejada Marque a alternativa que melhor apresenta a expressão lógica para a frequência de saída Fs e os valores utilizados no parâmetro correspondente quando o sensor 3 S3 e o sensor 2 S2 estiverem acionados Fonte elaborada pelo autor a Fs S S 3 2 P130 50 b Fs S S 3 2 P130 50 c Fs S S 3 2 P130 30 d Fs S S 3 2 P130 30 e Fs S S 3 2 P130 50 U4 Princípios e funcionamentos de conversores de frequência 248 3 Foram adquiridos alguns conversores de frequência para melhoria do desempenho do processo da indústria Cores e Tons Ltda e consequentemente dos índices de eficiência energética Para tanto há dois modelos de transdutores a serem instalados um grupo de conversores para controle dos ventiladores de resfriamento e outro de conversores para controle das motobombas que mantêm a circulação da água nas tubulações O primeiro grupo de conversores será parametrizado para que mantenha a temperatura em 20C e o segundo grupo de conversores para manter o processo com 10 bar O técnico do projeto encontrou no mercado um transdutor de pressão ideal para o segundo grupo de conversores facilitando os ajustes de parametrização porém quais deverão ser os valores percentuais para setpoint valor desejado e para o ganho do sistema para os transdutores de temperatura cuja faixa de leitura vai de 50 a 100C considerando uma faixa de 60 para mais e para menos de medição sobre o valor de setpoint a Ganho de 100 e setpoint 20 b Ganho de 625 e setpoint 8333 c Ganho de 16 e setpoint 120 d Ganho de 16 e setpoint 213 e Ganho de 46875 e setpoint 625 FRANCHI C M Inversores de frequência teoria e aplicações 2 ed São Paulo Érica 2009 192 p Sistemas de acionamento elétrico 1 ed São Paulo Érica 2014 152 p MAMEDE FILHO J Instalações elétricas industriais 8 ed Rio de Janeiro LTC 2010 666 p PETRUZELLA F D Motores elétricos e acionamentos Tradução José Lucimar do Nascimento Série Tekne Porto Alegre McGrawHill 2013 372 p WEG Manual do inversor de frequência CFW10 Disponível em httpecatalogwegnetfileswegnetWEGcfw10manualdo usuario089958602xxmanualportuguesbrpdf Acesso em 3 jan 2018 Referências Anotações Anotações Anotações Anotações Anotações Anotações Anotações KLS ACIONAMENTO DE MOTORES ELÉTRICOS Acionamento de Motores Elétricos