Motores de Indução Trifásicos Industriais - Aplicações e Especificações

Motores de indução trifásicos para operações industriais APRESENTAÇÃO Atualmente o motor elétrico mais utilizado é o motor de indução facilmente encontrado no coti diano como no portão elétrico no elevador na geladeira no arcondicionado e na máquina de l avar roupa Embora todas as aplicações descritas sejam residenciais no caso da indústria a situação não é m uito diferente na qual esse tipo de máquina elétrica também é o mais empregado O principal m otivo para ser usado referese à questão financeira pois entre os três principais tipos de máquin as rotativas é o de maior simplicidade para construção para o rotor gaiola de esquilo e o mais r obusto reduzindo custos de manutenção Nesta Unidade de Aprendizagem você estudará aspectos particulares do motor de indução trifás ico MIT para aplicação industrial desde a análise de seus parâmetros com respeito ao seu func ionamento até exemplos de atividades industriais com suas respectivas especificações Bons estudos Ao final desta Unidade de Aprendizagem você deve apresentar os seguintes aprendizados Definir os principais parâmetros dos MIT Descrever as principais atividades industriais que utilizam os MIT Demonstrar exemplos da especificação de MIT DESAFIO Com o surgimento das máquinas elétricas especialmente a de indução tem ocorrido um uso cre scente de motores nas atividades industriais desde em atividades mais simples como um ventila dor para a climatização do ambiente de trabalho até atividades complexas e pesadas como com pressores acoplados a grandes caldeiras Imagine que você é oa engenheiroa responsável pelo dimensionamento do motor elétrico par a o projeto de um guindaste para a manipulação de carga de até 8000cv em que seu acionament o exige inúmeras partidas e paradas mas não um uso contínuo Nessa aplicação a carga tem um a elevada inércia e o movimento de elevação é lento tendo uma velocidade em torno de 008m s Nesse caso estarão presentes alguns dispositivos de acoplamento que primeiro façam a muda nça do movimento rotacional do motor para o de translação e depois a redução de velocidade A potência mecânica Pmec fornecida pelo motor é o produto do conjugado C pela velocidade de rotação ω Pmec C ω Para tanto você precisa analisar o tipo de conjugado resistente da carga segundo sua atividade i ndustrial e em seguida apresentar algumas soluções possíveis para o atendimento dessa deman da sem que haja risco de danos no equipamento ou interrupções indesejadas para manutenção du rante a sua operação normal INFOGRÁFICO As máquinas elétricas são primordiais em inúmeras atividades de uma indústria estando present es em esteiras em bombas e ferramentas Neste Infográfico você compreenderá que o adequado dimensionamento do motor de indução tr ifásico para uma operação próxima da carga nominal é vantajoso em comparação a uma operaçã o abaixo de 70 de sua capacidade nominal OPERAÇÃO DO MOTOR DE INDUÇÃO O motor elétrico representa quase 70 da energia elétrica consumida nas indústrias Dessa forma um rendimento insatisfatório dessas máquinas pode elevar os custos com energia elétrica de forma desnecessária A seguir você entenderá em qual região de operação que o motor de indução deve estar para ter o melhor rendimento Para isso serão analisadas quatro curvas de desempenho em função da potência mecânica entregue pelo motor Curva D Corrente elétrica Com um acréscimo na potência de saída é natural imaginar também um acréscimo na potência elétrica de entrada pois o motor converte a potência de entrada na de saída Pentrada 3 V I cosφ Segundo a equação apresentada onde é descrita a função da potência elétrica e considerando a tensão praticamente constante por ser estabelecida pela rede elétrica podese entender o aumento da corrente conforme a curva D Ainda nessa equação está presente o fator de potência cosφ que apesar de também aumentar não é o suficiente Curva C Escorregamento Quando há um aumento do conjugado resistivo da carga associado ao aumento de potência de saída o motor também aumenta seu conjugado de saída para entrar em equilíbrio embora sofra uma queda de velocidade aumentando o escorregamento de acordo com a curva C Esse aumento do escorregamento gera um aumento nas perdas no cobre do rotor mas com valor bem reduzido Curva B Fator de potência Pelas próprias características e pela construção do motor de indução um aumento na potência de saída resulta em um aumento do fator de potência cosφ conforme a curva B Isso tem um impacto positivo pois analisando a equação apresentada na curva D notase que a corrente teria um aumento ainda maior caso o cosφ não aumentasse também Curva A Rendimento Apesar de o aumento no escorregamento e na corrente elevar as perdas do motor uma melhora no fator de potência as reduz porém de forma geral há uma melhora no rendimento da máquina segundo a curva A Melhor ponto de operação Após a análise das curvas de desempenho do motor de indução podese verificar que ele apresenta o melhor rendimento se for operado em torno de 100 da carga nominal Situações de superdimensionamento nas aplicações industriais por exemplo operando abaixo de 70 da carga nominal devem ser evitadas CONTEÚDO DO LIVRO As indústrias dependem de inúmeras máquinas para que consigam realizar as suas atividades se ndo a máquina elétrica uma das mais importantes Entre esses equipamentos a máquina de indu ção é a mais popular em virtude de suas vantagens financeiras No capítulo Motores de indução trifásicos para operações industriais base teórica desta Unidade de Aprendizagem você estudará sobre a aplicação do motor de indução trifásico nas indústrias Entenderá seus principais parâmetros a partir de uma breve revisão da sua composição e funcion amento Compreenderá as principais tarefas executadas pelos motores ao lado de uma caracteriz ação dos sistemas mecânicos envolvidos E ao final será capaz de identificar os aspectos mais r elevantes para a especificação do motor de indução Boa leitura MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Definir os principais parâmetros de um motor de indução trifásico MIT Descrever as principais atividades industriais que utilizam MIT Demonstrar exemplos da especificação de MIT Introdução Nas indústrias uma parcela significativa do consumo de energia elétrica é relativa ao uso de motores Isso é justificado pois inúmeras tarefas são realizadas por essas máquinas que possuem controle simples grande possibilidade de tarefas e alto rendimento Dentre elas podemos destacar o motor de indução trifásico que é o mais popular de todos por possuir baixo custo de fabricação e manutenção e elevada robustez Neste capítulo você vai estudar de forma particular o uso do motor de in dução trifásico MIT na indústria começando por uma breve explicação de seus componentes e em seguida seu princípio de funcionamento e com isso permitir um claro entendimento de seus principais parâmetros Na seção seguinte você estudará as atividades mais comuns em que os motores são aplicados com a Motores de indução trifásicos para operações industriais Cassio Hideki Fujisawa complementação de elementos mecânicos que os auxiliam E por último você conhecerá as especificações essenciais para a escolha e o dimensionamento dos motores em um projeto de uma planta industrial MIT do funcionamento à caracterização Antes de definir os principais parâmetros do motor de indução vamos relembrar seus componentes e o princípio de funcionamento baseado em Umans 2014 As máquinas elétricas rotativas possuem duas partes o estator e o rotor como os nomes sugerem o estator é a parte estática da máquina enquanto o rotor é a parte móvel ou rotativa Ambas as partes são construídas com material ferromagnético para facilitar a passagem do fluxo magnético e com isso otimizar a conversão de energia Esse motor recebe energia elétrica e entrega energia mecânica através de seu eixo e nesse processo existe uma variação de energia magnética Para movimentar o rotor sobre o eixo existe um espaçamento com relação ao estator que se chama entreferro em inglês airgap Como já foi comentado o fluxo magnético é essencial para o funcionamento do motor e a conversão entre energia elétrica e magnética é feita através de dois enrolamentos fundamentais um alojado no estator outro no rotor No caso de máquinas com mais de dois polos eou mais de uma fase existe mais de um enrolamento de estator porém isso não altera o princípio de funcionamento descrito a seguir O enrolamento do rotor pode ser de dois tipos principais Bobinado quando o enrolamento é similar ao do estator em que condutores de cobre são agrupados formando uma bobina Neste caso são necessários anéis coletores para permitir a variação da resistência elétrica desse circuito que fica em uma parte móvel ou rotativa Gaiola de esquilo formado em geral por barras de alumínio e curtocircuitadas em suas extremidades e isolado eletricamente de qualquer estrutura externa Dessa forma não possui os anéis coletores O segundo tipo de rotor é o mais usado nos motores de indução pois reduz o custo e a complexidade em comparação a outros tipos e é extremamente robusto reduzindo os custos de manutenção Por esses motivos é o motor elétrico mais utilizado mundialmente A Figura 1 ilustra o rotor gaiola de esquilo a e o estator b onde podese notar as aletas de alumínio no rotor que são curtocircuitadas nas extremidades formando o enrolamento portanto ausência de bobinas por condutores de cobre no estator são per ceptíveis as bobinas de cobre alojadas nas ranhuras da estrutura de material ferromagnético É visível que na parte externa da carcaça do motor estão presentes aletas para dissipação de calor que é produzido inevitavelmente em sua operação Figura 1 Rotor a e estator b da máquina de indução Fonte Adaptada de lucaggShutterstockcom a b Analisando especificamente a máquina de indução trifásica em sua ope ração como motor podemos considerar os seguintes passos 1 A energia fornecida pela rede elétrica é conduzida pelos condutores do enrolamento de armadura que produzirão o fluxo magnético 2 Esse fluxo circulará pelos materiais ferromagnéticos do estator e do rotor e terá um comportamento particular que chamaremos de campo girante Podese imaginar como se fosse um ímã imaginário rotacionando no eixo com a velocidade ns dada em rotações por minuto rpm em função da frequência elétrica fe definida pela rede e do número de polos Npólos Motores de indução trifásicos para operações industriais 3 120 pólos 1 3 Com o enrolamento do rotor sendo imerso pelo campo girante surgirá tensão e corrente elétrica induzida de acordo com a lei de Faraday que de forma simplificada pode ser expressa pela seguinte equação 2 onde e é a tensão induzida λ é o fluxo magnético concatenado pelo enrolamento e t é o tempo 4 A interação entre o fluxo magnético produzido pelo enrolamento do rotor e o fluxo magnético do enrolamento do estator resultará no conjugado eletromagnético que a menos de algumas perdas será o conjugado entregue à carga mecânica através do eixo Essas etapas do processo de funcionamento foram enumeradas com o intuito de facilitar o entendimento da conversão eletromecânica do motor mas não necessariamente ocorrem de forma sequencial elas podem ocorrer de forma simultânea A Figura 2 apresenta o comportamento do conjugado eletromagnético com relação à velocidade mecânica de um motor típico Essa velocidade é apresentada como uma porcentagem da velocidade síncrona do campo girante magnético É possível notar que quando a velocidade atinge 100 da velocidade síncrona ou seja se igualam o conjugado é nulo Isso pode ser facilmente justificado pela equação 2 que estabelece que a tensão induzida surgirá apenas quando houver variação de fluxo magnético e para situação de igualdade entre a velocidade do motor e a velocidade do campo girante o fluxo magnético visto pelo enrolamento alojado no rotor será constante ou seja de variação nula Motores de indução trifásicos para operações industriais 4 Figura 2 Curva de conjugado por velocidade Fonte Umans 2014 p 347 Ainda utilizando a Figura 2 podemos analisar a região de operação do motor que fica na região mais à direita no entorno de 100 do conjugado nominal eixo y e um pouco abaixo dos 100 da velocidade síncrona eixo x Nessa região notase uma pequena variação de velocidade para uma faixa mais significativa de conjugado A característica desse motor de sempre operar com uma velocidade diferente da síncrona e inferior pode ser quantificada pelo termo escorregamento que nada mais é do que a diferença da velocidade mecânica do eixo do rotor com a velocidade síncrona do campo magnético produzido pelo enrolamento do estator Feita essa revisão do motor de indução vamos agora discutir sobre seus principais parâmetros na hora do dimensionamento em uma aplicação industrial potência tensão elétrica número de polos carcaça Potência dada em cavalos em inglês horse power HP é a potência de saída que o motor entrega em seu funcionamento nominal quando é ali mentado com o nível de tensão especificado suporta essa potência de saída consumindo para isso a corrente descrita nos dados de placa ou seja seu valor especificado e operando com o rendimento também definido em placa O termo nominal é muito utilizado principalmente em equipamentos elétricos e referese à operação na qual o dispositivo foi projetado ou seja um determinado nível de tensão nível de corrente carga mecânica no eixo no caso de motores e para essa situação de operação ele apresenta o seu melhor desempenho em termos de rendimento e atendimento da potência especificada sem prejudicar a sua vida útil Devese tomar o cuidado de não confundir essa potência de saída que é a potência mecânica do motor com a potência de entrada que é a potência elétrica consumida por essa máquina A Figura 3 apresenta o fluxo de potência do motor de indução sendo o sentido da esquerda para direita com a entrada da potência elétrica Pentrada várias perdas no processo de conversão de energia elétrica para mecânica e outras potências da própria operação como o atrito e a ventilação Todas essas apontam para baixo e por fim temse a potência mecânica Psaída Nessa figura além de algumas equações das potências de entrada e saída temse duas potências intermediárias PEF que é a potência de entreferro ou seja a potência que é transferida através do entreferro e a Pconv a potência após a conversão eletromecânica mas antes sofre mais algumas perdas até se chegar na potência final CHAPMAN 2013 Motores de indução trifásicos para operações industriais 6 compressor equipamento que impõe grande pressão aos fluidos utilizado em frigorífico e arcondicionado Nesse tipo de problema são utilizadas as relações de expansão do gás com resfriamento e compressão do gás com aquecimento Na Figura 6 pode ser visto o ciclo de refrigeração elementar com a presença do compressor ao lado direito Figura 6 Ciclo de refrigeração elementar Fonte Cukla Santos e Espartel 2018 p 72 Da mesma forma que no deslocamento de fluidos incompressíveis para este caso existe o problema do elevado conjugado de partida que pode ser contornado de maneira similar aliviando a pressão do sistema com o auxílio de válvulas A segunda finalidade dos motores de indução é a manipulação de cargas que de forma geral seria o transporte da carga para uma posição superior ou inferior usando um guindaste ou em um deslocamento horizontal ou inclinado através de uma esteira Figura 3 Diagrama do fluxo de potência no motor de indução Fonte Chapman 2013 p 322 Portanto a partir da Figura 3 fica clara a diferença entre a potência Psaída usualmente dada em cavalos cv e a Pentrada que é a potência elétrica importante para o dimensionamento da instalação elétrica A tensão elétrica define qual tensão de linha ou tensão trifásica que deve alimentar o motor para seu correto funcionamento Para motores industriais os valores típicos são 220 380 ou 440 V Mas para motores com aplicações especiais a tensão pode chegar a 13800 V WEG EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 2010 A potência elétrica de entrada é uma função da tensão e da corrente por isso para um motor de mesma potência quanto maior a tensão menor será a corrente É comum os motores terem mais de um tipo de conexão o que permite certa flexibilidade em sua operação em termos de nível de tensão Isso é possível para arranjos sérieparalelo e estrelatriângulo Outro importante parâmetro é o número de polos que impacta direta mente na velocidade síncrona do campo magnético girante juntamente com a frequência elétrica da tensão de alimentação conforme a Equação 1 Como a rotação do eixo é apenas um pouco abaixo dessa velocidade síncrona pois sempre existe o escorregamento a quantidade de polos da máquina torna se um importante parâmetro para a definição da velocidade que em uma aplicação industrial é um importante fator no projeto Lembrando que para o tipo de motor Dahlander existe a possibilidade de chaveamento entre as ligações das bobinas de tal forma a alterar entre 24 polos ou 48 polos o que consequentemente altera também a velocidade do motor FILIPPO FILHO 2010 Motores de indução trifásicos para operações industriais 7 Por fim temse a carcaça do motor de indução que é definida pela potência e pela rotação do motor Ela possui algumas variações conforme sua aplicação podendo ser fechada ou aberta Por exemplo no caso de uma carcaça fechada haveria o impedimento de entrada de poeira ou de água porém com menor dissipação de calor através da ventilação Existem variados tipos de vedações além de alguns tipos possíveis do material da sua construção ferro fundido aço ou alumínio A especificação da carcaça é feita pela altura da base do motor até o centro do eixo Nesta seção foi revisado o funcionamento do motor de indução e foram apresentadas suas principais características para uma aplicação industrial Vamos agora descrever suas aplicações na indústria e as peculiaridades em cada uma delas Motor de indução o mais utilizado nas indústrias O motor de indução com rotor gaiola de esquilo é o tipo de máquina elétrica rotativa mais utilizado no mundo por sua robustez e baixo custo tanto de fabricação como de manutenção e se for considerado o uso cada vez mais frequente dos inversores de frequência também se torna um motor de fácil controle BIM 2012 UMANS 2014 Nesta seção você conhecerá algumas aplicações desse motor em variados tipos de indústria mas antes vamos analisar as três principais finalidades segundo Fillippo Filho 2010 deslocamento de fluido manipulação de carga processamento de materiais A primeira finalidade poderia ainda ser classificada em dois tipos fluidos incompressíveis e compressíveis Exemplos dos fluidos incompressíveis seriam água óleos hidráulicos combustíveis e soluções químicas e os equipamentos responsáveis pelo deslocamento desses materiais são a bomba centrífuga que pode ser de fluxo radial axial ou misto conforme a Figura 4 e a bomba de deslocamento positivo ilustrada na Figura 5 Na utilização dessas bombas é comum o conjugado resistente ou conjugado de carga ser muito elevado no momento da partida do motor esse problema poderia ser contornado com o uso de motores de rotor bobinado mas outra solução seria o alívio do conjugado resistente apenas nesse momento inicial Essa solução seria a redução da pressão com o uso de válvulas de alívio e que seriam retornadas à posição normal logo que o motor alcançasse a operação próxima da nominal Figura 4 Bombas centrífugas a radial b axial e c mista Fonte Godoi e Assunção 2019 p 125 Figura 5 Bomba de deslocamento positivo do tipo cilindropistão e engrenagens Fonte Godoi e Assunção 2019 p 123 Na situação do deslocamento de fluidos compressíveis como o gás ou o vapor existem dois equipamentos típicos ventilador em que a diferença da pressão do fluido na entrada e saída é muito pequena e por isso seu funcionamento é parecido com a da bomba centrífuga Portanto dependendo da classe NEMA temse um conjugado de partida mais elevado classe D ou intermediário classe C mas ainda com reduzida corrente de partida comparado com a classe padrão classe A Por outro lado podese analisar o escorregamento de operação que se torna distinto para cada classe analisando a região à direita da Figura 8 Lembrando que o rendimento do motor é influenciado pelo valor de escorregamento quanto menor melhor é o motor Vistas essas diferenças podemos associar cada classe com a sua aplicação típica segundo Del Toro 1994 Classe A cargas que não necessitem de alto torque de partida o que elevaria demasiadamente sua corrente Suas aplicações são ventiladores foles bombas centrífugas maioria das ferramentas mecânicas e para trabalho com madeira Classe B aplicação similar da classe A mas com menor corrente de partida e pior fator de potência em situação de operação Classe C cargas que trabalhem com velocidade constante Conjugado máximo na partida e superior a das classes anteriores e com menor corrente para essa situação Suas aplicações são transportadoras compressores britadeiras agitadores e bombas especiais Classe D torque de partida máximo e superior a todas as classes mas com elevado escorregamento na operação Aplicações em cargas de grande inércia e uso intermitente tesouras prensas estamparia caldeiras elevadores e guindastes Nesta seção você estudou as principais finalidades do motor de indução com breve descrição dos sistemas mecânicos envolvidos e ao final foram abordadas classes do rotor gaiola de esquilo que permitem variadas aplicações Na próxima seção você conhecerá os dados de especificação dos motores para algumas aplicações Especificações do MIT Para a escolha do motor de indução trifásico que atenda satisfatoriamente à carga presente na indústria sem que haja qualquer dano que reduza seu tempo de vida útil é necessária a análise das seguintes características para uma correta especificação PETRUZELLA 2013 Nesta finalidade é muito comum o uso do dispositivo de acoplamento para alterar a velocidade de rotação do motor para a velocidade de carga ou para transmitir o movimento quando a carga se encontra afastada ou ainda para converter um movimento de rotação em translação BIM 2012 Exemplos desses dispositivos são engrenagem polia correia engrenagem rosca como ilustrado na Figura 7 Figura 7 Dispositivos de acoplamento Fonte Stein et al 2018 p 176 As engrenagens são utilizadas quando o motor está próximo da carga e se deseja uma troca da velocidade de rotação ou também a combinação engrenagemcremalheira que proporciona a transmissão entre rotação e translação No caso das polias que podem ser fixas ou móveis e interliga das por cabos pode ocorrer a redução do conjugado aplicado pelo motor a depender do seu arranjo sendo talha simples em blocos ou diferencial Já as correias utilizadas juntamente com as polias são aplicadas quando as cargas estão distantes o suficiente o que impede o uso de engrenagens e em certas situações elas próprias podem servir de elementos transportadores de carga Motores de indução trifásicos para operações industriais 11 Potência mecânica usualmente expressos em hp horse power ou em W watt Tensão tensão de alimentação do motor Correntes plena carga ou nominal corrente elétrica na operação na qual ele foi projetado Essa corrente é utilizada para parametrizar os sensores rotor bloqueado corrente elétrica no momento da partida fator de serviço valor para operação sem que haja danos ao motor Por exemplo 115 indica que a corrente pode ficar 15 acima da nominal por tempo indeterminado sem danos Classe NEMA identifica o tipo de rotor e sua curva característica de conjugado por velocidade foi detalhado na seção anterior Rendimento relação entre a potência mecânica de saída e a potência elétrica de entrada O rendimento é de 75 a 98 Dimensões da carcaça é a altura entre a base do motor e o centro do eixo Frequência elétrica 50 Hz ou 60 Hz o segundo valor para a rede elétrica brasileira Velocidade a plena carga velocidade do rotor quando o motor estiver operando em seus valores nominais ou seja entregando a potência nominal Requisito de carga a característica do conjugado resistente de carga define o tipo de motor mais adequado para determinada aplicação Carga de conjugado constante para toda faixa de velocidade dessa forma o aumento de velocidade provocará inevitavelmente um aumento de potência Carga de conjugado variável tipo parabólico aumenta o conjugado conforme aumenta a velocidade consequentemente a potência Carga de potência constante conjugado hiperbólico elevado conjugado de partida com redução no aumento de velocidade e por isso preserva a potência que é o produto entre eles Carga de inércia elevada exige um alto conjugado de partida mas em sua operação normal permite baixo conjugado Temperatura Temperatura ambiente indica a máxima temperatura ambiente para uma operação segura do motor Tipicamente assume valor de 40 C mas pode ter valores superiores em casos especiais Aumento de temperatura valor esperado da situação de repouso até o funcionamento contínuo a plena carga Como você já deve imaginar ao adicionar algum dispositivo de acopla mento no nosso sistema surgirão novas perdas que refletem no rendimento conforme ilustra o Quadro 1 Quadro 1 Rendimento dos dispositivos de acoplamento Tipo de acoplamento Rendimento Direto 100 Poliacorreia plana 9598 Poliacorreia em V 9799 Roda dentada 9798 Engrenagem 9699 Fonte Adaptado de Filippo Filho 2010 A última finalidade é o processamento de materiais em que o motor de indução é aplicado de forma bem particular em cada tipo de indústria e por isso não existe um tratamento genérico que possa ser feito Uma aplicação desse tipo seria como uma máquina operatriz que a partir de seu movimento rotatório realiza tarefas como torno fresadora mandril e serra circular ou seja a ação de desbaste corte e conformação nos materiais em uma indústria de manufatura LIXANDRÃO 2018 Outra aplicação é na indústria de cerâmica e de mineração em que o motor atua como a força propulsora do moinho de bolas Este equipamento tem a função de moer materiais duros e possui a forma de um tambor com bolas que se movimentam livremente em seu interior O movimento de rotação é que provoca o atrito entre tais bolas e o material a ser moído WEG EQUIPA MENTOS ELÉTRICOS 2010 Além da discussão de todas essas aplicações na indústria podemos abor dar também uma característica do motor de indução com rotor gaiola de esquilo Em sua construção típica esse motor possui a curva de conjugado por velocidade conforme a Figura 2 em que seu conjugado de partida é relativamente baixo com elevada corrente e a sua operação nominal se estabelece com baixo escorregamento No entanto existem outras cons truções do rotor de gaiola de esquilo e que são normalizadas pela National Electrical Manufactures Association NEMA dos Estados Unidos da América apresentando outras respostas de conjugado desde a partida até a velocidade Motores de indução trifásicos para operações industriais 12 nominal Podemos destacar quatro tipos principais denominados de A a D conforme a Figura 8 Figura 8 Curvas típicas de conjugado por velocidade para quatro classes NEMA de rotores Fonte Chapman 2013 p 347 Para obter esses quatro perfis de conjugado apresentados na Figura 8 são variados basicamente dois aspectos das aletas de alumínio do rotor gaiola de esquilo a área de sua seção transversal que impacta diretamente no valor de resistência e na proximidade relativa ao enrolamento de estator o qual influencia no seu fluxo de dispersão e consequentemente na sua reatância de dispersão Como na situação de partida até a operação nominal do motor o escorregamento varia devido à velocidade de rotação do eixo e sendo a frequência elétrica do circuito do rotor uma função do escorregamento esperase que a reatância varie significativamente durante todo esse pro cesso Além disso o escorregamento e indiretamente a velocidade do eixo em que o conjugado máximo ocorre é uma função da resistência elétrica do rotor CHAPMAN 2013 Motores de indução trifásicos para operações industriais 13 Em média existe uma diferença de 5 ºC a 15 ºC entre a temperatura medida do enrolamento e o ponto mais quente do enrolamento esse valor deve ser considerado no cálculo total de temperatura que deve estar abaixo de seu limite permitido Classe de isolamento letra que identifica qual a temperatura máxima de operação do motor sem que ele sofra danos Regime de serviço identifica se a carga será de uso contínuo ou intermitente Conjugado Conjugado de partida valor necessário para a partida do motor Conjugado mínimo valor mínimo que o conjugado de motor atinge desde a sua partida até o ponto de operação Conjugado máximo valor máximo acima do valor nominal em que o motor pode ser operado sem que haja danos Conjugado nominal valor para o funcionamento do motor na situação de potência e velocidade nominais Carcaça do motor Motores abertos a prova de gotejamento são motores que permitem a incidência de líquidos em uma inclinação de até 15º do eixo vertical sem que se danifique mesmo tendo a carcaça aberta Motores totalmente fechados arrefecidos por ventilador são utilizados em locais sujeitos a umidade poeira e sujeiras em geral Motores totalmente fechados não ventilados são motores de potência reduzida até 5 hp e que realizam a dissipação de calor apenas pela sua carcaça São utilizados em locais que a presença do ventilador externo poderia causar problemas com sujeiras do ambiente Motores a prova de explosão são motores utilizados em ambiente susceptíveis a explosivos ou outro combustível como gases inflamáveis Neste capítulo você aprendeu sobre a aplicação do motor de indução trifásico na indústria começando por uma breve revisão de seu funcionamento seguida da descrição de seus principais parâmetros para qualificálos Na seção seguinte foram abordadas as principais finalidades desse tipo de motor descrevendo alguns dispositivos mecânicos necessários para seu melhor entendimento além dos quatro tipos de rotor gaiola de esquilo padronizados pela NEMA e que possuem aplicações distintas E ao final foram especificadas as características relevantes do motor para o seu correto dimensionamento de acordo com a atividade demandada Em um edifício de 15 andares será instalado um elevador de carga no último andar para transportar uma carga equivalente a 1000 kg Essa carga é equivalente pois em um elevador é utilizado um contrapeso que reduz o conjugado necessário para movimentálo A rede elétrica disponível é de 380 V e 60 Hz A velocidade do elevador deverá ser de 60 mmin o tambor conectado ao cabo de sustentação da cabine possui raio de 30 cm e um redutor acoplado ao eixo de 541 ou seja a velocidade do motor é reduzida para a movimentação da cabine Especifique um motor adequado para essa aplicação Solução Para o cálculo da velocidade de rotação do tambor nelev devemos utilizar a velocidade da cabine v com o raio do tambor r 2 60 2 03 3183 RPM Em seguida através do redutor podemos encontrar a velocidade do eixo do motor n n nelev red 3183 54 1719 RPM Agora que já temos a velocidade de operação do motor precisamos deter minar a sua potência Para isso calcularemos o conjugado no tambor Telev para movimentar uma carga de 1000 kg Telev F r 1000 03 300 kgf m Para convertermos kgf em N basta multiplicar pela aceleração da gravidade g 98 ms2 Telev 300 g 300 98 2940 Nm Convertendo a rotação do tambor em rads 2 60 3183 2 60 333 rads utilizando a equação de potência em função do conjugado Pelev T ω 2940 333 9790 W Motores de indução trifásicos para operações industriais 17 A partir dos dados de potência 979 kW e velocidade 1719 RPM podemos encontrar o motor W22 IR3 Premium Trifásico da WEG Carcaça 132 ML Potência 11 kW 15 cv Número de polos 4 Frequência 60 Hz Tensão 220 V 380 V Rotação nominal 1760 RPM Conjugado nominal 609 kgfm 5968 Nm Grau de proteção IP55 Esse motor atende à disponibilidade da rede elétrica tensão e frequência possui uma velocidade um pouco superior da calculada mas com valor próximo Sua potência é superior à calculada conforme o esperado e possui uma margem pois não foi considerado o rendimento do sistema de acoplamento redutor Referências BIM E Máquinas elétricas e acionamento 2 ed Rio de Janeiro Elsevier Campus 2012 568 p CHAPMAN S J Fundamentos de máquinas elétricas 5 ed Porto Alegre AMGH Bookman 2013 700 p CUKLA A R SANTOS B K ESPARTEL L Máquinas primárias Porto Alegre Sagah 2018 161 p DEL TORO V Fundamentos de máquinas elétricas Rio de Janeiro LTC 1994 574 p FILIPPO FILHO G Motor de indução São Paulo Érica 2010 246 p GODOI P J P M ASSUNÇÃO G S C Mecânica dos fluidos Porto Alegre Sagah 2019 215 p LIXANDRÃO P H F Máquinas operatrizes Porto Alegre Sagah 2018 116 p PETRUZELLA F D Motores elétricos e acionamentos Porto Alegre AMGH Bookman 2013 372 p Série Tekne STEIN R T et al Mecânica aplicada Porto Alegre Sagah 2018 243 p UMANS S D Máquinas elétricas de Fitzgerald e Kingsley 7 ed Porto Alegre AMGH Bookman 2014 728 p WEG EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS Motor de indução trifásico rotor bobinado com sistema motorizado de levantamento das escovas Jaraguá do Sul São Bernardo do Campo Weg 2010 4 p Disponível em httpsstaticwegnetmediasdownloadcenterh70h17WEGsistemamotorizadodelevantamentodasescovas602catalogoportuguesbrpdf Acesso em 16 mar 2021 Leituras recomendadas SIMONE G A Máquinas de indução trifásicas 2 ed São Paulo Érica 2010 352 p WEG MOTORES A Guia de especificação motores elétricos Jaraguá do Sul Weg 2021 67 p Disponível em httpsstaticwegnetmediasdownloadcenterh32hc5WEG motoreseletricosguiadeespecificacao50032749brochureportuguesewebpdf Acesso em 16 mar 2021 Os links para sites da web fornecidos neste capítulo foram todos testados e seu funcionamento foi comprovado no momento da publicação do material No entanto a rede é extremamente dinâmica suas páginas estão constantemente mudando de local e conteúdo Assim os editores declaram não ter qualquer responsabilidade sobre qualidade precisão ou integralidade das informações referidas em tais links Motores de indução trifásicos para operações industriais 19 Conteúdo SAGAH SOLUÇÕES EDUCACIONAIS INTEGRADAS DICA DO PROFESSOR Muitas atividades na indústria são realizadas por máquinas elétricas principalmente o motor de i ndução trifásico O engenheiro responsável pelo dimensionamento desses equipamentos precisa ter conhecimento não somente dos motores mas também do processo industrial para garantir o a dequado atendimento da demanda Nesta Dica do Professor você compreenderá como uma alteração na estrutura do rotor modifica o seu desempenho de conjugado por velocidade e com isso permite uma maior variedade de ate ndimento dos variados processos industriais Aponte a câmera para o código e acesse o link do vídeo ou clique no código para acessar EXERCÍCIOS 1 A máquina elétrica de corrente alternada dispõe de um enrolamento alojado à sua est rutura fixa chamada estator Quando ela é operada como motor esse enrolamento é alimentado pela rede elétrica e a partir da corrente conduzida por ele produzse o c ampo girante Outro parâmetro dessa máquina referese ao número de polos magnéti cos Considerando um motor típico de indução trifásica de quatro polos alimentado em 3 80V e 60Hz qual das alternativas apresenta sua velocidade nominal A 900rpm B 1720rpm C 1800rpm D 1850rpm E 3500rpm 2 Um dos principais parâmetros de um motor elétrico de indução trifásico é o seu valor de potência já que a partir deste podemos definir se é adequado ou não para determ inada carga Considere um motor deste tipo de 100cv e 380V com fator de potência de 087 e rendi mento de 955 sendo todos os dados de placa Assuma uma relação de 750W por 1c v Qual a potência elétrica potência complexa em kVA consumida na situação de plena carga A 9027kVA B 7500kVA C 7163kVA D 8621kVA E 10000kVA Uma das principais finalidades de um motor de indução trifásico na indústria corresp onde ao deslocamento de fluidos Como exemplo podemos citar água óleo combustív el óleo hidráulico outras soluções químicas gás e vapor Considerando essa finalidade analise as assertivas a seguir e escolha a alternativa qu e indique as afirmaçãoões corretas I Os fluidos podem ser classificados em dois tipos incompressíveis e compressíveis O equipamento associado ao motor elétrico que é versátil suficiente para lidar com a mbos os fluidos é o ventilador II A bomba de deslocamento positivo é o equipamento utilizado para o fluido incomp ressível Na partida o conjugado resistente é em geral muito elevado e uma das solu ções para reduzir o esforço do motor consiste na introdução de válvulas de alívio na t ubulação III O compressor é o equipamento utilizado para trabalhar com fluidos compressívei 3 s por exemplo para deslocar a água de um reservatório para outro A I apenas B II apenas C III apenas D I e II apenas E II e III apenas 4 O uso de motores de indução trifásico em indústrias em muitos casos tem a finalidad e de realizar a manipulação de cargas Para essa aplicação é muito comum o emprego de dispositivos de acoplamento associ ados aos motores Analise as assertivas sobre dispositivos de acoplamento e escolha a alternativa que in dique as afirmaçãoões corretas I As engrenagens são dispositivos de acoplamento que além de alterarem a velocidad e do eixo para a velocidade desejada de carga têm 100 de rendimento II O uso de polias além de realizar a transmissão do movimento permite a redução do conjugado exigido pelo motor III As esteiras transportadoras movidas por motores elétricos são um tipo de transm issão de movimento pois o motor apresenta um movimento rotativo e as cargas terão um movimento translacional A I apenas B II apenas C III apenas D I e II apenas E II e III apenas 5 Em uma indústria é muito importante o correto dimensionamento do motor para aten der a determinadas atividades Para isso entre outros aspectos tornase fundamental conhecer a curva de conjugado por velocidade tanto da carga quanto do motor a ser es colhido No caso do motor de indução trifásico de gaiola de esquilo existem algumas classes pa dronizadas pela NEMA com diferentes desempenhos como apresentado na figura a s eguir Analise as assertivas a seguir e escolha a alternativa que indique as afirmações correta s I Segundo a figura podese afirmar que para todas as classes o máximo conjugado o corre em baixo escorregamento ou seja em velocidades acima de 80 da síncrona II Para cargas que exigem um elevado conjugado de partida a melhor alternativa é u m motor da classe B III O motor da classe D tem em sua construção pequenos condutores próximos da sup erfície no enrolamento do rotor o que resulta em alta resistência A I apenas B II apenas C III apenas D I e II apenas E II e III apenas NA PRÁTICA Na sociedade atual todas as pessoas dependem fortemente da energia elétrica utilizando inúmer os equipamentos para esse tipo de conforto como as máquinas elétricas que estão presentes no cotidiano abrindo o portão da garagem levando pessoas ao 13o andar com esforço mínimo e na lavagem das roupas Embora todas as aplicações descritas sejam residenciais na indústria os mo tores elétricos também são muito utilizados Neste Na Prática você verá o importante papel do engenheiro na escolha do motor em uma indú stria considerando as necessidades do cliente e o ambiente de instalação já que o motor não ape nas necessita de uma potência e nível de tensão corretos como também de outros aspectos com o o tipo de carcaça SAIBA Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto veja abaixo as sugestões do professo r Fundamentos de máquinas elétricas O capítulo 6 do livro de Stephen J Chapman descreve desde a construção passando pelo circuit o equivalente até o controle do motor de indução Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino Cinemática e dinâmica dos mecanismos No capítulo 9 do livro de Robert L Norton você poderá estudar sobre os dispositivos de acopla mento utilizados no motor de indução para aplicação nas indústrias Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino Instalações elétricas máquinas assíncronas motores de indução Nesta aula você conhecerá os elementos do motor de indução também chamado de assíncrono sendo detalhados o estator e o rotor Aponte a câmera para o código e acesse o link do vídeo ou clique no código para acessar Como um motor de indução funciona No vídeo a seguir do canal Learn Engineering áudio em inglês com legenda em português vo cê poderá entender o princípio de funcionamento do motor de indução e suas principais caracterí sticas Aponte a câmera para o código e acesse o link do vídeo ou clique no código para acessar ESCOLHA DE UM MOTOR ELÉTRICO EM UM PROJETO INDUSTRIAL A engenheira Fernanda é a responsável pela elaboração de projetos de plantas industriais Em especial sua tarefa consiste na escolha dos motores elétricos segundo a demanda dos clientes envolvendo o ambiente de trabalho e a execução em si da tarefa O projeto em que a Fernanda está trabalhando é o de monitoramento de uma esteira de transporte em um frigorífico Analisando um pouco melhor essa atividade a engenheira fez as seguinte considerações tratase de uma indústria alimentícia em que a higiene é de extrema importância ambiente constantemente úmido necessidade de realizar muitas lavagens para garantir o controle sanitário A partir dessas informações iniciais a engenheira já pôde iniciar a escolha do motor pelo seu tipo de carcaça Carcaça aberta Carcaça totalmente fechada Lembrando que em um motor a carcaça é responsável pela importante função de proteção adequada em associação ao ambiente particular de sua instalação Caso sua escolha seja incorreta pode ocorrer uma redução no desempenho do motor e até mesmo um encurtamento de sua vida útil A escolha do motor com relação à sua carcaça foi o W22 Wash da WEG que é completamente fechado e resistente à água Como o ambiente estará frequentemente molhado esta constitui a melhor opção É importante lembrar que em uma carcaça completamente fechada o sistema de resfriamento precisa bem projetado para a dissipação de calor visto que não haverá nenhum sistema de ventilação Por exemplo podese notar aletas externas para uma melhor troca de calor Além disso existe uma resistência interna para ser acionada enquanto o motor estiver desligado para manter os componentes internos sempre secos evitando a oxidação indesejada