Instalações Elétricas para o Acionamento de Motobombas

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS CENTRO DE DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO DISCIPLINA DE ELETROTÉCNICA Prof Ricardo Scherer Pohndorf INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PARA O ACIONAMENTO DE MOTOBOMBAS 1 3 Métodos de partidas de motores Partida direta acionamento de pequenos motores abaixo de 5cv ou 10cv para instalações industriais Partida estrelatriângulo acionamento de grandes motores sem carga Partida compensadora acionamento de grandes motores com carga Partida com Softstarter acionamento de grandes motores com carga Partida com Inversor Conversor de frequência acionamento de pequenos e grandes motores 3 Partidas de motores trifásicos Classificações dos dispositivos Dispositivos de proteção Fusível Disjuntor Relé Térmico Disjuntos motor Dispositivos de comando manobra botão contator temporizador Dispositivos de sinalização Sinaleira voltímetro amperímetro 5 Partidas de motores Fusível São os elementos mais tradicionais para proteção contra curtocircuito de sistemas elétricos Quanto a forma construtiva se classificam em D diametral ou diazed e NH alta capacidade baixa tensão Na prática se usa D até 63 amperes e acima NH 6 D diametral ou diazed NH alta capacidade baixa tensão Partidas de motores Exemplo de dimensionamento Dimensionar os fusíveis para proteger um motor de 5cv 22060Hz 4 polos supondo que o seu tempo de partida direta seja de 5 s 7 Partidas de motores Disjuntores Os disjuntores são dispositivos magnetotérmicos para proteção de instalações e equipamentos elétricos contra sobrecarga e principalmente curtocircuito Eles são equipados com um disparador térmico bimetal que atua nas situações de sobrecarga e com um disparador eletromagnético que atua nos casos de curtocircuito 8 Partidas de motores Contatores Dispositivo eletromecânico que permite a partir de um circuito de comando efetuar o controle de cargas num circuito de potência O contator consiste basicamente de um núcleo magnético bipartido uma parte móvel e a outra fixa e de uma bobina que quando alimentada por um circuito elétrico forma um campo magnético que concentrandose na parte fixa do núcleo atrai a parte móvel SIMBOLOGIA 9 Partidas de motores Relé térmico É um dispositivo de proteção de sobrecarga elétrica aplicado a motores elétricos Chave de operação não manual eletromagnética Visa evitar o sobre aquecimento dos enrolamentos do motor quando ocorre uma circulação de corrente elétrica acima da tolerada nos seus enrolamentos 10 Partidas de motores Temporizadores Os Relés temporizadores são dispositivos eletrônicos que permitem em função de tempos ajustados comutar um sinal de saída de acordo com a sua função Muito utilizados em automação de máquinas e processos industriais como partidas de motores Possui eletrônica digital o que permite maior precisão 11 Partidas de motores Botões e Botoeiras A diferença principal está no fato de que ao movimentar o botão ela vai para uma posição e permanece nela mesmo quando se retira a pressão do dedo Na chave industrial ou botoeira há o retorno para a posição de repouso através de uma mola 12 Partidas de motores Botões e Botoeiras Sinalização 13 Partidas de motores Botões de emergência Sinaleiras Comutadores 14 Partida DIRETA Motor parte com conjugado torque e corrente de partida plenos pois suas bobinas recebem tensão nominal Diagrama de Potência Comando DisjuntorFusível Sistema trifásico Contator Relé térmico 15 Partidas de motores Partida DIRETA Vantagens Menor custo Facilidade de implementação Alto torque de partida Desvantagens Alta corrente de partida provocando queda de tensão na rede de alimentação É necessário sobredimensionar cabos e contatores Limitação no número de manobras 16 PARTIDA ESTRELATRIÂNGULO Diagrama de Potência Diagrama de Comando 17 Partidas de motores Partida Estrelatriângulo Vantagens Custo reduzido A corrente de partida é reduzida Não existe limitação no número de manobras Desvantagens Redução do torque de partida Caso o motor não atinja pelo menos 90 da velocidade nominal o pico de corrente no instante da comutação de Y para é igual ao da partida direta Custo é elevado para grandes distâncias entre quadro de acionamento e motor devido aos 6 cabos 18 Partidas de motores Partida SOFTSTARTER As softstarters são equipamentos eletrônicos destinados ao controle da partida de motores elétricos de corrente alternada São utilizados basicamente para partidas de motores de indução CA corrente alternada tipo gaiola em substituição aos métodos estrelatriângulo ou partida direta Tem a vantagem de não provocar trancos no sistema limitar a corrente de partida evitar picos de corrente e ainda incorporar parada suave e proteções 19 Partidas de motores Partida SOFTSTARTER Seu princípio de funcionamento baseiase em componentes estáticos os tiristores O nome Tiristor engloba uma família de dispositivos semicondutores multicamadas que operam em regime de chaveamento tendo em comum uma estrutura de no mínimo quatro camadas semicondutoras numa seqüência PNP N três junções semicondutoras apresentando um comportamento funcional Produzem ângulos de disparo controlados limitando a corrente de partida drasticamente Junção PN dopagem química na camada de semicondutor fazendo com que as camadas fiquem carregadas por prótons e nêutrons 20 Partidas de motores Partida SOFTSTARTER ECONOMIA DE ENERGIA A maioria dos softstarters modernos têm um circuito de economia de energia Essa facilidade reduz a tensão aplicada para motores a vazio diminuindo as perdas no entreferro que são a maior parcela de perda nos motores com baixas cargas Uma economia significante pode ser experimentada para motores que operam com cargas de até 50 da potência do motor BOMBAS E VENTILADORES Os ventiladores assim como as bombas exigem um torque proporcional à velocidade porém também têm grande inércia Geralmente o limite de corrente é utilizado para estender o tempo de rampa enquanto a inércia é vencida 21 Partidas de motores Tempo Corrente A Partida direta Partida Y Partida SoftStarter Corrente nominal 22 Partidas de motores Partida com INVERSOR DE FREQUÊNCIA Dispositivo eletrônico que transforma energia elétrica CA fixa tensão e frequência em energia elétrica CA variável controlando a potência consumida pela carga através da variação da frequência Vantagens de se usar inversores Substituição de variadores mecânicos Automatização e flexibilização dos processos fabris Comunicação avançada e aquisição de dados Eliminação de elementos de partida pesada e complicada Instalação mais simples Aumento da vida útil do maquinário Evita choques mecânicos trancos na partida Redução do nível de ruído Excelente regulação de pressão e vazão em sistemas de bombeamento Economia de energia demanda e consumo 23 Partidas de motores Partida com INVERSOR DE FREQUÊNCIA Exemplo de uso Sistemas de bombeamento de água de grande porte 24 Eficiência energética em sistemas de bombeamento 25 Distribuição por setor do consumo energético total no Brasil MME 2013 Distribuição do consumo energético do setor industrial no Brasil MME 2013 26 Distribuição do consumo de energia elétrica na força motriz Eficiência energética em sistemas de bombeamento 27 Barreiras para Realização de Trabalhos de Eficiência Energética Carência de empresas e profissionais especializados Falta de fiscalização na fabricação de equipamentos eficientes Cultura do desperdício Falta de preocupação com o meio ambiente Difícil visualização do retorno do investimento financeiro Eficiência energética em sistemas de bombeamento 28 Eficiência Energética no acionamento de sistemas motrizes Dimensionamento Método de partida Manutenção Eficiência energética em sistemas de bombeamento Eficiência energética em motores 29 Análise de consumo de energia em motores Rendimento O motor elétrico é um conversor eletromecânico ou seja tem como finalidade transformar energia elétrica em mecânica Como em qualquer processo de transformação perdas ocorrem por motivos diversos Para motores de corrente alternada de gaiola as perdas podem ser dissociadas em Perdas Joule geradas pelo enrolamento do estator Perdas Joule geradas pelo rotor Perdas no ferro Perdas mecânicas mancais de deslizamento rolamentos ventilação etc Perdas adicionais harmônicas Eficiência energética em motores 30 Rendimento do motor OBS Dessa maneira percebese a importância do valor do rendimento para a análise de consumo de energia elétrica Devese atentar no entanto que esse valor pode variar conforme algumas características Eficiência energética em motores 31 Data de Fabricação dos Motores Eficiência energética em motores 32 Rebobinamento do Enrolamento Estatórico Quantas vezes o motor elétrico pode ser rebobinado O quanto de rendimento se perde após este procedimento O rendimento dos motores pode cair de 1 a 5 após um rebobinamento Casos de queima do motor Caso a temperatura atingida pelo motor durante a queima for elevada o suficientemente para alterar as características magnéticas da chapa aumentando as perdas no ferro Queimas que danifiquem as chapas magnéticas estator eou rotor como por exemplo um curto para a massa que geram pontos de sobreaquecimento no motor em alguns casos a chapa se funde formando uma cavidade no pacote provocando além da perda de rendimento uma redução da vida útil Eficiência energética em motores 33 Casos de queima do motor Eficiência energética em motores 34 Casos de queima do motor Eficiência energética em motores 35 Carregamento dos Motores Um ponto importante nesta análise é saber qual potência de fato a aplicação exige pois o valor do rendimento em motores elétricos varia exponencialmente de acordo com a mesma 36 Análise do Carregamento a Partir da Corrente de Operação A maneira mais confiável de análise de carga de motores é através da corrente de trabalho comparandoa com os dados de fabricação dos equipamentos Eficiência energética em motores 37 Exemplo de como os valores de carregamento e rendimento de um motor podem ser adquiridos através da corrente de trabalho Potência 100 CV 4 pólos Fabricante WEG Data de fabricação 01072008 Linha de produto Alto Rendimento Plus Correntes de trabalho 615A httpswwwwegnetcatalogwegBRptMotores ElC3A9tricosTrifC3A1sicoBaixa TensC3A3oUsoGeralW22W22IR4Super PremiumcBRMT3PHASELVTEFCW22IR4h396c2 c36 Eficiência energética em motores 38 Influência do Regime de Operação dos Equipamentos Análise in loco para o conhecimento das variações das cargas e outras particularidades dos processos não conhecidos O melhor recurso é usar um analisador de energia Eficiência energética em motores 39 Consumo de Energia Com os dados de percentual de carga e rendimento dos motores usase a equação abaixo para determinar o consumo de energia Energia 𝑘𝑊ℎ 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑃 𝑐𝑣 0736 𝐻𝑜𝑝 𝐷𝑜𝑝 𝜂 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 Eficiência energética em motores 40 Consumo de Energia em kWhano A partir do percentual de carga verificado para os motores atuais é possível simular o consumo com a substituição destes por outros com melhores rendimentos desde que se tenham suas curvas de carga Da diferença entre os consumos obtémse a economia de energia em kWh no período desejado 𝑘𝑊ℎ𝑒𝑐 𝑘𝑊ℎ𝑎𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑘𝑊ℎ𝑝𝑟𝑒𝑣𝑖𝑠𝑡𝑜 Eficiência energética em motores 41 Motores Sobredimensionados Diminuição do rendimento Diminuição do fator de potência DESPERDÍCIO DE ENERGIA Fator de carga médio Eficiência energética em motores 42 ANÁLISE ECONÔMICA Realizada a análise da viabilidade técnica da aplicação de ações para redução no consumo de energia elétrica a determinação do tempo de retorno de investimento RI permitirá avaliar se o investimento será viável conforme a política da empresa Uma forma simples de cálculo se dá pela equação O valor economizado será a diferença de consumo entre os motores onde o estudo foi focado e suas alternativas propostas Após o período estimado do RI entendese que a economia mensal de energia pode ser considerada como redução de custo com energia perpetuado indefinidamente 𝑅𝐼 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑑𝑜 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝑒𝑐𝑜𝑛𝑜𝑚𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 anos MACINTYRE A J Bombas e Instalações de Bombeamento Rio de Janeiro Guanabara Dois 1980 CREDER H Instalações elétricas 16 Rio de Janeiro LTC 2016 UMANS S D Máquinas elétricas de Fitzgerald e Kingsley 7 Porto Alegre AMGH 2014 ELETROTÉCNICA Vol 1 Eurico G de Castro Neves e Rubi Münchow BOYLESTAD Robert L Introdução à análise de circuitos 12 ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2012 959 p ISBN 9788564574205 REFERÊNCIA 43