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SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL CIVIT I
I SEMINÁRIO DE MANUTENÇÃO ELÉTRICA INDUSTRIAL
Seminário de manutenção elétrica industrial Apresentado pela turma de eletrotécnica IV Do ano de 2013 e ministrada pelo professor
Wesley Aryon Rogério sobre Termografia, Análise preditiva das propriedades físico-químicas dos óleos isolantes
Dos transformadores, Manutenção em Motores. De Corrente Contínua e Corrente Alternada
E cabos elétricos de média tensão.
SERRA
2013
2
SUMÁRIO
1 – TERMOGRAFIA: ........................................................................................................................... 7
1.1 – INTRODUÇÃO: ..................................................................................................................... 7
1.2 – DEFINIÇÃO DE TERMOGRAFIA: ....................................................................................... 7
1.3 - HISTÓRIA DA TERMOGRAFIA:........................................................................................... 7
1.4 - PRINCÍPIO DA TERMOGRAFIA: ......................................................................................... 9
1.4.1 – TEMPERATURA: .......................................................................................................... 9
1.4.2 – CALOR: ........................................................................................................................ 10
1.4.2.1 – CONVECÇÃO: ......................................................................................................... 10
1.4.2.2 – RADIAÇÃO: .............................................................................................................. 10
1.4.3 - ESCALA MONOCROMÁTICA: ................................................................................... 10
1.4.4 – ESCALA POLICROMÁTICA:...................................................................................... 10
1.5 - PROCEDIMENTOS DE ANÁLISE POR TERMOGRAFIA: ............................................... 10
1.5.1 – OBJETIVO: .................................................................................................................. 11
1.5.2 – PROCEDIMENTO: ...................................................................................................... 11
1.5.3 – OBSERVAÇÃO: .......................................................................................................... 11
1.6 – APLICAÇÕES DA TERMOGRAFIA: ................................................................................. 11
1.6.1 – SUBESTAÇÕES: ........................................................................................................ 11
1.6.2 – MÁQUINAS ELÉTRICAS:........................................................................................... 11
1.6.3 – CONJUNTOS ROTATIVOS: ...................................................................................... 12
1.6.4 - SISTEMAS MECÂNICOS:........................................................................................... 13
1.6.5 – INSTALAÇÕES ELÉTRICAS: .................................................................................... 13
1.7 - VANTAGENS DA MANUTENÇÃO PREDITIVA TERMOGRÁFICA: ............................... 14
1.7.1 – EXCELENTE RELAÇÃO CUSTO X BENEFÍCIO: .................................................... 14
1.7.2 – SEM INTERFERÊNCIA NO PROCESSO PRODUTIVO: ........................................ 14
1.7.3 – SEGURANÇA: ............................................................................................................. 15
1.7.4 – RAPIDEZ: .................................................................................................................... 15
1.8 – CONCLUSÃO: ..................................................................................................................... 15
1.9 - REFERÊNCIAS: ................................................................................................................... 15
2 – MANUTENÇÃO EM MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA .............................................. 15
2.1 – INTRODUÇÃO: ................................................................................................................... 15
2.2 – CONCEITO DE MANUTENÇÃO NA MÁQUINA C.C: ...................................................... 16
2.2.1 – TIPOS DE MANUTENÇÃO: ....................................................................................... 16
2.2.1.1 – MANUTENÇÃO CORRETIVA: ................................................................................ 16
2.2.1.2 – MANUTENÇÃO PREVENTIVA: .............................................................................. 17
2.2.1.3 – MANUTENÇÃO PREDITIVA: .................................................................................. 17
2.3 – PARTES CONSTRUTIVAS DE UMA MÁQUINA C.C ...................................................... 17
2.3.1 – EIXO DA ARMADURA: ............................................................................................... 18
2.3.2 – NÚCLEO DA ARMADURA: ........................................................................................ 18
2.3.3 – ENROLAMENTO AS ARMADURA: ........................................................................... 18
2.3.4 - COMUTADOR: ............................................................................................................. 18
2.3.5 - ENROLAMENTOS DE CAMPO: ................................................................................. 18
2.3.6 - CONJUNTO DE ESCOVAS E PORTA ESCOVAS: .................................................. 18
2.3.7 – INTERPOLO: ............................................................................................................... 18
2.4 – POSSÍVEIS PROBLEMAS COM A MAQUINA C.C.......................................................... 18
2.4.1 – VISÃO: ......................................................................................................................... 18
2.4.2 – AUDIÇÃO: .................................................................................................................... 19
3
2.4.3 – OLFATO: ...................................................................................................................... 19
2.4.4 – TATO: ........................................................................................................................... 19
2.5 – INSPEÇÕES E LIMPEZA NOS COMPONENTES DA MÁQUINA C.C: .......................... 19
2.5.1 – INSPEÇÕES NO ENROLAMENTO E PÓLOS: ........................................................ 19
2.5.2 – LIMPEZA NOS COMPARTIMENTOS DAS ESCOVAS E ESCOVAS: ................... 20
2.5.3 – COMUTADOR: ............................................................................................................ 20
2.5.4 – MANUTENÇÃO DOS MANCAIS: .............................................................................. 20
2.5.5 – AJUSTE DA ZONA NEUTRA ..................................................................................... 21
2.5.5.1 – AJUSTE GROSSO:.................................................................................................. 21
2.5.5.2 – AJUSTE FINO: ......................................................................................................... 21
2.5.6 – MANUTENÇÃO DO SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO: ............................................ 21
2.5.7 – MOTOR FORA DE OPERAÇÃO: .............................................................................. 21
2.5.8 – LUBRIFICAÇÃO: ......................................................................................................... 21
2.6 – CONCLUSÃO: ..................................................................................................................... 22
2.7 – REFERENCIAS: .................................................................................................................. 22
3 – ANÁLISE PREDITIVA DAS PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS ÓLEOS
ISOLANTES DOS TRANSFORMADORES: ................................................................................... 22
3.1 – INTRODUÇÃO: ................................................................................................................... 22
3.2 – FUNÇÕES DOS ÓLEOS ISOLANTES: ............................................................................. 22
3.3 – ÓLEO MINERAL COMO ÓLEO ISOLANTE: .................................................................... 23
3.4 – ENSAIOS DE ANÁLISE DAS CONDIÇÕES DO ISOLANTE RELACIONANDO-OS AS
PREVISTAS FALHAS:................................................................................................................. 23
3.4.1 – PRESENÇA DE GASES: ............................................................................................ 23
3.4.1.1 – DIAGNÓSTICOS: ..................................................................................................... 24
3.4.1.1.1 – ARCO ELÉTRICO: ................................................................................................ 24
3.4.1.1.2 – DESCARGAS PARCIAIS: .................................................................................... 24
3.4.1.1.3 – ÓLEO SUPERAQUECIDO: .................................................................................. 24
3.4.1.1.4 – CELULOSE SUPERAQUECIDA: ........................................................................ 24
3.4.1.1.5 – ELETRÓLISE: ....................................................................................................... 24
3.4.2 – FATOR DE POTÊNCIA: ............................................................................................. 25
3.4.3 – COR E APARÊNCIA: .................................................................................................. 25
3.4.4 – TEOR DE ÁGUA: ........................................................................................................ 25
3.4.5 – RIGIDEZ DIELÉTRICA: .............................................................................................. 25
3.4.6 – TENSÃO INTERFACIAL: ............................................................................................ 26
3.4.7- ÍNDICE DE NEUTRALIZAÇÃO: ................................................................................... 26
3.4.8 – VISCOSIDADE: ........................................................................................................... 27
3.4.9 – PONTO DE FULGOR: ................................................................................................ 27
3.4.10 – PONTO DE ANILINA: ............................................................................................... 27
3.4.11 – PONTO DE FLUIDEZ: .............................................................................................. 27
3.4.12 – DENSIDADE: ............................................................................................................. 27 3.5 – CAUSAS E CONSEQUÊNCIAS DAS PERDAS DE PROPRIEDADES DOS ÓLEOS
ISOLANTES:................................................................................................................................. 29
3.6 – PROCEDIMENTOS PARA COLETA DE AMOSTRAS DO ÓLEO ISOLANTE DOS
TRANSFORMADORES ............................................................................................................... 30
3.6.1 – COLETA DE AMOSTRAS – MATERIAIS PARA COLETA: ......................................... 31
3.6.2 – COLETA DE AMOSTRAS – MATERIAIS NÃO PERMITIDOS PARA COLETA: ... 31 3.6.3 – COLETA DE AMOSTRAS – UTILIZAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS PARA
COLETAS DE AMOSTRAS FÍSICO-QUÍMICAS:.................................................................. 31
4
3.6.4 – COLETA DE AMOSTRAS – UTILIZAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS PARA
COLETA DE AMOSTRAS CROMATOGRAFIA GASOSA: .................................................. 31
3.7 – MÉTODOS DE TRATAMENTO DO ÓLEO ISOLANTE: .................................................. 32
3.7.1 – TRATAMENTO DO ÓLEO ISOLANTE: ..................................................................... 32
3.7.2 – MÉTODOS DE RECONDICIONAMENTO DO ÓLEO: ............................................. 32
3.7.2.1 – FILTRAÇÃO: ............................................................................................................ 32
3.7.2.2 – CENTRIFUGAÇÃO: ................................................................................................. 33
3.7.2.3 – DESIDRATADORES A VÁCUO: ............................................................................ 33
3.7.3 – MÉTODOS DE RECUPERAÇÃO DO ÓLEO: ........................................................... 33
3.7.3.1 – ÁCIDO SULFÚRICO: ............................................................................................... 33
3.7.3.2 – PROCESSO DE TRIOSFATO DE SÓDIO E TERRA FÚLER ATIVADA: ........... 33
3.7.3.3 – PROCESSO DO CARVÃO ATIVADO E SILICATO DE SÓDIO: ......................... 33
3.7.3.4 – PROCESSO DE PERCOLAÇÃO:........................................................................... 34
3.7.3.5 – PROCESSO DE CONTATO: .................................................................................. 34
3.7.4 – INIBIDORES: ............................................................................................................... 34
3.8 – CONCLUSÃO: ..................................................................................................................... 34
3.9 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:................................................................................. 35
4 – MANUTENÇÃO EM MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA: ......................................... 35
4.1 – INTRODUÇÃO: ................................................................................................................... 35
4.2 – MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA: ..................................................................... 35
4.2.1 - CONSTITUIÇÃO DO MOTOR DE INDUÇÃO: .......................................................... 36
4.2.1.1 - CIRCUITO MAGNÉTICO ESTÁTICO: .................................................................... 36
4.2.1.2 - BOBINAS: .................................................................................................................. 36
4.2.1.3 - ROTOR: ..................................................................................................................... 36
4.3 – MOTOR MONOFÁSICO ASSÍNCRONO: .......................................................................... 37
4.3.1 – MOTOR DE PÓLOS SOMBREADOS (OU SHADED POLE): ................................. 38
4.3.2 – MOTOR DE FASE DIVIDIDA (OU SPLIT PHASE): ................................................. 38
4.3.3 – MOTOR DE CAPACITOR DE PARTIDA (OU CAPACITOR START): .................... 39
4.3.4 – MOTOR DE CAPACITOR PERMANENTE (OU PERMANENT SPLIT
CAPACITOR): .......................................................................................................................... 40
4.3.5 – MOTOR COM DOIS CAPACITORES (OU TWO VALUE CAPACITOR): ............... 40
4.3.6 – MOTOR MONOFÁSICO COM DOIS TERMINAIS: .................................................. 40
4.3.7 – MOTOR MONOFÁSICO COM QUATRO TERMINAIS: ........................................... 40
4.3.8 – MOTOR MONOFÁSICO COM SEIS TERMINAIS .................................................... 41
4.3.9 – DESVANTAGENS DO MOTOR DE INDUÇÃO MONOFÁSICO: ............................ 42
4.3.10 – LIGAÇÃO DE MOTORES MONOFÁSICOS À REDE DE ALIMENTAÇÃO: ........ 42
4.3.11 – MANUTENÇÃO DO MOTOR DE INDUÇÃO MONOFÁSICO: .............................. 43
4.3.11.1 – TROCA DOS ROLAMENTOS:.............................................................................. 43
4.3.11.2 – TROCA DOS CAPACITORES: ............................................................................. 43
4.3.11.2 - TROCA DO CENTRÍFUGO: .................................................................................. 44
4.3.11.2.1 - CARACTERÍSTICAS: .......................................................................................... 44
4.3.11.3 – PLATINADO: .......................................................................................................... 44
4.3.11.3.1 – CARACTERÍSTICAS: ......................................................................................... 44
4.3.11.3.2 - MANUTENÇÃO: .................................................................................................. 44
4.4 - MOTOR UNIVERSAL: ......................................................................................................... 46
4.4.1 – CONSTRUÇÃO DE ESTATOR LAMINADO: ............................................................ 47
4.4.2 – TENSÃO REATIVA: .................................................................................................... 47
4.4.3 – EFEITO DA SATURAÇÃO: ........................................................................................ 47
4.4.4 – COMUTAÇÃO E VIDA ÚTIL DAS ESCOVAS: ......................................................... 47
5
4.5 - MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICA – MIT: ........................................................................ 47
4.5.1 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO:.......................................................................... 48
4.5.2 - PARTES CONSTRUTIVAS: ........................................................................................ 48
4.5.2.1 - ESTATOR: ................................................................................................................. 49
4.5.2.1.1 – CARCAÇA: ............................................................................................................ 49
4.5.2.1.2 – NÚCLEO DE CHAPAS: ........................................................................................ 49
4.5.2.1.3 – ENROLAMENTO TRIFÁSICO: ............................................................................ 49
4.5.2.2 - ROTOR: ..................................................................................................................... 49
4.5.2.2.1 – EIXO: ..................................................................................................................... 49
4.5.2.2.2 – NÚCLEO DE CHAPAS: ........................................................................................ 49
4.5.2.2.3 - BARRAS E ANÉIS DE CURTO-CIRCUITO: ....................................................... 49
4.5.2.2.4 - TIPOS DE ROTORES: .......................................................................................... 49
4.5.2.2.4.1 – ROTOR BOBINADO: ......................................................................................... 49
4.5.2.2.4.2 – ROTOR GAIOLA DE ESQUILO: ...................................................................... 49
4.6 - MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICA ASSÍNCRONO: ........................................................ 50
4.6.1 - MOTORES DE INDUÇÃO TIPO GAIOLA: ................................................................. 50
4.6.2 - ROTOR BOBINADO (OU DE ANÉIS): ....................................................................... 51
4.7 – MANUTENÇÃO: .................................................................................................................. 51
4.7.1 – CARREGAMENTO CONVENIENTE DOS MOTORES:........................................... 52
4.7.2 – RENDIMENTO: ........................................................................................................... 53
4.7.2.1 - IMPORTÂNCIA DO RENDIMENTO: ....................................................................... 53
4.7.3 – VENTILAÇÃO ADEQUADA:....................................................................................... 53
4.7.4 - CONTROLE DA TEMPERATURA AMBIENTE: ........................................................ 54
4.7.5 - CUIDADO COM AS VARIAÇÕES DE TENSÃO: ...................................................... 54
4.7.6 - OPERAÇÃO COM PARTIDAS E PARADAS BEM EQUILIBRADAS: ..................... 54
4.7.7 – PARTIDAS MUITO FREQÜENTES: .......................................................................... 54
4.7.8 – DEGRADAÇÃO DOS ISOLANTES TÉRMICOS: ..................................................... 55
4.7.9 – FIXAÇÃO CORRETA DOS MOTORES E ELIMINAÇÃO DE VIBRAÇÕES: .......... 55
4.8 - TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO OFF-LINE: ...................................................................... 56
4.8.1 – TESTE DE ALTO-POTÊNICAL: ................................................................................. 56
4.8.2 – TESTE DE ISOLAMENTO: ........................................................................................ 57
4.8.3 - TESTE DE RESISTÊNCIA: ......................................................................................... 57
4.8.4 - ANÁLISE DO CIRCUITO DO MOTOR (MCA): .......................................................... 58
4.9 – TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO ON-LINE: ....................................................................... 58
4.9.1 - ANÁLISE DE VIBRAÇÃO: ........................................................................................... 58
4.9.2 – ANÁLISE TERMOGRÁFICA: ..................................................................................... 59
4.9.3 – ANÁLISE ACÚSTICA: ................................................................................................. 59
4.9.4 – ANÁLISE DE ASSINATURA ELÉTRICA (ESA):....................................................... 59
4.9.5 - ANÁLISE DE FLUXO MAGNÉTICO (BARRAS QUEBRADAS): .............................. 60
4.9.5.1 – ROTOR: .................................................................................................................... 61
4.9.5.1.1 - BARRAS QUEBRADAS: ....................................................................................... 61
4.9.5.1.2 – EXCENTRICIDADE DO ENTREFERRO: ........................................................... 62
4.9.5.2 – ESTATOR: ................................................................................................................ 62
4.9.5.3 - MANCAL DE ROLAMENTO: ................................................................................... 63
4.9.5.4 - CASO REAL: A EXPERIÊNCIA DA PETROBRAS ................................................ 63
4.9.5.4.1 - CONCLUSÃO DA ANÁLISE: ................................................................................ 64
4.10 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: ........................................................................... 65
5 – CABOS ELÉTRICOS DE MÉDIA TENSÃO; MEDIDAS PREDITIVAS; ISOLAMENTO E
DIAGNOSE: ....................................................................................................................................... 65
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5.1 – INTRODUÇÃO: ................................................................................................................... 65
5.2 – CABOS DE MÉDIA TENSÃO: ............................................................................................ 66
5.3 – ISOLAMENTO DE CABOS DE MÉDIA TENSÃO: ........................................................... 66
5.3.1 – MATERIAIS SÓLIDOS:............................................................................................... 67
5.3.2 – MATERIAIS ESTRATIFICADOS:............................................................................... 67
5.3.3 – HISTÓRICO: ................................................................................................................ 67
5.3.4 – PARA QUE SERVE A ISOLAÇÃO? .......................................................................... 68
5.3.5 – PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS ISOLAÇÕES SÓLIDAS:.......................... 68
5.3.5.1 – CLORETO DE POLIVINILA (PVC): ........................................................................ 68
5.3.5.2 – BORRACHA ETILENO-PROPILENO (EPR): ........................................................ 68
5.3.6 – O DIMENSIONAMENTO DOS CABOS EM FUNÇÃO DA ISOLAÇÃO: ................. 68
5.3.6.1 – A TENSÃO ELÉTRICA: ........................................................................................... 69
5.3.6.2 – A CORRENTE ELÉTRICA: ..................................................................................... 69
5.3.6.3 – TEMPERATURA EM REGIME PERMANENTE: ................................................... 69
5.3.6.4 – TEMPERATURA EM REGIME DE SOBRECARGA: ............................................ 69
5.3.6.5 – TEMPERATURA EM REGIME DE CURTO-CIRCUITO: ...................................... 69
5.3.6.6 – ESPECIFICAÇÃO DE ISOLAMENTO: ................................................................... 70
5.4 – INSPEÇÃO DE ISOLAMENTO: ......................................................................................... 70
5.5 – DIAGNÓSTICO DE CABOS DE MÉDIA TENSÃO: .......................................................... 70
5.5.1 – TEMPERATURA: ........................................................................................................ 70
5.5.2 – ERROS DE INSTALAÇÃO: ........................................................................................ 71
5.5.3 – FENÔMENO DA ARBORESCÊNCIA: ....................................................................... 71
5.6 – MÉTODOS E INDICADORES DE ESTADO:..................................................................... 71
5.6.1 - MÉTODOS DIAGNÓSTICOS OFF-LINE: .................................................................. 71
5.6.1.1 - MÉTODO DA CORRENTE CONTINUA DE FUGA:............................................... 71
5.6.1.2 - MÉTODO DA TENSÃO RESIDUAL: ....................................................................... 72
5.6.2 - MÉTODOS DIAGNÓSTICOS ON-LINE: .................................................................... 73
5.6.2.1 - ANALISE DA PERDA DIELÉTRICA (MEDIÇÃO DA ): ................................... 73
5.6.2.2 – MÉTODO DA MEDIÇÃO DA RESISTÊNCIA DE ISOLAÇÃO: ............................. 74
5.7 – DIMENSIONAMENTO DE CABOS DE MÉDIA TENSÃO: ............................................... 75
5.8 – CONCLUSÃO: ..................................................................................................................... 75
5.9 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:................................................................................. 75
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1 – TERMOGRAFIA:
1.1 – INTRODUÇÃO:
Hoje em dia, vem se procurando formas de reduzir as falhas e os defeitos nos equipamentos da indústria em geral. A técnica termográfica permite detectar o aumento de temperatura nos equipamentos e dispositivos elétricos e mecânicos, evitando falhas e possíveis defeitos que podem levar a perda do equipamento ou do dispositivo elétrico ou mecânico.
1.2 – DEFINIÇÃO DE TERMOGRAFIA:
A termografia (do grego θέρμη therme, significando calor; e γραφία grafia, escrita) é uma técnica de manutenção preditiva que permite mapear um corpo ou uma região com o intento de distinguir áreas de diferentes temperaturas, sendo, portanto uma técnica que permite a visualização artificial da luz dentro do espectro infravermelho. As vibrações de campos elétricos e magnéticos que se propagam no espaço a velocidade da luz de forma mutuamente sustentada dá origem às ondas eletromagnéticas, e o conjunto de ondas eletromagnéticas de todas as frequências formam o espectro eletromagnético. O infravermelho corresponde a uma faixa frequência eletromagnética naturalmente emitida por qualquer corpo à temperatura próxima à do ambiente (22ºC), com intensidade proporcional à quarta potência de sua temperatura. A emissão de ondas eletromagnéticas pelos corpos aquecidos é estudada na Física mediante o que se denomina por radiação de corpo negro, sendo essa descrita pela Lei de Planck. O estudo da radiação térmica de corpos negros apresenta-se na história da Física como o principal fenômeno que levou ao desenvolvimento da mecânica quântica.
1.3 - HISTÓRIA DA TERMOGRAFIA:
Nos tempos mais remotos da história os antigos filósofos e médicos gregos de que tanto ouvimos falar hoje em dia (Platão, Aristóteles, Hipócrates e Galeno) fascinaram-se com o reconhecimento da relação entre o calor e a vida. A origem do calor humano não era sequer questionada. Por outro lado, os antigos tentavam perceber os meios pelos quais o calor era libertado do corpo. A respiração era vista como um mecanismo óbvio de refrigeração, pois podia sentir-se a temperatura quente ou fria do ar expirado. Hipócrates verificou que existiam variações de temperatura em diferentes zonas do corpo humano considerando o aumento do calor humano em certa zona como principal diagnóstico de doença localizada. Hipócrates apercebia-se de zonas quentes pelo tato, obtendo a confirmação científica utilizando um método de cobertura de lama observando qual a zona onde a lama endurecia primeiro. Esta foi à técnica que fez nascer a Termografia.
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Os antigos conceitos de calor corporal foram retomados pela descoberta e desenvolvimento do primeiro termômetro de ar, em 1592, pelo astrônomo Galileu. Este instrumento rudimentar fornecia somente indicações de bruscas mudanças de temperatura, não havia escalas de medida e era influenciado pela pressão atmosférica. Boullian, em 1659, modificou o termômetro introduzindo mercúrio dentro de um tubo de vidro. Mais tarde, Fahrenheit, Celsius e Joule contribuíram com o desenvolvimento das escalas termométricas. A escala termométrica de Anders Celsius, conhecida como escala de graus Celsius, ganhou aceitação em França e Alemanha, enquanto que a escala de Fahrenheit permaneceu popular em Inglaterra e nos Estados Unidos. O termômetro não era utilizado regularmente para confirmar ou documentar a temperatura interna do corpo humano e caiu em esquecimento por cerca de 200 anos. Embora, a febre fosse muito discutida, durante o século XVIII, os médicos não analisavam regularmente a temperatura de seus pacientes, apesar da temperatura média normal já ter sido estabelecida na época por Bequerel e Brechet em 37º C. Portanto, as fontes de calor naturais e artificiais começavam a despertar algum interesse junto dos estudiosos, filósofos e investigadores. A Termografia é uma técnica que surge bastante mais tarde, mas que tem em conta toda a investigação realizada pelos antigos (ainda que realizada com fins medicinais). Em 1884, Boltzmann mostrou como a lei empírica do corpo negro de Josef Stefan, formulada em 1879, poderia ser derivada dos princípios físicos termodinâmicos. Boltzmann chegou conclusivamente à seguinte fórmula:
Radiação = Temperatura4 x Constante
Consequentemente, Boltzmann foi chamado o pai da termografia infravermelha. Neste tipo de técnica, um pequeno processador dentro do aparelho usa esta fórmula para prever com precisão a temperatura do alvo. A primeira patente de um pirômetro óptico surge 15 anos mais tarde, em 1899, por parte de Morse (Figura 1). Holborn e Kurlbaum, aparentemente sem saber da sua existência, desenvolveram um aparelho similar dois anos mais tarde, em 1901.
FIGURA 1 - PRIMEIRO PIRÓMETRO ÓPTICO (MORSE)
Em 1913, L. Bellingham apresentou um método para detectar a presença de icebergs e navios a vapor usando um espelho e uma termopilha. O seu termômetro de IV apresenta melhorias em relação ao pirômetro óptico porque
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com ele era possível
detectar objeto com temperatura inferior à temperatura
ambiente (Figura 2).
FIGURA 2 - TERMÓMETRO DE INFRAVERMELHOS (L. BELLINGHAM)
A evolução de aparelhos de detecção de temperatura em objetos foi surgindo ao longo do século XIX, em que foram desenvolvidos Termômetros de Infravermelho de curto alcance utilizando termopilhas, termopilhas em miniatura, e cristais termoelétricos como sensores de infravermelhos. Esta evolução permitiu o desenvolvimento da atual câmara termográfica (Figura 3), que já sofreu inúmeras alterações desde a sua versão original. A evolução tecnológica deu-se neste aparelho com o sentido de minimizar o tamanho dos componentes, tornando-o numa ferramenta mais fácil de utilizar (com mais características, opções e informações obtidas).
FIGURA 3 - CÂMARAS TERMOGRÁFICAS GUIDE THERMOPRO TP8 E TP8S
1.4 - PRINCÍPIO DA TERMOGRAFIA:
Termografia é a técnica que estende a visão humana através do espectro infravermelho. O infravermelho é uma frequência eletromagnética naturalmente emitida por qualquer corpo, com intensidade proporcional a sua temperatura. São, portanto, emissões de infravermelho através de uma tela de TV, produzindo imagens técnicas chamadas de TERMOGRAMAS, que, em resumo, permitem a visualização da distribuição de calor na região focalizada. Assim, através do termovisor, fica extremamente fácil a localização de regiões quentes ou frias, através da interpretação dos termogramas que fornecem imagens, em faixas de temperatura que podem cobrir de –40 a 1500 ºC. 1.4.1 – TEMPERATURA: a variável temperatura é definida como a medida da
energia cinética média dos átomos ou moléculas de uma substância dada em graus centígrados, kelvin ou fahrenheit.
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1.4.2 – CALOR: os mecanismos básicos de transmissão de calor são: Condução: é a transferência de energia entre partes próximas de um sólido em consequência da existência de um gradiente térmico no mesmo. Na condução o calor se transfere a camadas sucessivas do material através da difusão da energia cinética média das moléculas. Essa energia é maior nas regiões mais quentes e menores nas mais frias. A condutibilidade térmica é o parâmetro que determina a maior ou menor capacidade de um material conduzir calor. 1.4.2.1 – CONVECÇÃO: É um processo de transmissão de calor por condução de massa, característico dos fluidos. O calor é transferido de uma região para outra devido a variações de densidade decorrentes da presença de gradientes térmicos. A convecção pode ser natural ou forçada. Neste último caso, quando estimulada pela ação do vento, de um ventilador ou de uma bomba. 1.4.2.2 – RADIAÇÃO: É a transferência de calor através de ondas eletromagnéticas. Todos os corpos emitem naturalmente radiação eletromagnética em função da temperatura absoluta segundo a lei de Stefan-Boltzmann. Pela radiação os corpos podem trocar calor sem qualquer contato físico, mesmo no vácuo. A maior ou menor capacidade do corpo em emitir radiação eletromagnética é dada pela sua emissividade. 1.4.3 - ESCALA MONOCROMÁTICA: A escala monocromática vai do preto ao
branco através de suaves variações de tonalidades de cinza (FIGURA 6). É o tipo de escala usada nos termovisores AGEMA da série 400 e é conhecida como escala Grey. 1.4.4 – ESCALA POLICROMÁTICA: A escala policromática vai do preto ao branco através de suaves variações de tonalidades de cores, que dependem da escala usada (FIGURA 7). Em nosso caso usamos a escala IRON, que vai do preto ao branco através de tonalidades de violeta, azul, rosa, vermelho, laranja e amarelo.
FIGURA 4 – IMAGEM MONOCROMATICA FIGURA 5 – IMAGEM POLICROMATICA
1.5 - PROCEDIMENTOS DE ANÁLISE POR TERMOGRAFIA:
18,4°C
41,3°C
20
25
30
35
40
18,4°C
41,3°C
20
25
30
35
40
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1.5.1 – OBJETIVO: Este procedimento tem como objetivo a definição do
processo de inspeção por análise termográfica de equipamentos elétricos e mecânicos. 1.5.2 – PROCEDIMENTO: As inspeções são realizadas por um técnico da
equipe da manutenção ou inspeção preditiva, devidamente qualificado. É utilizado um equipamento de detecção e medição por radiação infravermelha, seguindo um protocolo pré-estabelecido, com uma periodicidade definida para o equipamento específico. 1.5.3 – OBSERVAÇÃO: Caso sejam detectadas anomalias consideradas
graves, o responsável deverá tomar as providencias necessárias para providenciar a manutenção ou a troca do equipamento.
1.6 – APLICAÇÕES DA TERMOGRAFIA:
1.6.1 – SUBESTAÇÕES:
A temperatura é a principal variável detectável no processo de falha em uma instalação elétrica, e por isso é onde está concentrada a maior aplicação da termografia na indústria. Uma boa inspeção termográfica em instalações elétricas identificará problemas causados pelas relações corrente/resistência, normalmente provocados por conexões oxidadas, frouxas ou por falha do componente em si. Além disso, também podemos detectar falhas na montagem, erros no projeto ou falta de manutenção preditiva, que podem ocasionar sobreaquecimentos nos sistemas elétricos.
FIGURA 6 – IMAGEM TERMOGRAFICA EM POSTE DE TRANSMISSÃO
1.6.2 – MÁQUINAS ELÉTRICAS:
Nos motores, transformadores e geradores, a aplicação da termografia deve ser utilizada de forma correlacionada com outras técnicas. Para o diagnóstico de falhas potenciais através de inspeção termográfica nesses equipamentos, devemos considerar que tais máquinas quando em serviço dissipam parte de sua energia em forma de calor. Fazendo assim, a utilização da termografia um pouco limitada, nesses casos, a falhas de curtos-circuitos parciais, falha parcial de isolação ou falha na refrigeração.
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FIGURA 7 – IMAGEM TERMOGRÁFICA DE UM MOTOR ELÉTRICO
1.6.3 – CONJUNTOS ROTATIVOS:
As inspeções em equipamentos rotativos, utilizando a termografia infravermelha aplicam-se em todo e qualquer equipamento cuja temperatura é uma variável mensurável num processo de análise de falha. Essa aplicação parte do princípio de equilíbrio dinâmico e térmico dos conjuntos de peças girantes e fixas, e é explicada pelas leis da mecânica de fluidos e de transmissão de calor. O aquecimento normal resultante do funcionamento de um equipamento rotativo é função da pressão de trabalho, da velocidade de deslizamento, do coeficiente de atrito das superfícies e da viscosidade do lubrificante. O calor assim gerado é dissipado pelos processos de condução, convecção e radiação. Dessa forma, numa condição normal de funcionamento, o conjunto trabalha em equilíbrio térmico entre o calor gerado e o retirado. Caso haja desequilíbrio térmico ou um equilíbrio em níveis superiores ao de projeto, numa situação em que o sistema de refrigeração esteja normal, é possível, através de análises termográficas qualitativas e ou quantitativas, associar tal irregularidade a uma geração maior de calor, o que de forma geral, representa um provável problema. Como exemplo de aplicação, temos mancais, acoplamentos, polias, transportadores, roletes, bombas, ventiladores, compressores, etc.
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FIGURA 8 – IMAGEM TERMOGRAFICA DE UM ACOPLAMENTO DE MÁQUINAS
O valor agregado na aplicação da termografia em inspeções de equipamentos rotativos está basicamente na indicação instantânea, clara e exata da área com problemas. Outras técnicas de inspeções, tais como análise de vibração e ultrassom ou ferrografia devem ser utilizadas num processo integrado de análise por multiparâmetros, com o objetivo de se encontrar e/ou comprovar a causa do problema.
1.6.4 - SISTEMAS MECÂNICOS:
Todo processo produtivo é sustentado por sistemas mecânicos. O desgaste, problemas de lubrificação, atrito, vibração ou desalinhamento dos componentes desses sistemas provocam funcionamento ineficiente, o que aumenta a sua temperatura, projeta esse aumento em todo o sistema, até o seu colapso. Em um programa de manutenção preditiva, os sistemas mecânicos monitorados através da inspeção termográfica incluem rolamentos, motores, bombas e compressores. São itens mecânicos e de processos de inspeção termográfica: Mancais de rolamento ou de deslizamento, engrenamentos, alinhamento de máquinas, condição de lubrificação, sistemas hidráulicos (água ou óleo) caldeiras, refratários, fornos, trocadores de calor, câmaras frigoríficas, compressores, vasos separadores, tubulações, válvulas, linhas de vapor.
FIGURA 9 - EQUIPAMENTOS MECANICOS COM IMAGEM TERMOGRÁFICA
1.6.5 – INSTALAÇÕES ELÉTRICAS:
Aplica-se na detecção de componentes aquecidos em toda a rede elétrica, como: painéis elétricos de média e baixa tensão, linhas de transmissão, subestações, etc. O aquecimento poderá ocorrer devido à oxidação, mau contato ou desgaste em conexões ou mesmo sobrecarga no circuito. A
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detecção tardia ou a falta dela, provavelmente, resultará numa interrupção do processo produtivo. Figura 10 – PONTOS DE AQUECIMENTO DETECTADOS NAS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
EM GERAL
O período entre as inspeções normalmente é determinado levando em consideração as diversas situações possíveis de serem encontradas dentro da empresa. Como exemplo, devemos levar em conta a idade das instalações, poeira ou outro ambiente que possa ser agressivo aos equipamentos. Também devemos determinar a frequência ideal, quando as inspeções já vêm sendo feitas regularmente, tomando como base possíveis pontos críticos encontrados, podendo assim aumentar ou diminuir a periodicidade nas inspeções naquele ponto.
1.7 - VANTAGENS DA MANUTENÇÃO PREDITIVA TERMOGRÁFICA:
1.7.1 – EXCELENTE RELAÇÃO CUSTO X BENEFÍCIO:
O comparativo entre o custo de uma inspeção termográfica e a economia que ela proporciona é imensurável, considerando-se que, através de um programa periódico de inspeção termográfica, elimina-se a ocorrência de falhas imprevistas e a necessidade de paradas não programadas, sem contar a minimização da ocorrência de acidentes de prejuízos materiais e até humanos, e a economia alcançada através da eliminação de falhas que propiciam perdas de temperatura ou energia.
1.7.2 – SEM INTERFERÊNCIA NO PROCESSO PRODUTIVO:
Para apresentação de melhor resultado as inspeções são realizadas com os processos em plena atividade ou carga, não havendo assim a interrupção de qualquer procedimento ou interferência na produção durante a inspeção.
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1.7.3 – SEGURANÇA:
As medições são seguras, realizadas à distância, sem necessidade de contato físico do inspetor com a instalação.
1.7.4 – RAPIDEZ:
A inspeção termográfica é realizada com equipamentos portáteis tornando-se um processo rápido e de alto rendimento. A obtenção do resultado é instantânea, possibilitando intervenção imediata caso necessário.
1.8 – CONCLUSÃO:
Podemos concluir que a técnica de manutenção preditiva Termográfica, é uma técnica que surgiu há bastante tempo e hoje em dia tem ajudando bastante, pois esta técnica permite detectar o aumento de temperatura no interior dos equipamentos ou dispositivos elétricos ou mecânicos através da captação dos raios infravermelhos que são emitidos por esses esquipamentos ou dispositivos. Esta técnica oferece segurança ao termografista e ao equipamento. Com esta técnica é possivel prevenir falhas e evitar defeitos, que venham impactar na produção, e assim gerar danos de custo para a empresa.
1.9 - REFERÊNCIAS:
http://www.enciclopediavirtual.org/materia/Termografia http://www.ebah.com.br/content/ABAAAe2-YAL/termografia http://termografiabrasil.blogspot.com.br/p/o-que-e-termografia.html http://essentiaeditora.iff.edu.br/index.php/BolsistaDeValor/article/download/1801/979 http://www.essentiaeditora.iff.edu.br/index.php/BolsistaDeValor/article/download/2401/1290 http://www.thermoconsult.com.br/termografia-vantagens.html http://essentiaeditora.iff.edu.br/index.php/BolsistaDeValor/article/download/1811/989
2 – MANUTENÇÃO EM MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA
2.1 – INTRODUÇÃO:
A Manutenção industrial em geral percorreu um percurso muito longo até chegar à sua forma atual, no principio onde era utilizado o tipo de manutenção
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corretiva que era o modo de troca da peça do maquinário só quando o danificava, por falta de conhecimento e preparo dos profissionais. Mas foram surgindo técnicas de manutenção e planos de manutenção, isso com o advento das tecnologias e estudos criaram-se a manutenção preditiva e a preventiva. Ao longo deste trabalho veremos assuntos como: conceito de manutenção, tipos de manutenção, partes construtivas de uma máquina c.c., possíveis problemas e reparos.
2.2 – CONCEITO DE MANUTENÇÃO NA MÁQUINA C.C:
Medidas necessárias para a conservação ou permanência, de alguma coisa ou situação e ainda “Os cuidados técnicos indispensáveis ao funcionamento regular e permanente de motores e máquinas”. Entretanto, o mais comum é definir a manutenção como o conjunto de atividades e recursos aplicados aos sistemas e equipamentos, visando garantir a continuidade de sua função dentro de parâmetros de disponibilidade, de qualidade, de prazo, de custos e de vida útil adequado. Nesta definição, de grande abrangência, a manutenção é caracterizada como um processo. Um processo que deve iniciar antes da aquisição e que tem como principal função o prolongamento da vida útil do equipamento ou sistema.
2.2.1 – TIPOS DE MANUTENÇÃO:
Apesar de certas divergências quanto à classificação dos tipos de
manutenção. Para alguns autores existem seis tipos diferentes de manutenção:
Manutenção Corretiva não Planejada, Manutenção Corretiva Planejada,
Manutenção Preventiva, Manutenção Preditiva, Manutenção Detectiva e
Engenharia de Manutenção. Outros autores consideram que há apenas duas
categorias de manutenção - a Corretiva e a Preventiva – sendo os demais tipos
derivados dessas duas categorias principais.
2.2.1.1 – MANUTENÇÃO CORRETIVA:
A manutenção corretiva é o tipo de manutenção mais antiga e mais utilizada,
sendo empregada em qualquer empresa que possua itens físicos, qualquer que
seja o nível de planejamento de manutenção.
Segundo a Norma NBR 5462 (1994), manutenção corretiva é “a manutenção
efetuada após a ocorrência de uma pane, destinada a recolocar um item em
condições de executar uma função requerida”. Em suma: é toda manutenção
com a intenção de corrigir falhas em equipamentos, componentes, módulos ou
sistemas, visando restabelecer sua função.
Este tipo de manutenção, normalmente implica em custos altos, pois a falha
inesperada pode acarretar perdas de produção e queda de qualidade do
produto.
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As paralisações são quase sempre mais demoradas e a insegurança exige
estoques elevados de peças de reposição, com acréscimos nos custos de
manutenção.
2.2.1.2 – MANUTENÇÃO PREVENTIVA:
A essência da Manutenção Preventiva é a substituição de peças ou
componentes antes que atinjam a idade em que passam a ter risco de quebra.
A base científica da MP é o conhecimento estatístico da taxa de defeito das
peças, equipamentos ou sistemas ao longo do tempo. A Manutenção
Preventiva também é chamada de manutenção baseada em intervalos de
tempo. Ao contrario da Manutenção Corretiva a Manutenção Preventiva
procura evitar e prevenir antes que a falha efetivamente ocorra. A definição da
NBR 5462 (1994) para a Manutenção Preventiva é “manutenção efetuada em
intervalos predeterminados, ou de acordo com critérios prescritivos, destinada
a reduzir a probabilidade de falha ou a degradação funcionamento de um item”.
2.2.1.3 – MANUTENÇÃO PREDITIVA:
A Manutenção Preditiva pode ser considerada como uma forma evoluída da
Manutenção Preventiva. Com o aperfeiçoamento da informática, tornou-se
possível estabelecer previsão de diagnósticos de falhas possíveis, através da
análise de certos parâmetros dos sistemas produtivos. Através do
acompanhamento sistemático das variáveis que indicam o desempenho dos
equipamentos, define-se a necessidade da intervenção.
Ela privilegia a disponibilidade, pois as medições e verificações são
efetuadas com o equipamento em funcionamento. Outra condição considerada
fundamental para a aplicação da manutenção preditiva é a qualificação da
mão-de-obra responsável pela análise e diagnóstico, para que as ações de
intervenção tenham qualidade equivalente aos dados registrados.
As características intrínsecas a esse tipo de manutenção impedem que ela
seja empregada de forma generalizada porque exige grande volume de
recursos iniciais, tanto humanos com materiais; mão-de-obra muito qualificada
e treinada; e a restrição para aplicação em sistemas industriais complexos.
2.3 – PARTES CONSTRUTIVAS DE UMA MÁQUINA C.C
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2.3.1 – EIXO DA ARMADURA: imprime a rotação ao núcleo da armadura
enrolamentos e comutador.
2.3.2 – NÚCLEO DA ARMADURA: feitos de laminas de aço que serve para
reduzir as correntes parasitas no núcleo.
2.3.3 – ENROLAMENTO AS ARMADURA: constituídos de bobinas isoladas
entre si e núcleo da armadura e eletricamente ligada ao comutador.
2.3.4 - COMUTADOR: o qual devido a rotação do eixo providencia o
chaveamento para o processo de comutação.
2.3.5 - ENROLAMENTOS DE CAMPO: composto de muitas espiras de fio fino
para o shunt e poucas espiras de fio fino para o campo série.
2.3.6 - CONJUNTO DE ESCOVAS E PORTA ESCOVAS: permite alojar as
escovas está montado de tal forma que possa ser girado as escovas por serem feitas de material condutor deslizam dobre o comutador.
2.3.7 – INTERPOLO: ligado em serie com o circuito da armadura, de modo que
a fmm é proporcional à corrente de armadura.
2.4 – POSSÍVEIS PROBLEMAS COM A MAQUINA C.C.
Uma vez que a manutenção normalmente é restrita a uma mera rotina de
lubrificação, a inspeção torna-se um fator importante para prolongar a vida da
maquina, e não deve ser ignorada. Utilizamos quatro dos cinco sentidos nas
técnicas de manutenção: visão, olfato, audição e tato.
2.4.1 – VISÃO: um motor não parte, provável problema, ligação a linha aberta,
circuito aberto no enrolamento do motor, escovas gastas ou molas de escovas
fundidas.
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2.4.2 – AUDIÇÃO: uma máquina ruidosa é uma indicação de rolamentos
gastos, sobrecarga ou falta de uma fase na alimentação.
2.4.3 – OLFATO: cheiro de queimado característica de isolação queimada é
uma indicação de sobrecarga.
2.4.4 – TATO: um enrolamento sobreaquecido é detectável por toque (a
superfície não deve estar tão quente que não possa colocar a mão sobre ela).
Se ocorrer o aquecimento e a temperatura aumentam significativamente está
eliminada a queima de fusível e problemas com partida.
2.5 – INSPEÇÕES E LIMPEZA NOS COMPONENTES DA MÁQUINA C.C:
Manter o motor e os equipamentos associados limpos;
Medir periodicamente a resistência de isolamento;
Medir periodicamente a temperatura dos enrolamentos, mancais e sistema de ventilação;
Verificar eventuais desgastes, funcionamento do sistema de lubrificação e a vida útil dos mancais;
Verificar eventuais desgastes das escovas e comutador;
Inspecionar o sistema de ventilação, quanto ao correto fluxo de ar;
Inspecionar o trocador de calor;
Medir os níveis de vibração da maquina;
Inspecionar os equipamentos associados (unidade hidráulica, sistema de água etc.);
Inspecionar todos os acessórios, proteções e conexões do motor e assegurar seu correto Funcionamento.
2.5.1 – INSPEÇÕES NO ENROLAMENTO E PÓLOS:
As medições da resistência de isolamento dos enrolamentos devem ser
feitas em intervalos regulares,
Principalmente durante tempos úmidos ou depois de prolongadas paradas do motor. Os enrolamentos deverão ser submetidos a inspeções visuais completas em intervalos frequentes, anotando e consertando todo e qualquer o dano ou defeito observado. Valores baixos ou variações bruscas da resistência do isolamento deverão ser investigados cuidadosamente. A resistência de isolamento poderá ser aumentada ate um valor adequado nos pontos em que ela estiver baixa (em consequência de poeira e umidade excessiva) por meio da remoção da poeira e uma secagem da umidade do enrolamento. As seguintes inspeções devem ser executadas após a limpeza cuidadosa do enrolamento:
Verificar as isolações do enrolamento e das ligações;
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Verificar as fixações dos distancia dores, amarrações, estecas de ranhuras, bandagens e suportes;
Verificar se não ocorreram eventuais rupturas, se não ha soldas deficientes, curto-circuito entre espiras e contra a massa nas bobinas e nas ligações;
Certificar-se de que os cabos estejam ligados adequadamente e que os elementos de fixação dos terminais estejam firmemente apertados. Caso necessário, faca o reaperto.
2.5.2 – LIMPEZA NOS COMPARTIMENTOS DAS ESCOVAS E ESCOVAS:
Compartimento das escovas deve ser limpo com aspirador de pó, removendo o pó das escovas para fora do motor;
O comutador deve ser limpo com um pano limpo e seco que não solte fiapos;
Os espaços entre lamelas devem ser limpos com uma mangueira de aspirador de pó;
Para limpeza do comutador não devem ser usados solventes, pois o vapor destes produtos e prejudicial ao funcionamento das escovas e do comutador;
Não deve ser retirada a película formada no pelo deposito de material das escovas no comutador (patina), pois esta e benéfica para a comutação do motor;
Limpar os suportes dos porta-escovas e os terminais de ligação das escovas, que podem ficar cobertos de pó das escovas;
Remover as escovas e limpa-las, para assegurar que se movam livremente no alojamento;
A cada maquina de corrente continua e destinada previamente uma qualidade de escova, devendo ser usado sempre o mesmo tipo e quantidade de escova fornecida. Escovas de tipos diferentes não deverão ser misturadas. A escolha do tipo de escova e feita em função das características de cada maquina tais como: velocidade, tensão, corrente, etc.
2.5.3 – COMUTADOR:
O desgaste do comutador ocorre normalmente de modo uniforme ao longo das pistas. Caso seja constatado um desgaste visualmente desuniforme ao longo da preferido comutador, contatar imediatamente a empresa fabricante. O desgaste no comutador e medido na posição da pista das escovas em relação à superfície não utilizada.
2.5.4 – MANUTENÇÃO DOS MANCAIS:
A manutenção de mancais de deslizamento inclui:
Verificação periódica do nível de óleo e das condições do lubrificante;
Verificação dos níveis de ruído e de vibrações do mancal;
Monitoramento da temperatura de trabalho e reaberto dos parafusos de fixação e montagem;
Para facilitar a troca de calor com o meio, a carcaça deve ser mantida limpa, sem acumulo de óleo ou poeira na sua parte externa;
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O mancal traseiro é isolado eletricamente. As superfícies esféricas de assento do casquilho na carcaça são encapadas com um material isolante. Nunca remova esta capa;
O pino antirrotacao também e isolado, e os selos de vedação são feitos de material não condutor;
Instrumentos de controle da temperatura que estiverem em contato com o casquilho também devem ser devidamente isolados.
2.5.5 – AJUSTE DA ZONA NEUTRA
2.5.5.1 – AJUSTE GROSSO:
1. Afrouxar os parafusos que prendem o anel do Porta-escovas; 2. Energizar a armadura (50 a 80% da corrente nominal no Maximo por 30
segundos), campo permanece desligado. Para limitar a corrente, usar uma tensão baixa, por exemplo, de bateria.
2.5.5.2 – AJUSTE FINO:
1. Após ajustada a zona neutra (ajuste grosso), ligar o motor com tensão nominal (se possível corrente nominal);
2. Verificar os dois sentidos de rotação, a diferença não poderá ser maior que 1%;
3. Caso a diferença seja maior que 1%, observar em que sentido a rotação esta maior. Para diminuir a rotação, girar o anel dos porta-escovas no mesmo sentido de giro do rotor;
4. Para aumentar a rotação, em um determinado sentido, girar o anel da porta escovas no sentido contrario de giro do rotor.
2.5.6 – MANUTENÇÃO DO SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO:
Os tubos dos trocadores de calor ar-ar (quando houver) devem ser mantidos limpos e desobstruídos para assegurar uma perfeita troca de calor. Para remover a sujeira acumulada no interior dos tubos, pode ser utilizada uma haste com escova redonda na ponta. Em caso de trocadores de calor ar-agua, e necessária uma limpeza periódica nas tubulações do radiador para remover toda e qualquer incrustação.
2.5.7 – MOTOR FORA DE OPERAÇÃO:
Caso o motor venha a permanecer por um longo período fora de operação:
Ligar as resistências de aquecimento (se houver) para que a temperatura no interior do motor seja mantida ligeiramente acima da temperatura ambiente, evitando assim a condensação da umidade e consequente queda na resistência de isolamento dos enrolamentos e oxidação das partes metálicas;
Os radiadores e todas as tubulações de água (se houver) devem ser drenados para reduzir a corrosão.
2.5.8 – LUBRIFICAÇÃO:
1. Antes de iniciar a lubrificação do mancal, limpar a graxeira com pano de algodão;
2. Retirar a vareta com mola para a remoção da graxa velha, limpar a mola e colocar de volta;
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3. Com o motor em funcionamento, injetar a quantidade de graxa especificada na placa de identificação dos rolamentos, por meio de engraxadeira manual;
4. O excesso de graxa sai pelo dreno inferior do mancal e se deposita na mola;
5. Manter o motor em funcionamento durante o tempo suficiente para que escoe todo o excesso de graxa;
2.6 – CONCLUSÃO:
Para que uma indústria trabalhe e produz seus produtos com qualidade e eficiência é necessário um bom plano de manutenção que abrange todos os equipamentos. Portanto preservar e cuidar é melhor do que substituir.
2.7 – REFERENCIAS:
www.sófisica.com.br Livro máquinas elétricas e transformadores;
3 – ANÁLISE PREDITIVA DAS PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS
ÓLEOS ISOLANTES DOS TRANSFORMADORES:
3.1 – INTRODUÇÃO:
O óleo mineral isolante usado em transformadores se deteriora com o passar do tempo e com sua consequente utilização.Porém utiliza-se, na indústria, de técnicas (ensaios) para averiguar se as propriedades dos óleos isolantes estão dentro de parâmetros que assegurem além da segurança um melhor desempenho do dispositivo. Com tratamento adequado podemos evitar essas falhas e ainda aumentar a vida útil de transformadores. As normas reguladoras da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) especificam vários ensaios para verificar as características do óleo mineral isolante. Para verificar a sua condição de serviço e bom desempenho, é suficiente que se realizem alguns destes ensaios. Através destes ensaios é possível interpretar o estado do óleo e seus requisitos de manutenção. Com ensaios periódicos, podemos acompanhar a vida útil do óleo e detectar o início do processo de formação de borra. Interferindo neste estágio, com técnicas de tratamento, como a filtragem, adequados, podemos recuperar e prolongar a vida útil do óleo isolante e do transformador.
3.2 – FUNÇÕES DOS ÓLEOS ISOLANTES:
Todos os transformadores de potência acima de 20KVA e tensão acima de 6 KVA são construídos de maneira a trabalhar imersos em óleos isolantes. O óleo é usado com o objetivo de atender a duas finalidades: garantir um perfeito isolamento entre os componentes do transformador; e dissipar para o exterior o calor proveniente do efeito Joule nos enrolamentos, assim como do núcleo.
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Para que o óleo possa cumprir satisfatoriamente às duas condições acima, ele deve ser testado e apresentar boas condições de trabalho. São encontrados óleos de quatro tipos: animal, vegetal, mineral e sintético. Os animais e vegetais não servem para uso em transformadores, pois mudam facilmente suas composições químicas e alteram suas propriedades físicas. Os sintéticos também não são usados devido a sua tendência em se polimerizar, alterando suas propriedades físicas. Assim, os óleos usados em transformadores correspondem aos minerais, que são obtidos da refinação do petróleo. Esses óleos podem ser conseguidos com uma grande gama de variação em suas propriedades físicas. Torna-se, então,necessário fazer uma série de ensaios para escolher os tipos convenientes para uso em transformadores.
3.3 – ÓLEO MINERAL COMO ÓLEO ISOLANTE:
Para que possa atender satisfatoriamente o duplo papel de dielétrico e agente de transferência de calor, o óleo mineral isolante deve possuir certas propriedades básicas, tais como: rigidez dielétrica suficiente para suportar as tensões dielétricas impostas pelo serviço e viscosidade adequada para que sua capacidade de circular e transferir calor não sejam prejudicados. Além disso, deve ter resistência à oxidação adequada para assegurar uma longa vida em serviço. Como o Óleo Isolante se deteriora em serviço, estas propriedades podem ser afetadas, prejudicando assim o bom funcionamento do equipamento.
3.4 – ENSAIOS DE ANÁLISE DAS CONDIÇÕES DO ISOLANTE RELACIONANDO-OS AS PREVISTAS FALHAS:
A qualidade do Óleo isolante pode ser avaliada através dos seguintes ensaios: Tensão Interfacial, Índice de Neutralização, Rigidez Dielétrica, Teor de Água, Perdas Dielétricas, Cor, Viscosidade, Presença de gases, Ponto de fulgor, Ponto de anilina, Fator de Potência, Densidade, Ponto de fluidez. Os resultados destes ensaios fornecem informações valiosas, a partir das quais pode-se decidir por um recondicionamento ou regeneração do Óleo, garantindo assim sua qualidade em serviço.
3.4.1 – PRESENÇA DE GASES:
Detecção de Falhas Incipientes através da Análise Cromatográfica dos Gases Dissolvidos no Óleo Isolante. Durante a operação de um transformador ou reator, o Óleo e outros materiais dielétricos sofrem sob a ação da temperatura e tensões elétricas, processos de decomposição química que resultam na formação de gases que se dissolvem total ou parcialmente no Óleo. Os principais gases formados são: Hidrogênio, Monóxido de Carbono, Dióxido de Carbono, Metano, Etileno, Etano e Acetileno. O monitoramento da evolução destes gases é feito através da Análise Cromatográfica, o que permite detectar falhas ainda incipientes e acompanhar seu desenvolvimento. Assim, falhas do tipo: arco elétrico, superaquecimento e
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descargas parciais geram gases característicos e através da avaliação da quantidade e perfil de composição da mistura gasosa, pode-se identificar a natureza e gravidade do problema. Isto possibilita a programação antecipada de desligamentos no sistema para correção dos problemas. Consta de três fases distintas: extração dos gases dissolvidos através de vácuo e agitação da amostra coletada em seringa, a análise cromatográfica desta mistura gasosa e a interpretação dos resultados obtidos. Comparando a evolução dos gases dissolvidos no Óleo isolante, através dos resultados obtidos pela Análise Cromatográfica e estabelecendo as relações de gases de acordo com critérios preestabelecidos (por exemplo: Rogers, IEC, Duval, Dornemburg, Doble ou Pugh e Laborelec), é possível identificar a falha incipiente que está se desenvolvendo, bem como a sua gravidade, antes que danos maiores possam ocorrer ao equipamento.
3.4.1.1 – DIAGNÓSTICOS:
3.4.1.1.1 – ARCO ELÉTRICO:
Grandes quantidades de hidrogênio e acetileno são produzidas, com pequenas quantidades de metano e etileno. Dióxido e monóxido de carbono também podem ser formados caso a falha envolva a celulose. O óleo poderá ser carbonizado. Gás – Chave – Acetileno.
3.4.1.1.2 – DESCARGAS PARCIAIS:
Descargas elétricas de baixa energia produzem hidrogênio e metano, com pequenas quantidades de etano e etileno. Quantidades comparáveis de monóxido e dióxido de carbono podem resultar de descargas em celulose. Gás – Chave – Hidrogênio.
3.4.1.1.3 – ÓLEO SUPERAQUECIDO:
Os produtos de decomposição incluem etileno e metano, juntamente com quantidades menores de hidrogênio e etano. Traços de acetileno podem ser formados se a falha é severa ou se envolver contatos elétricos. Gás – Chave – Etileno.
3.4.1.1.4 – CELULOSE SUPERAQUECIDA:
Grandes quantidades de dióxido e monóxido de carbono são liberadas da celulose superaquecida, Hidrocarbonetos gasosos, como metano e etileno, serão formados se a falha envolver una estrutura impregnada em óleo. Gás – Chave – Monóxido de Carbono.
3.4.1.1.5 – ELETRÓLISE:
A decomposição eletro; etílica da água ou a decomposição da água associada com a ferrugem resulta na formação de grandes quantidades de hidrogênio, com pequenas quantidades dos outros gases combustíveis. Gás – Chave – Hidrogênio. Á análise cromatográfica é uma técnica sensível e confiável de monitoramento das condições dos equipamentos, complementando os resultados de ensaios elétricos. Em certos casos de falhas incipientes a análise cromatográfica se mostra mais eficiente que os ensaios elétricos convencionais, visto que eles não apresentam sensibilidade neste estágio do problema.
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O diagnóstico da análise cromatográfica dos gases dissolvidos no óleo apresenta um índice de acerto elevado, desde que o técnico que analisa os resultados tenha experiência com interpretação de resultados e conhecimento da metodologia empregada.
3.4.2 – FATOR DE POTÊNCIA:
É a medida da perda dielétrica ou corrente de fuga através do óleo e, consequentemente, a medida da sua contaminação ou degeneração. Infelizmente, o fator de potência não especifica o que ele detecta. Um alto fator de potência indica a presença de umidade, resinas, vernizes, fibras celulósicas ou outros produtos da degeneração do óleo. Valor de Referência: máximo 15% a 100° C.
3.4.3 – COR E APARÊNCIA:
A cor não é uma propriedade crítica, porém é útil se associada a outros ensaios. À medida que o Óleo vai oxidando a sua Cor vai escurecendo. A presença de compostos metálicos, oxigênio, alto teor de água e calor excessivo podem acelerar esse processo (Oxidação). O fenômeno faz com que o óleo mude a sua cor característica (amarelo pálida) em um estágio mais avançado, provoque a formação de compostos ácidos e oxidação (precipitação de borra). A observação da aparência da amostra é importante já que se pode detectar presença de sedimentos, borra, sujeira e água livre e/ou emulsionada. Em linhas gerais um rápido aumento da cor indica deterioração ou contaminação do óleo.
3.4.4 – TEOR DE ÁGUA:
A água pode originar-se da atmosfera ou ser produzida pela deterioração de materiais isolantes. Ela pode estar presente no óleo de três formas: livre, emulsionada ou dissolvida. Tanto a água livre quanto a emulsionada causam decréscimo na Rigidez Dielétrica e em menor grau em aumento nas Perdas Dielétricas. A água dissolvida pode ou não afetar as propriedades elétricas dependendo do estado de deterioração do óleo. Um elevado Teor de água, além de prejudicar as propriedades dielétricas do óleo e diminuir a resistência de isolamento do equipamento, acelera a deterioração química do papel isolante e do próprio óleo. Óleos que apresentam Teor de água alta e Rigidez Dielétrica baixa devem ser recondicionados.
3.4.5 – RIGIDEZ DIELÉTRICA:
Mede a capacidade que um Óleo Isolante tem em suportar tensões elétricas sem falhar. O valor do campo elétrico é dado pela equação: (Ec=Vc/Dc) onde Vc é a diferença de potencial aplicada entre as placas e Dc é a distância entre as placas. O valor do campo necessário para a ruptura é tabelado de acordo com o dielétrico entre as placas, com uma máxima tensão por unidade de comprimento que se pode aplicar ao isolante. Naturalmente, esse valor nunca deve ser atingido na prática, trabalhando–se sempre, para segurança, numa faixa bem menor. Efetuando-se o teste, usando óleo entre as placas, pode-se determinar o quanto de diferença de potencial o mesmo suporta por unidade de comprimento. O resultado obtido é comparado com os valores tabelados pelas
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normas e determina-se então, se o óleo servirá ou não para o uso nos transformadores. Os valores da tabela abaixo são válidos para temperatura de óleos situados entre 25ºC e 35º C. Cabe dizer, também, que os referidos valores relacionam-se a uma distância de 2,54 mm ou 0,1 pol entre os Eletrodos. Assim, um valor de 30 kV deve,na verdade, ser reinterpretado como 30kV/0,1 pol. Em termos práticos como a medida e padronizada, utiliza-se comumente apenas o valor da tensão, ou seja, 30 kV.
TABELA 1- VALORES DA RIGIDEZ DIELÉTRICA E
ESTADO DO ÓLEO ISOLANTE
Água livre e partículas sólidas, particularmente estas últimas quando combinadas com altos níveis de água dissolvida reduzem drasticamente a Rigidez Dielétrica. O ensaio de Rigidez Dielétrica não é sensível a produtos de oxidação do óleo. Este ensaio detecta a presença de contaminantes polares solúveis no óleo, produtos de oxidação, água, partículas metálicas, etc. É um ensaio muito sensível, mesmo quando a contaminação é pequena. O ensaio pode ser feito a 25º C, 90º C ou a 100º C.
3.4.6 – TENSÃO INTERFACIAL:
É a medida de força necessária para se romper uma interface óleo/água. Quando o óleo é novo esta interface é rígida e a força é grande. À medida que o óleo vai deteriorando vão se formando compostos polares que tendem a se concentrar na interface óleo/água e quanto maior for esta concentração menor será o valor da Tensão Interfacial. Este ensaio é sensível tanto a produtos de oxidação quanto a contaminantes polares solúveis.
3.4.7- ÍNDICE DE NEUTRALIZAÇÃO:
Para os óleos isolantes, introduz-se uma nova grandeza com o objetivo de expressar a sua acidez. Esta será a cifra de neutralização, cujo valor variará de 0 a 1.Considera-se um índice normal de acidez o que se apresenta com um valor igual ou inferior a 0,25. Se o óleo apresentar valor igual ou superior a 0,40, para remover a lama, aumentar a rigidez e diminuir a acidez é sugerido o uso de equipamento especial, se excluindo a possibilidade de recondicionamento com filtro-prensa de mata-borrão ou unidade de desidratação a vácuo. Esse índice de neutralização de forma geral é a medida dos constituintes ou contaminantes ácidos no óleo indica, porém, que o óleo contém qualquer material ácido que além de aumentar a oxidação do óleo e formar borras, pode também promover a degradação do papel isolante. Faz-se necessário observar os valores dispostos na tabela a seguir para uma interpretação correta do estado do óleo quanto à acidez.
Acima de 35 KV Excelente
De 30 a 35 KV Muito Bom
De 25 a 30 KV Bom
De 20 a 25 KV Satisfatório
De 15 a 20 KV Duvidoso (recomenda-se filtração)
Abaixo de 15 KV Rejeitável (indispensável filtração)
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CÓDIGO CIFRA DE NEUTRALIZAÇÃO
INTERPRETAÇÃO OBSERVAÇÃO
4 Até 0,05 Novo Óleo sem uso, novo
5 De 0,05 a 0,25 Bom Óleo usado. Tratamento desnecessário
6 De 0,25 a 0,40 Duvidoso Improvável formação de lama. Tratar ou trocar. Desnecessário lavar núcleo com jato de óleo.
7 De 0,40 a 0,70 Precário Início de formação de lama. Tratar ou trocar. Lavar todos os componentes com jato de óleo.
8 Acima de 0,70 Perigoso
Formação franca de lama. Trocar. Indispensável lavagem de todos os componentes com jato de óleo. Verificar isolamento sólido do trafo - possíveis danos.
TABELA 2 – CONTROLE DE ACIDEZ
3.4.8 – VISCOSIDADE:
Deve ser baixa para circular com facilidade e dissipar adequadamente o calor.
3.4.9 – PONTO DE FULGOR:
Para a segurança dos equipamentos com relação à possibilidade de incêndios, deve-se assegurar um ponto de fulgor mínimo adequado.
3.4.10 – PONTO DE ANILINA:
Indica o poder de solvência do óleo por matérias com as quais entrará em contato. Um baixo ponto de anilina indica maior solvência do produto, o que não é desejável.
3.4.11 – PONTO DE FLUIDEZ:
Sendo a temperatura abaixo da qual o óleo deixa de escoar, esta característica deve ser compatível com a mínima temperatura em que o óleo vai ser utilizado. O ensaio também ajuda na identificação do tipo de óleo: parafínico ou naftênico.
3.4.12 – DENSIDADE:
Influi na capacidade de transmissão de calor do óleo. Nos óleos isolantes encontra-se entre 0,850 e 0,900, estando mais próxima de um dos dois valores segundo sua predominante composição em hidrocarbonetos (parafínicos ou naftênicos).
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As mudanças nas características no óleo devem ser acompanhadas por análises físico-químicas e cromatográficas periódicas. Com ensaios periódicos, podemos acompanhar a vida útil do óleo e detectar o início do processo de formação de borra. Interferindo neste estágio, com tratamentos adequados, podemos recuperar e prolongar a vida útil do óleo isolante e do transformador. TABELAS DE ENSAIOS DISPOSTOS PELA ABNT: A Associação Brasileira de Normas Técnicas classifica os óleos minerais isolantes em dois tipos: TIPO A (base naftalênica) e TIPO B (base parafínica).
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3.5 – CAUSAS E CONSEQUÊNCIAS DAS PERDAS DE PROPRIEDADES DOS ÓLEOS ISOLANTES:
A umidade, o calor e o oxigênio agem degenerando o óleo isolante. A oxidação e a consequente formação de borra criam condições para que o óleo passe a atacar o papel isolante (celulose). Quanto menos oxidado estiver o óleo isolante, mais lento será o processo degenerativo do papel isolante, sendo ideal a inexistência de borra durante toda a vida útil do transformador. A deterioração do óleo começa após o contato com o equipamento e é influenciada pelos seguintes fatores: presença de oxigênio, temperaturas elevadas, presença de metais e umidade que atuam como catalisadores das reações de oxidação. Numa fase inicial de oxidação formam-se produtos solúveis no óleo a quente, porém insolúveis no óleo a frio, podendo precipitar-se nas partes mais frias do equipamento. Num estágio avançado de oxidação formam-se borras que podem ser insolúveis mesmo no óleo quente e se depositam sobre a isolação sólida, núcleo e paredes do tanque. Além de prejudicar a troca de calor e alterar as características dielétricas do óleo, a formação destes produtos acelera o envelhecimento do papel, diminuindo a vida útil do equipamento.
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Atenção especial deve ser dada para os equipamentos cujos óleos possuem altos teores de umidade, uma vez que quando a temperatura da parte ativa é inferior à do óleo, haverá migração da umidade do óleo para a isolação sólida. No caso de recondicionamento destes óleos deverá ser feita secagem da parte ativa a fim de se evitar que a água presente na isolação sólida migre de volta para o óleo. Quanto às consequências dessas perdas de propriedades destacam-se as seguintes falhas: Arco elétrico; Superaquecimento do transformador; Descargas parciais; Comprometimento da segurança de operação.
3.6 – PROCEDIMENTOS PARA COLETA DE AMOSTRAS DO ÓLEO ISOLANTE DOS TRANSFORMADORES
(Fonte: Data Link, empresa especialista no ramo de análises físico-químicas de óleos isolantes.)
FIGURA 1 – TÉCNICOS ANALISANDO AMOSTRAS DE ÓLEOS ISOLANTES
Todos os materiais frascos e seringas para a coleta das amostras de óleo são fornecidos (em comodatos) pelos laboratórios e são esterilizados, isentos de poeiras e umidade, para garantir um bom resultado das amostras coletadas. Devendo retornar após a realização das coletas em campo. Todas as seringas e frascos são identificados e etiquetados em códigos de barra, onde nelas estão inseridos os dados: cliente – data de fornecimento – identificação do equipamento no sistema elétrico (patrimônio ou TAG), potência, tensão, Nº serie, fabricante e outros. Desta forma a confiabilidade dos resultados é melhorada acentuadamente. Tudo isto se faz necessário para a gestão de resultados. Toda coleta de amostra de óleo deve ser feita com a limpeza do ponto de coleta, drenagem do óleo de descarte em um recipiente apropriado, volume de descarte aproximadamente 1 a 2 litros ou mais conforme volume total de óleo do trafo. Adaptação das conexões apropriadas, com o uso de uma mangueira de polipropileno e auxílio de um termômetro, são procedimentos de coleta das amostras de óleo. Todos os cuidados com derramamento de óleo devem ser tomados. Os laboratórios precisam, geralmente, de 1000 ml de amostra de óleo mineral isolante em frasco de vidro cor âmbar devidamente tampado, para
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análise físico-química e de 20 ml de amostra de óleo mineral em seringa de vidro com válvula de 03 vias, para análise cromatográfica. Os laboratórios não aceitam coletas feitas em materiais se não estes informados acima, já que não pode se responsabilizar pelos resultados, ou seja, deste modo não são emitidos laudos devidamente assinados pelo químico responsável.
3.6.1 – COLETA DE AMOSTRAS – MATERIAIS PARA COLETA:
Os laboratórios fornecem caixas para transporte das amostras coletadas que mantêm a integridade das amostras, evitando vazamento e quebras dos produtos. Também disponibiliza caixas com sistema antichoque e contra derramamento em caso de acidentes.
3.6.2 – COLETA DE AMOSTRAS – MATERIAIS NÃO PERMITIDOS PARA
COLETA:
Alguns materiais não são utilizados e permitidos para coleta de amostras. Os laboratórios seguem as recomendações e normas dos órgãos competentes, evitando assim quaisquer prejuízos durante as análises.
3.6.3 – COLETA DE AMOSTRAS – UTILIZAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS
PARA COLETAS DE AMOSTRAS FÍSICO-QUÍMICAS:
Limpar o registro de retirada do óleo;
Instalar uma conexão galvanizada quando necessário no dreno do trafo;
Colocar uma bandeja de contenção;
Abrir vagarosamente o registro e deixar escoar um volume de óleo sem aproveitamento em recipiente apropriado (galão);
Utilizar frasco de vidro de 1 litro com tampa. O mesmo deve estar limpo e completamente seco;
Drenar como descarte cerca de 200 ml no frasco, fechar o registro;
Lavar o frasco com o óleo do trafo;
Descartar novamente o óleo;
Abrir o registro novamente e encher o frasco. Fechar o frasco e o registro do trafo;
Limpar o frasco;
Colocar o tampão do registro e conectar de modo adequado;
Certificar-se de não haver vazamento de óleo no registro do trafo;
Identificar a amostra corretamente;
Armazenar os frasco em local escuro até o envio ao laboratório.
3.6.4 – COLETA DE AMOSTRAS – UTILIZAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS
PARA COLETA DE AMOSTRAS CROMATOGRAFIA GASOSA:
A retirada de amostras deve ser preferencialmente coletada nos registros dos equipamentos elétricos. Quando não for possível, a amostra poderá ser retirada através da tampa de inspeção, utilizando seringas.
Limpar o registro de retirada do óleo;
Conectar uma bucha de redução com espigão quando necessário no dreno do trafo;
Colocar uma bandeja de contenção;
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Abrir vagarosamente o registro e deixar escoar um volume de óleo sem aproveitamento;
Utilizar a seringa de vidro de 20 ml com válvula de 03 vias. A seringa deve estar limpa e completamente seca;
Lavar a seringa com o óleo do trafo;
Descartar novamente o óleo;
Abrir o registro novamente e encher a seringa. Fechar a válvula da seringa e o registro do trafo;
Fechar a válvula da seringa;
Certificar-se de não haver vazamento de óleo no registro do trafo;
Caso se verifique a presença de bolhas, segurar a seringa verticalmente (torneira para cima) e pressionar o êmbolo de modo a eliminar as bolhas existentes. Fechar imediatamente a torneira (seringa na posição vertical);
Identificar a amostra corretamente;
Limpar cuidadosamente a seringa e acondicionar em caixa apropriada.
3.7 – MÉTODOS DE TRATAMENTO DO ÓLEO ISOLANTE:
A escolha do método de tratamento do óleo isolante depende das condições e do estado em que se encontrar.
3.7.1 – TRATAMENTO DO ÓLEO ISOLANTE:
De acordo com suas condições os óleos são divididos entre óleo deteriorado e óleo contaminado. Óleo contaminado é aquele que contém umidade e partículas em suspensão. Óleo deteriorado é aquele que sofreu oxidação, possuindo, ácidos orgânicos e sedimentos ou borra. Os óleos isolantes são divididos em quatro grupos de acordo com seu estado: Grupo I: Pertencem a este grupo os óleos em condições satisfatórias de uso; Grupo II: Neste grupo estão os óleos que necessitam de recondicionamento, isto é, eliminação por centrifugação, filtração e desidratação a vácuo da umidade e de partículas sólidas em suspensão; Grupo III: Grupo dos óleos em más condições e que devem sofrer tratamento químico, de adsorção para remover os produtos da oxidação e os contaminantes ácidos e coloidais; e Grupo IV: Fazem parte deste grupo os óleos que devem ser descartados porque sua recuperação é técnica e economicamente desaconselhável.
3.7.2 – MÉTODOS DE RECONDICIONAMENTO DO ÓLEO:
Recondicionamento é o tratamento para óleos contaminados, para remover por meios mecânicos, a umidade e partículas sólidas em suspensão. Em geral, os óleos novos ou pouco contaminados sofrem apenas o processo de filtragem. Ao óleo muito contaminado, passam por filtragem e desidratação a vácuo ou centrifugação e desidratação a vácuo, ou, ainda os três processos simultaneamente.
3.7.2.1 – FILTRAÇÃO:
A filtração do óleo isolante é feita por papel de filtro. Com a filtração consegue-se remover a água não dissolvida e as partículas sólidas em
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suspensão. A máquina utilizada para a filtragem é o Filtro-prensa, que é constituído por placas e quadros nas quais são prensadas papéis de filtro. O óleo a recondicionar é conduzido pela bomba para a campânula de desaleração da qual passa pelo filtro e, depois, para o reservatório, que recebe o óleo recondicionado.
3.7.2.2 – CENTRIFUGAÇÃO:
A centrifugação é feita para separar mecanicamente do óleo, a água em suspensão e partículas. Porém, a água em suspensão não é removida pelo processo de centrifugação. A máquina utilizada para a centrifugação é separadora centrifugas que possuem um tambor girando a alta velocidade.
3.7.2.3 – DESIDRATADORES A VÁCUO:
O tratamento do óleo da câmara de vácuo é eficaz para a retirada de água, gases e ácidos voláteis do óleo. Há dois tipos de desidratadores a vácuo. Em um deles, o óleo é lançado na câmara de vácuo, sob a forma de jatos e, no outro, o óleo é depositado em bandejas, sob a forma de uma camada fina e de superfície ampla.
3.7.3 – MÉTODOS DE RECUPERAÇÃO DO ÓLEO:
Recuperação do óleo é o tratamento para o óleo deteriorado com a finalidade de eliminar os produtos da oxidação, contaminantes ácidos e em estado coloidal, por meios químicos e de adsorção.
3.7.3.1 – ÁCIDO SULFÚRICO:
Neste método, o óleo é puxado de uma bomba e direcionado a um tanque de ferro e adicionado de 2% a 3% de seu peso de ácido sulfúrico comercial. A mistura é agitada por ar comprimido durante meia hora e deixada em repouso até o dia seguinte. O óleo é então bombeado para um segundo tanque no qual sofre um tratamento com silicato de sódio de 3% a 4%. A mistura é novamente agitada a ar comprimido e deixada em repouso até o dia seguinte. Em seguida o óleo é direcionado a um terceiro tanque no qual recebe terra fúler (200 mesh) cerca de 3% a% de seu peso e novamente é agitado por ar comprimido e fica em repouso até o dia seguinte, quando é filtrada e armazenada.
3.7.3.2 – PROCESSO DE TRIOSFATO DE SÓDIO E TERRA FÚLER
ATIVADA:
Este processo consiste em o óleo danificado se direcionado por uma bomba até um aquecedor no qual é adicionado o trifosfato de sódio e é agitado e aquecido em 80°C e deixada em repouso até a separação dos dois líquidos seja total. Após decanta-se a solução com o trifosfato de sódio e lava-se o óleo com jatos de água. Esse liquido é centrifugado e passa por um aquecedor e depositado num tanque com terra fúler ativada (200 mesh). A mistura é agitada e repousa por um dia. Após este processo o óleo é lavado com água quente, centrifugado e desidratado por filtragem ou vácuo.
3.7.3.3 – PROCESSO DO CARVÃO ATIVADO E SILICATO DE SÓDIO:
Durante o tratamento do óleo por este processo, sua temperatura é mantida a 85°C até o momento de filtragem. Dependendo de seu grau de acidez, o
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óleo é agitado com carvão ativado para impedir a emulsificação do óleo acido pela solução de sódio. Depois de tratado com carvão ativado, o óleo é filtrado no filtro-prensa e lançado num tanque com solução de silicato de sódio a 2% na proporção de 30% de seu volume, após a solução de silicato de sódio é separado por centrifugação, para ser descartada. Em seguida, o óleo é misturado e agitado com 2% de seu peso de terra fúler ativada e deixado em decantação. O óleo decantado passa por centrifugação e colocado em um tanque para esfriamento, para após ser filtrado e armazenado.
3.7.3.4 – PROCESSO DE PERCOLAÇÃO:
A percolação consiste em fazer o óleo passar através de um meio absorvente para retirar suas impurezas. Um material muito utilizado para este processo é a terra fúler – uma argila que para ser usada é seca, triturada e ainda pode ser queimada, lavada com água e tratada com vapor ou ácido. Também se usa a alumina ativada como adsorvente. A percolação pode ser feita por gravidade ou pressão. A percolação por gravidade, uma coluna de água, por seu próprio peso, força sua passagem através de uma camada de adsorvente. A percolação por pressão, o óleo é percolado a uma pressão de 500 kPa, exercida por uma bomba na qual o óleo passa através da argila colocada em cartuchos.
3.7.3.5 – PROCESSO DE CONTATO:
Neste processo, o óleo e a terra fúler (220 mesh) são submetidos a temperaturas elevadas. A análise do óleo determina seu grau de recuperação, que depende da quantidade de terra fúler utilizada.
3.7.4 – INIBIDORES:
O óleo novo possui uma propriedade natural de retardar sua oxidação, que é devida à existência de uma substância chamada de inibidores, as quais são consumidas pelo tempo. A oxidação e deterioração se avançam pela perda de inibidores das propriedades do óleo.
3.8 – CONCLUSÃO:
A análise preditiva dos óleos minerais isolantes visa garantir a ausência de ocorrência de possíveis falhas no funcionamento do equipamento, de tal forma que esses ensaios laboratoriais ocorrem periodicamente, para que o equipamento seja manutenido em momento oportuno e não quando a demanda sobre tal for de significativa importância para o processo. Com ensaios periódicos e análises cromatográficas precisas é possíveis prever falhas e impedir que as mesmas acorram. Preenche, portanto, os requisitos da manutenção elétrica industrial, pois otimiza–se a produtividade, reduz-se o custo, na maioria das vezes, se comparado com a possibilidade de adquirir outro equipamento e garante-se também a segurança dos operadores e usuários dos sistemas elétricos.
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3.9 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
Oliveira, José Carlos de. Transformadores: Teoria e Ensaios. São Paulo,
Editora Edgard Blücher, 2 ª Ed.,1984 MILASCH, Milan. Manutenção de Transformadores em Líquido Isolante. São Paulo, Editora Edgard Blücher, 1984. 354 p. il. www.datalink.srv.br/manutencao-em-transformador, acesso em 17/08/2013.
4 – MANUTENÇÃO EM MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA:
4.1 – INTRODUÇÃO:
O trabalho apresentado sobre manutenção em motores de corrente alternada têm por finalidade informar aspectos dos tipos de motores enquadrados na categoria “motores de indução c.a.”, bem como os problemas apresentados devido ao longo período de uso, descuidos do usuário ou mantenedor da máquina. Os tipos de manutenção: preditiva, preventiva e corretiva, além de como manutenir. Envolvendo todo o conjunto que é a manutenção, fará parte deste trabalho, manobras, ensaios, ferramentas utilizadas e equipamentos de proteção individual e coletivo para realizar a tarefa.
4.2 – MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA:
Desde sua criação por Nikola Tesla, o motor de corrente alternada vem ganhando muito espaço nas indústrias devido a seu baixo custo de manutenção e ao fato de ser ligado diretamente da rede. Neste tipo de motor, o fluxo magnético do estator é gerado nas bobinas de campo pela corrente alternada da fonte de alimentação monofásica ou trifásica, portanto trata-se de um campo magnético cuja intensidade varia continuamente e cuja polaridade é invertida periodicamente. Existem os motores de indução do tipo gaiola de esquilo, onde o rotor é formado pelo circuito magnético laminado e condutores em forma de uma espécie de gaiola com as extremidades curto-circuitadas. Este tipo de rotor é de baixo desgaste, pois não se utiliza escovas e anéis coletores, mas proporciona um baixo rendimento. Os motores de indução com rotor bobinado necessitam de enrolamentos, anéis coletores e escovas, ainda utiliza-se reostato para variar a resistência do rotor e consequentemente a corrente que circula no mesmo. Os motores c.a. são divididos em três grupos, tais são, monofásico, universal e trifásico, sendo que na categoria monofásica e trifásica os rotores são síncronos ou assíncronos. Para manutenir qualquer tipo de motor ou equipamento é necessário que saibamos seu princípio de funcionamento e suas partes construtivas evitando ocasiões inesperadas.
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FIGURA 1 - CLASSIFICAÇÃO DOS MOTORES C.A.
4.2.1 - CONSTITUIÇÃO DO MOTOR DE INDUÇÃO:
O motor de indução é constituído pelos seguintes componentes:
4.2.1.1 - CIRCUITO MAGNÉTICO ESTÁTICO:
Composto de chapas ferromagnéticas laminadas e isoladas entre si, evitando-se assim correntes parasitas. Externamente ao circuito magnético está a carcaça com aletas onde é forçada uma ventilação. O circuito magnético é parte integrante do estator. A carcaça possui uma construção robusta em ferro fundido, aço ou alumínio injetado, resistente à corrosão.
4.2.1.2 - BOBINAS:
Conjunto de enrolamentos inseridos em fendas longitudinais no circuito magnético do estator por onde circulam as correntes alternadas provenientes de uma fonte externa de energia.
4.2.1.3 - ROTOR:
Formado por um núcleo ferromagnético, também laminado, sobre o qual se encontra um enrolamento ou um conjunto de condutores paralelos, nos quais são induzidas correntes provocadas pela corrente alternada das bobinas do estator. O rotor é apoiado em uma cavidade que transmite à carga a energia mecânica produzida. O entreferro (distância entre o rotor e o estator) é bastante reduzido, de forma a diminuir a corrente em vazio, que eleva as perdas, mas também aumenta o fator de potência em vazio.
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FIGURA 2 – VISTA EXPLODIDA DE UM MOTOR DE INDUÇÃO
Quando o motor é energizado, ele funciona como um transformador com secundário em curto-circuito, portanto exige da rede uma corrente muito maior do que a nominal, podendo atingir cerca de sete vezes o valor da corrente nominal. À medida que o campo girante arrasta o rotor, aumentando sua velocidade, a corrente diminui até atingir a corrente nominal, no tempo em que a rotação atinge seu valor nominal.
4.3 – MOTOR MONOFÁSICO ASSÍNCRONO:
FIGURA 3 - MOTOR MONOFÁSICO ASSÍNCRONO
Os motores monofásicos são assim chamados porque os seus enrolamentos de campo (estator) são ligados diretamente a uma fonte monofásica. Entre os vários tipos de motores elétricos monofásicos, os motores com rotor gaiola destacam-se pela simplicidade de fabricação e, principalmente, pela robustez, confiabilidade e manutenção reduzida. Por terem somente uma fase de
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alimentação, não possuem um campo girante como os motores polifásicos, mas um campo magnético pulsante. Isso impede que tenham torque de partida, tendo em conta que no rotor se induzem campos magnéticos alinhados ao campo do estator. Para solucionar o problema de partida, utilizam-se enrolamentos auxiliares, que são dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda fase fictícia, permitindo a formação do campo girante necessário para a partida. Assim, teremos um enrolamento de armadura com duas partes: um enrolamento principal, que é conectado diretamente à rede de alimentação. A outra parte é o enrolamento secundário ligado em série com um capacitor e esse circuito é ligado em paralelo com o circuito principal. Desta maneira, a corrente elétrica que circula pelo enrolamento auxiliar está adiantada em aproximadamente 90° da corrente do enrolamento principal. Os motores de indução monofásicos são a alternativa natural aos motores de indução polifásicos, nos locais onde não se dispõe de alimentação trifásica, sendo empregados com frequência em residências, escritórios, oficinas e em zonas rurais, em aplicações como: bombas d'água, ventiladores e meio de acionamento para pequenas máquinas. Não é recomendável o emprego de motores monofásicos maiores que 3 CV, pois estão ligados somente com uma fase da rede, provocando um considerável desbalanceamento de carga na rede. O emprego de motores monofásicos se justifica pelos itens citados anteriormente, entretanto temos alguns inconvenientes desse tipo de motor:
Levando-se em consideração o custo, o motor monofásico tem um custo mais elevado que um motor trifásico de mesma potência;
O motor monofásico sofre desgaste mecânico do platinado (contato centrífugo necessário à partida do motor);
O motor monofásico alcança apenas 60 a 70% da potência do motor trifásico do mesmo tamanho;
O motor monofásico apresenta rendimento e fator de potência menores;
Não é possível inverter diretamente o sentido de rotação de motores monofásicos;
Estão divididos nas categorias enumeradas a seguir:
4.3.1 – MOTOR DE PÓLOS SOMBREADOS (OU SHADED POLE):
Pela sua simplicidade, robustez e baixo custo são ideais nas seguintes aplicações: movimentação de ar (ventiladores, exaustores, purificadores de ambiente, unidades de refrigeração, secadores de roupa e de cabelo, pequenas bombas e compressores, projetores de slides, gira-discos e aplicações domésticas). Eles são normalmente fabricados para pequenas potências, que vão de alguns milésimos de CV a 1/4 CV.
4.3.2 – MOTOR DE FASE DIVIDIDA (OU SPLIT PHASE):
Normalmente são construídos em potências fracionárias que não excedem ¾ de CV. Cargas que exigem pouco torque de partida, tais como: máquinas de escritórios, ventiladores e exaustores, pequenos polidores, compressores herméticos, bombas centrífugas etc.
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4.3.3 – MOTOR DE CAPACITOR DE PARTIDA (OU CAPACITOR START):
É um motor semelhante ao de fase dividida. A principal diferença reside na inclusão de um capacitor eletrolítico em série com o enrolamento auxiliar de partida. O capacitor permite maior ângulo de defasagem entre as correntes dos enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando elevados torques de partida. A Figura 5.5 descreve o motor de capacitor de partida. Como no motor de fase dividida, o circuito auxiliar é desligado quando o motor atinge entre 75% e 80% da velocidade síncrona. Nesse intervalo de velocidades, o enrolamento principal sozinho desenvolve quase o mesmo torque que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre 80% e 90% da velocidade síncrona, a curva do torque com os enrolamentos combinados cruza a curva de torque do enrolamento principal, como mostra a Figura 5.6. Desta forma, para velocidades acima deste ponto, o motor desenvolve menor torque, para qualquer escorregamento, com o circuito auxiliar ligado do que com ele desligado. Devido ao fato de o cruzamento das curvas não ocorrer sempre no mesmo ponto e, ainda, o disjuntor centrífugo não abrir sempre exatamente na mesma velocidade, é prática comum fazer com que a abertura aconteça, na média, um pouco antes do cruzamento das curvas.
FIGURA 4 – ESQUEMA MOTOR COM CAPACITOR DE PARTIDA
FIGURA 5 – GRAFICO DA RELAÇAÕ CURVA DE TORQUE x ROTAÇÃO
Com o seu elevado torque de partida (entre 200% e 350% do torque nominal), o motor de capacitor de partida pode ser utilizado em uma grande variedade de aplicações e fabricado para potências que vão de 1/4 CV a 15 CV. Devido ao dimensionamento do enrolamento auxiliar e do capacitor de partida basear-se apenas no seu funcionamento intermitente, uma chave centrífuga de partida defeituosa pode causar danos não apenas aos enrolamentos do motor, mas também ao capacitor. Igualmente aos motores de
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fase dividida, para inverter o sentido de giro dos motores de capacitor de partida, é necessário inverter a polaridade dos terminais de ligação da rede em relação a um dos enrolamentos. Isso toma possível realizar a inversão do sentido de giro com o motor em funcionamento.
4.3.4 – MOTOR DE CAPACITOR PERMANENTE (OU PERMANENT SPLIT
CAPACITOR):
O seu torque de partida é inferior ao do motor de fase dividida (50% a 100% do conjugado nominal), o que limita sua aplicação a equipamentos que não requerem elevado torque de partida, tais como: máquinas de escritório, ventiladores, exaustores, sopradores, bombas centrífugas, esmeris, pequenas serras, furadeiras, condicionadores de ar, pulverizadores, etc. São fabricados, normalmente, para potências de 1/50 a 1,5 CV.
4.3.5 – MOTOR COM DOIS CAPACITORES (OU TWO VALUE CAPACITOR):
Devido ao seu alto custo, normalmente é fabricado apenas para potências superiores a 1 CV.
4.3.6 – MOTOR MONOFÁSICO COM DOIS TERMINAIS:
É destinado apenas a um valor de tensão, e não pode ser adaptado a diferentes valores de tensão. Assim, a tensão aplicada na placa deve ser igual à tensão da rede de alimentação. Outro inconveniente é o fato de não ser possível a inversão do seu sentido de rotação, pois ele tem somente dois terminais em que são ligados os condutores de fase (L) e neutro (N). A inversão dos cabos de alimentação fase e neutro não provoca a inversão do sentido de giro.
4.3.7 – MOTOR MONOFÁSICO COM QUATRO TERMINAIS:
Nesse tipo de motor o enrolamento é dividido em duas partes iguais. Tornasse possível a instalação do motor a dois valores de tensão, que são chamados de tensão maior e tensão menor. O valor de tensão maior é sempre igual a duas vezes o valor de tensão menor, sendo que os valores mais utilizados são 220 V para o de maior tensão e 110 V para o de menor tensão. Não é possível inverter o sentido de rotação desse motor. Pelo diagrama a seguir, os terminais 1 e 2 são conectados a uma metade e os terminais 3 e 4 à segunda metade do enrolamento. As duas partes do enrolamento devem ser ligadas em série se a tensão de alimentação for de 220 V Figura 6. Se a tensão de alimentação for 110 V, as duas partes do enrolamento devem ser ligadas em paralelo, como mostra a Figura 6.
FIGURA 6 – MOTOR DE INDUÇÃO MONOFÁSICO DE 4 TERMINAIS
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4.3.8 – MOTOR MONOFÁSICO COM SEIS TERMINAIS
FIGURA 7 – MOTOR MONOFÁSICO COM CAPACITOR DE PARTIDA – 6 TERMINAIS.
Com esse tipo de motor podemos efetuar a ligação em dois tipos de tensão de alimentação diferentes. Além disso, pode-se inverter o sentido de giro desse motor. É necessário ressaltar que não é possível fazer a inversão com o motor em movimento. Deve-se desligá-lo para que possa ser dada a partida em outra direção. O enrolamento principal é representado por duas bobinas, sendo os seus inícios os números 1 e 3 e os seus finais 2 e 4 respectivamente. O enrolamento auxiliar é representado pelos bornes numerados com início da bobina em 5 e final em 6, conforme Fig. 8.
FIGURA 8 - BOBINAS DE UM MOTOR DE INDUÇÃO MONOFÁSICO
Os terminais 1 até 4 são conectados às metades do enrolamento, como nos motores de quatro terminais. Os terminais 5 e 6 estão ligados à parte e têm como função a inversão do sentido de rotação, bastando inverter a ligação dos terminais 5 e 6. A ligação do motor a maior tensão (220 V) é feita como no motor de quatro terminais. Nesse enrolamento estão um capacitor e uma chave centrífuga, responsável pelo desligamento desse enrolamento quando o motor atingir 75% de sua velocidade nominal. A Figura 9 mostra o esquema de ligação para a tensão maior. Para inverter o sentido de rotação, basta trocar as conexões dos terminais 5 e 6.
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FIGURA 9 – ESQUEMA DE LIGAÇÃO DO MOTOR MONOFÁSICO COM 6 TERMINAIS. MAIOR TENSÃO
A Fig. 10 seguinte mostra a ligação na menor tensão (110V). Como no caso da maior tensão, para inverter a rotação, basta trocar a ligação dos terminais 5 e 6. FIGURA 10 – INVERSÃO DE ROTAÇÃO DE MOTOR COM 6 TERMINAIS. MENOR TENSÃO
4.3.9 – DESVANTAGENS DO MOTOR DE INDUÇÃO MONOFÁSICO:
Em comparação com motores trifásicos, os monofásicos apresentam muitas desvantagens:
Apresentam maiores volume e peso para potências e velocidades iguais (em média 4 vezes); em razão disto, seu custo é também mais elevado que os de motores trifásicos de mesma potência e velocidade;
Possuem o inconveniente de serem incapazes de partir sem a ajuda de um circuito auxiliar;
Necessitam de manutenção mais apurada devido ao circuito de partida e seus acessórios;
Apresentam rendimento e fator de potência menores para a mesma potência; em função disso apresentam maior consumo de energia (em média 20% a mais);
Possuem menor conjugado de partida;
São difíceis de encontrar no comércio para potências mais elevadas (acima de 10 cv).
4.3.10 – LIGAÇÃO DE MOTORES MONOFÁSICOS À REDE DE
ALIMENTAÇÃO:
Assim como os motores trifásicos, os monofásicos são projetados para trabalhar em duas tensões distintas, como 110-220 [V] ou 220-440 [V]. Para isso, o enrolamento principal é dividido em duas partes (enrolamentos 1 - 3 e 2 - 4), como mostra a Figura 28 uma terceira parte corresponde ao circuito auxiliar de partida (que, nesta figura é do tipo capacitor de partida), o enrolamento 5 - 6; na Figura 29 se mostra a caixa de terminais do motor, com os bornes à vista.
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FIGURA 11 - ESQUEMA DE MIM COM CAPACITOR DE PARTIDA – DIAGRAMA ESQUEMÁTICO
As ligações devem ser feitas de tal forma que a tensão nos enrolamentos seja sempre a mais baixa entre aquelas especificadas na placa do motor. Admite-se certa flexibilidade nesta tensão: por exemplo, os enrolamentos podem trabalhar na faixa de 110 a 127 [V] sem problemas.
4.3.11 – MANUTENÇÃO DO MOTOR DE INDUÇÃO MONOFÁSICO:
Conforme informações citadas acima:
4.3.11.1 – TROCA DOS ROLAMENTOS:
Troca preventiva, antes do travamento e quebra dos mesmos a cada 2 anos. FIGURA 12 – ROLAMENTO EM MANUTENÇÃO
4.3.11.2 – TROCA DOS CAPACITORES:
Levando em consideração uma frequência de partida de 4 vezes ao dia, deve ser feita a troca a cada 2 anos, do sistema de partida auxiliar antes que ocasione na quebra do motor na partida.
FIGURA 13 - SISTEMA DE PARTIDA AUXILIAR
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4.3.11.2 - TROCA DO CENTRÍFUGO:
O centrífugo é utilizado em motores com capacitor de partida ou onde há necessidade de desligamento da bobina auxiliar, como no Split – Phase.
4.3.11.2.1 - CARACTERÍSTICAS:
Montado sobre o eixo do motor;
Composto por molas helicoidais diferenciadas para 60 Hz (cor cinza) e para 50 Hz e Split – Phase (cor azul).
Seu movimento de deve a força centrífuga dos seus contrapesos.
4.3.11.3 – PLATINADO:
4.3.11.3.1 – CARACTERÍSTICAS:
Fixado na tampa traseira;
Fabricado de material isolante;
Promove o desligamento da bobina auxiliar mediante movimentação do centrífugo.
4.3.11.3.2 - MANUTENÇÃO:
Observar contatos do platinado;
Verificar qual tipo de mola do centrífugo;
Observar contrapesos;
Ajustar molas do platinado.
Utilizar peças originais quando for feito a reposição;
FIGURA 14 – CENTRÍFUGO COMPLETO
FIGURA 15 – PLATINADO
Com o motor instalado com os devidos dispositivos de proteção, o intervalo do 1º rebobinamento de um motor novo é muito variável, dependendo muito do tempo das partidas, número de partidas por um determinado tempo, e condições da rede, que também influenciam no tempo de partida.
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É claro esse tempo de um motor monofásico é muito mais crítico se comparado com o mesmo tempo de partida de um motor trifásico. Isto geralmente pode ocorre por volta de 4 a 5 anos para um motor monofásico, com proteção. O enrolamento de partida auxiliar monofásico é muito mais “vulnerável a queimas”, devido ao seu baixo número de espiras. Sua bitola é metade da bitola do enrolamento principal. O que mais acarreta defeito em motores monofásicos são os capacitores que vão perdendo sua capacitância. O tempo de partida vai ficando cada vez maior e o bobinamento auxiliar vai degradando cada vez mais por partida. Em seguida vem o platinado, que em função da grande carga inercial da máquina (por exemplo, o volante de facas da picadeira) tem o tempo de partida um tanto elevado, fazendo que o apoio deslizante do platinado se acabe mais cedo. Depois disso vem o desgaste do disco do centrífugo, que tem sua vida útil reduzida por estar em atrito com o apoio do platinado durante o tempo de partida. A especificação correta do motor (tensão, frequência, polaridade, grau de proteção, entre outros) para sua aplicação é o primeiro requisito básico para que o tempo de vida útil do motor seja alto. Porém, não é apenas isto que irá garantir o correto funcionamento. A instalação, manutenção e operação corretas são imprescindíveis. Caso ocorra a queima de um motor elétrico, a primeira providência a se tomar é identificar a causa (ou possíveis causas) da queima, mediante a análise do enrolamento danificado. É fundamental que a causa da queima seja identificada e eliminada, para evitar eventuais novas queimas do motor. Para auxiliar na análise, as fotos e o quadro abaixo apresentam as características de alguns tipos de queimas de enrolamentos e suas possíveis causas.
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4.4 - MOTOR UNIVERSAL:
Vários aparelhos eletrodomésticos, especialmente de cozinha, e diversas ferramentas portáteis utilizam outro tipo de motor monofásico, denominado universal, cujo princípio de funcionamento é completamente diferente do motor de indução. A denominação de motor universal deriva do fato de poder operar tanto sob alimentação CA como CC. A rigor, trata-se de um motor CC série. Para operação em CA, o estator e o rotor devem ser de chapas laminadas, para evitar perdas por histerese e correntes parasitas. Trata-se de um motor de velocidade variável, com baixas velocidades para grandes conjugados e altas velocidades para pequenas cargas. O conjugado de partida também é elevado. Devido a isso, são usados comumente em pequenos eletrodomésticos, como furadeiras elétricas e lixadeiras, que requerem conjugado elevado, e em liquidificadores, aspiradores de pó e bombas centrífugas, que requerem alta velocidade. Normalmente são fabricados para potências fracionárias de até 3/4 CV. Para potências acima de alguns poucos CV, funcionam precariamente em corrente alternada. Há um grande faiscamento nas escovas, e o rendimento e o fator de potência decrescem. Tipicamente o estator é um conjunto de polos salientes com bobinas enroladas sobre eles. O rotor é constituído por um enrolamento distribuído em ranhuras e ligado em série com as bobinas do estator, que recebe o nome de armadura. Os terminais das bobinas do rotor são soldados num anel coletor solidário ao eixo, e a conexão com o meio externo é feita por um conjunto de escovas de grafite. Na figura abaixo temos a representação desse tipo de motor:
FIGURA 16 – MOTOR UNIVERSAL
O motor universal é um motor com enrolamento série, o qual pode operar tanto em corrente contínua como em corrente alternada, apresentando aproximadamente a mesma velocidade e resposta. Estas condições devem ser encontradas quando tensão contínua e tensão alternada são aproximadamente iguais em valores eficazes e médios e a frequência da tensão alternada não ultrapassar 60 ciclos por segundo. A operação em corrente contínua é idêntica ao de um motor CC série. O princípio de desenvolvimento de torque pode ser obtido referindo-se à figura 8.1, onde mostra um motor série de dois polos. O motor também funcionará se uma corrente alternada é aplicada. A corrente no circuito da armadura inverte 120 vezes por segundo (para 60 ciclos), mas a excitação de campo e o fluxo do estator também invertem 120 vezes por segundo, e estas reversões acontecem
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em fase com a corrente de armadura. Em corrente alternada, o torque varia instantaneamente 120 vezes por segundo, mas o torque desenvolvido é sempre unidirecional. Contudo, há alguns efeitos presentes na operação AC que não estão presentes na CC.
4.4.1 – CONSTRUÇÃO DE ESTATOR LAMINADO:
Devido ao fato de que o fluxo do estator é alternado, é necessário usar uma estrutura laminada para reduzir as perdas histeréticas.
4.4.2 – TENSÃO REATIVA:
Em um circuito CC, a corrente é limitada pela resistência. Em um circuito AC, a corrente é limitada pela impedância e não somente pela resistência ôhmica. A impedância é composta de dois componentes, resistência e reatância. A reatância está presente no circuito AC quando um circuito magnético é criado pelo fluxo de corrente no circuito elétrico. Esta tensão de reatância, o qual está presente durante a operação AC, mas não durante a CC, absorve uma quantidade de tensão de linha, reduzindo a tensão aplicada à armadura, de modo que a velocidade do motor, para uma dada corrente, tende a ser menor em AC do que em CC. Em outras palavras, a tensão efetiva na armadura, para uma dada corrente é menor na operação AC do que na CC.
4.4.3 – EFEITO DA SATURAÇÃO:
Foi visto que a tensão reativa tende a fazer a velocidade em AC ser menor que em CC. Há outro efeito o qual dá uma tendência oposta. Este efeito é simplesmente de que uma dada raiz quadrada de valor médio de corrente alternada produzirá menos fluxo alternado efetivo do que na corrente contínua de mesmo valor devido ao efeito de saturação do ferro. Em correntes baixas e altas velocidades, a tensão reativa não é tão importante.
4.4.4 – COMUTAÇÃO E VIDA ÚTIL DAS ESCOVAS:
A comutação em corrente alternada é substancialmente mais fraca do que em corrente contínua e a duração é também menor. A principal razão para uma fraca comutação em corrente alternada é devido a tensão induzida nas bobinas curto-circuitadas submetendo-se a comutação pela ação transformadora do campo principal alternado.
4.5 - MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICA – MIT:
O motor de indução trifásico apresenta-se atualmente como uma boa opção para acionamentos controlados, pois possui algumas vantagens sobre o motor de corrente contínua, devido a inexistência do comutador. Entre estas vantagens, pode-se citar:
O custo do MIT é muito menor que o motor de CC de mesma potência;
A manutenção do MIT é mais simples e menos onerosa;
O consumo de energia do MIT nos processos de aceleração e frenagem é menor;
Com o MIT pode-se obter velocidades maiores, o que implica em
potências maiores ( ) P = w⋅T .
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A grande desvantagem do MIT reside na dependência entre fluxo e a tensão do estator, o que não ocorre nos motores CC com excitação independente. Este fato limita a faixa de variação de velocidade do motor, quando controlado por variação da tensão do estator. Atualmente, devido à evolução de sistemas eletrônicos que permitem o controle do motor por variação simultânea da tensão e frequência do estator, esta desvantagem desaparece. O motor de indução, devido as suas vantagens sobre o motor CC, é o mais utilizado em tração elétrica no parque industrial nacional.
FIGURA 17 - REPRESENTAÇÃO ELÉTRICA DE UM MIT
4.5.1 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO:
O princípio de funcionamento do MIT é o mesmo de todos os motores elétricos, ou seja, baseia-se na iteração do fluxo magnético com uma corrente em um condutor, resultando numa força no condutor. Esta força é proporcional às intensidades de fluxo e de corrente (F = il*B). Existem dois tipos de MIT:
Rotor em gaiola;
Rotor bobinado (em anéis).
4.5.2 - PARTES CONSTRUTIVAS:
Estas máquinas são constituídas basicamente por duas partes distintas, conforme mostra a figura:
Estator;
Rotor.
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4.5.2.1 - ESTATOR:
4.5.2.1.1 – CARCAÇA:
é a estrutura suporte do conjunto; de construção robusta em ferro fundido, aço ou alumínio injetado, resistente à corrosão e com aletas.
4.5.2.1.2 – NÚCLEO DE CHAPAS:
As chapas são de aço magnético, tratadas termicamente para reduzir ao mínimo as perdas no ferro;
4.5.2.1.3 – ENROLAMENTO TRIFÁSICO:
Três conjuntos iguais de bobinas, uma para cada fase, formando um sistema trifásico ligado à rede trifásica de alimentação.
4.5.2.2 - ROTOR:
4.5.2.2.1 – EIXO:
Transmite a potência mecânica desenvolvida pelo motor. É tratado termicamente para evitar problemas como empenamento e fadiga;
4.5.2.2.2 – NÚCLEO DE CHAPAS:
As chapas possuem as mesmas características das chapas do estator;
4.5.2.2.3 - BARRAS E ANÉIS DE CURTO-CIRCUITO:
São de alumínio injetado sob pressão numa única peça.
4.5.2.2.4 - TIPOS DE ROTORES:
4.5.2.2.4.1 – ROTOR BOBINADO:
Permite acesso aos enrolamentos rotóricos através de anéis coletores para realização de, por exemplo, controle de velocidade do motor;
FIGURA 18 - ROTOR BOBINADO
4.5.2.2.4.2 – ROTOR GAIOLA DE ESQUILO:
Formado por barras de cobre curto-circuitadas, imersas nas ranhuras do rotor e conectadas nas extremidades por anéis.
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Outras Partes do Motor de Indução Trifásico
Tampa.
Ventilador.
Tampa defletora.
Caixa de ligação.
Terminais.
Rolamentos.
4.6 - MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICA ASSÍNCRONO:
4.6.1 - MOTORES DE INDUÇÃO TIPO GAIOLA:
Nestes motores há:
Um estator com enrolamento montado na carcaça do motor que vai fornecer o campo girante do motor;
Um rotor com o enrolamento constituído por barras curte-circuitadas que sob ação do campo girante irá fornecer energia mecânica no eixo do motor.
Quando o motor é energizado ele funciona como um transformador com o secundário em curto-circuito e, portanto exige da linha uma corrente muito maior que a nominal, podendo chegar a 7 vezes a corrente nominal. À medida que o campo girante “arrasta” o rotor aumentando sua velocidade a corrente vai diminuindo até atingir a corrente nominal quando a rotação atinge seu valor nominal. Se o motor é energizado em vazio ele adquire rapidamente sua velocidade nominal e a diminuição da corrente será, correspondentemente, rápida também. As empresas fornecedoras de energia elétrica (as concessionárias) exigem que haja uma limitação da corrente de partida dos motores, de acordo com as condições do seu sistema: a potência instalada disponível (gerada ou comprada) e o dimensionamento dos condutores. Esta exigência é feita para não prejudicar a qualidade da energia fornecida, pois no momento da partida de um motor grande de um consumidor haverá uma queda de tensão nos alimentadores e outros consumidores receberão a energia sob uma tensão mais baixa. Uma concessionária de uma pequena
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cidade irá, pois, exigir redução da corrente de partida em motores pequenos enquanto que concessionárias de grandes cidades poderão admitir a partida direta (com 100% da tensão) de motores bem maiores.
4.6.2 - ROTOR BOBINADO (OU DE ANÉIS):
As bobinas são confeccionadas com barras de cobre nu. Uma espira da bobina é composta por duas partes, as quais são soldadas entre si na cabeça de bobina. O isolamento das bobinas, normalmente, é por revestimento com fitas a base de mica em "estágio B" (catalisadas). É o mesmo processo do estator. As bobinas são fixadas rigidamente dentro das ranhuras através de cunhas. Os anéis coletores são fornecidos em aço inox (padrão), entretanto poderão ser fornecidos em bronze ou latão, dependendo da aplicação e do local onde será instalado. O rotor é curto-circuitado por intermédio do conjunto dos anéis coletores e escovas, os quais dão acesso ao enrolamento do rotor, estes são projetados para suportar a corrente máxima de operação necessária e a dissipação de calor gerado pela corrente elétrica e o contato entre escovas e anéis. Através das escovas e do coletor é possível conectar uma resistência trifásica em série com os enrolamentos do rotor, variando-se assim a impedância do secundário do motor. Com um reostato em série com o rotor é possível regular a corrente e o conjugado de partida ou nas condições de regime variar a rotação de trabalho (escorregamento).
4.7 – MANUTENÇÃO:
Os motores elétricos são responsáveis por grande parte da energia consumida nos segmentos onde seu uso é mais efetivo, como nas indústrias, onde representam em média mais de 50% do consumo de eletricidade dessas instalações. São, portanto, equipamentos sobre os quais é preciso buscar, prioritariamente, a economia de energia. Nos motores elétricos as operações de controle de materiais e equipamentos têm na sua maioria um efeito direto sobre o estudo mecânico e elétrico destes equipamentos, agindo direta ou indiretamente sobre seus rendimentos. Neste capítulo são apresentadas ações que, se adotadas pelos técnicos de manutenção, resultarão na melhoria do rendimento dos motores existentes em suas instalações, proporcionando economia de energia elétrica. Cabe ainda observar que 90% dos motores elétricos instalados são assíncronos com rotor em curto-circuito, sendo, portanto este tipo de equipamento objeto da análise a seguir apresentada.
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A figura abaixo mostra as principais perdas que ocorrem nos motores elétricos assíncronos:
4.7.1 – CARREGAMENTO CONVENIENTE DOS MOTORES:
Um motor elétrico é dimensionado para fornecer um conjugado nominal Cn, a uma velocidade nominal Nn. Isto é, para uma potência nominal Pn, temos: Pn = Cn x Nn
As perdas elétricas (ou perdas térmicas) variam com o quadrado do conjugado resistente (carga). Num motor bem dimensionado, o conjugado resistente deve ser menor que o conjugado nominal. Se for igual ou ligeiramente superior, o aquecimento resultante será considerável. Por outro lado, um motor "sub-carregado" apresente uma sensível redução no rendimento. O carregamento ideal deveria corresponder à carga do trabalho a ser efetuado, o que nem sempre é fácil de determinar. Se o trabalho exigido da máquina acionada apresente sobrecargas temporárias, a potência do motor deve ser ligeiramente superior à potência necessária. É importante limitar o crescimento das perdas, realizando adequada manutenção das máquinas e componentes mecânicos de acionamento, como por exemplo: regulagem das folgas, lubrificação adequada, verificação dos alinhamentos, etc. Finalmente, devemos lembrar que motores individuais são geralmente mais econômicos em energia do que as transmissões múltiplas. A título de ilustração, apresentamos no quadro a seguir a diminuição do rendimento de um motor assíncrono trifásico de 75 CV, 4 pólos, em função do carregamento apresentado em regime normal de operação.
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4.7.2 – RENDIMENTO:
O rendimento depende do projeto e do tipo do motor, sendo seu valor influenciado pela parcela de energia elétrica transformada em energia mecânica e, portanto, das perdas (elétricas e mecânicas) que se apresentam e que, no final, são obtidas pela diferença entre a potência fornecida e a recebida. Há dois métodos principais para determinação do rendimento: o direto e por adição das perdas. No caso de valores garantidos, a norma NBR 7094 (ABNT) permite as seguintes tolerâncias: a) Tolerância pela adição das perdas: • Motores com rendimento igual ou inferiores a 0,851: - 0,15 . (1 - η) • Motores com rendimento superior a 0,851: - 0,20. (1 - η). b) Tolerância pelo calculo direto (Potência no eixo /Potência absorvida): - 0,15 . (1 - η).
4.7.2.1 - IMPORTÂNCIA DO RENDIMENTO:
É importante que o motor tenha um rendimento alto, por dois motivos. Primeiro, porque um rendimento alto significa perdas baixas e, portanto, um menor aquecimento do motor. Segundo, porque, quando maior o rendimento, menor a potência absorvida da rede, e, portanto, menor o custo da energia elétrica paga. O rendimento varia com a carga solicitada do motor. Os catálogos dos motores Weg, indicam os valores típicos do rendimento em função da carga (50%, 75% e 100% de carga). Estes valores são representados genericamente na figura abaixo:
4.7.3 – VENTILAÇÃO ADEQUADA:
Nos motores auto-ventilados, o ar de resfriamento é fornecido por um ventilador interno ou externo acionado pelo eixo do motor. O fluxo de ar arrasta consigo poeira e materiais leves que obstruem aos poucos as aberturas ou canais e impedem a passagem do ar e a dispersão normal de calor, o que aumenta fortemente o aquecimento do motor. Por outro lado, é comum encontrar nas indústrias motores instalados em espaços exíguos que limitam a circulação do ar, provocando aquecimentos excessivos.
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Nos motores que utilizam ventilação forçada externa, a parada do grupo moto- ventilador pode causar os mesmos problemas. Portanto, para assegurar o bom funcionamento das instalações, devem ser tomadas as seguintes precauções:
Limpar cuidadosamente os orifícios de ventilação;
Limpar as aletas retirando a poeira e materiais fibrosos;
Cuidar para que o local de instalação do motor permita livre circulação de ar;
Verificar o funcionamento do sistema de ventilação auxiliar e a livre circulação do ar nos dutos de ventilação.
4.7.4 - CONTROLE DA TEMPERATURA AMBIENTE:
De forma geral, a temperatura limite suportada pelos isolantes do motor é calculada para o funcionamento num ambiente com temperatura de 40ºC. Portanto, é importante verificar e controlar a temperatura ambiente para não ultrapassar os valores para os quais o motor foi projetado.
4.7.5 - CUIDADO COM AS VARIAÇÕES DE TENSÃO:
O equilíbrio térmico de um motor é modificado quando a tensão de alimentação varia. Uma queda de tensão limita o fluxo do circuito magnético, reduzindo as perdas no ferro e a corrente em vazio. Porém, o conjugado motor deve superar o conjugado resistente, para impedir o aumento excessivo do escorregamento. Como o conjugado motor é função do produto entre o fluxo e a intensidade da corrente absorvida, se o fluxo diminui a intensidade da corrente aumenta. Com a corrente em carga aumentada pela queda de tensão, o motor se aquecerá, aumentando as perdas. Um aumento de tensão de alimentação terá efeitos mais limitados, uma vez que a corrente em vazio aumenta enquanto a corrente em carga diminui.
4.7.6 - OPERAÇÃO COM PARTIDAS E PARADAS BEM EQUILIBRADAS:
Devem ser evitadas as partidas muito demoradas que ocorrem quando o conjugado motor é apenas ligeiramente superior ao conjugado resistente: a sobreintensidade de corrente absorvida, enquanto a velocidade nominal não é atingida, aquece perigosamente o motor. Da mesma forma, uma frenagem por contracorrente, ou seja, através de inversão do motor, representa, a grosso modo, o custo equivalente a três partidas. Em todos os casos, é fundamental assegurar-se que o conjugado de partida seja suficiente:
o através da escolha de um motor adequado;
o verificando se a linha de alimentação possui características necessárias para limitar a queda da tensão na partida;
o mantendo a carga acoplado ao motor em condições adequadas de operação, de forma a não apresentar um conjugado resistente anormal.
4.7.7 – PARTIDAS MUITO FREQÜENTES:
Quando o processo industrial exige partidas frequentes, essa característica deve ser prevista no projeto do equipamento e o motor deve estar adaptado para trabalhar desta forma.
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Porém, em consequência de reguladores de algumas máquinas, pode ser necessário proceder a várias partidas num tempo relativamente curto, não permitindo que o motor esfrie adequadamente. A figura abaixo mostra que entre cada partida a curva de aquecimento tem sua origem e pico mais elevados e pode ultrapassar rapidamente o limite crítico de temperatura. Aconselha-se, durante essas regulagens, observar a temperatura do motor, proporcionando tempos de parada suficientes para que a temperatura volte a um valor conveniente.
4.7.8 – DEGRADAÇÃO DOS ISOLANTES TÉRMICOS:
A vida útil de um isolante pode ser drasticamente reduzida se houver um sobreaquecimento representativo do motor. As principais causas da degradação dos isolantes são: sobretensão de linha, sobreintensidade de corrente nas partidas, depósito de poeira formando pontes condutoras, ataque por vapores ácidos ou gases arrastados pela ventilação. Para prevenir a degradação desses isolantes, recomendamos no quadro abaixo algumas medidas a serem tomadas:
4.7.9 – FIXAÇÃO CORRETA DOS MOTORES E ELIMINAÇÃO DE
VIBRAÇÕES:
O motor standard é construído para funcionar com eixo horizontal. Para funcionamento com eixo vertical ou outras inclinações, o motor deve ser construído para esse fim, geralmente equipado com um mancal de encosto. Em poucas palavras, um motor nunca deve ser fixado numa inclinação qualquer de seu eixo sem que se tenha certeza de suas características próprias. Vibrações anormais causam uma redução no rendimento do motor: elas podem ser consequência de uma falha no alinhamento, de uma fixação insuficiente ou defeituosa do motor em sua base, de folgas excessivas dos mancais, ou ainda de um balanceamento inadequado nas partes giratórias. Para controlar este problema, podemos tomar algumas medidas preventivas, mostradas no quadro abaixo.
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4.7.10 - LUBRIFICAÇÃO CORRETA DOS MANCAIS: É importante saber que a uma temperatura de 40ºC, a vida útil de um rolamento de esferas em funcionamento contínuo pode ser de 3 a 4 anos ou mais. No entanto, para cada 10ºC de elevação da temperatura de trabalho a vida útil diminui, em média, 50%. A correta lubrificação dos rolamentos, além de permitir uma melhoria de rendimento, evita a elevação da temperatura que prejudica a vida útil desses equipamentos. A lubrificação dos rolamentos é feita geralmente com graxa mineral. Quando as temperaturas de operação forem elevadas (de 120ºC a 150ºC) ou as velocidades de rotação forem acima de 1.500 RPM, usa-se óleo mineral para a lubrificação. Esses óleos devem ter características lubrificantes adequadas às condições de trabalho. Nos motores de pequena potência, a lubrificação inicial na montagem é prevista de modo a assegurar um número elevado de horas de funcionamento. Às vezes, a reserva de graxa é suficiente para toda a vida útil do equipamento. Nos motores maiores há necessidade de lubrificação externa. A frequência de lubrificação depende do projeto dos mancais e das características dos lubrificantes utilizados. No quadro abaixo são apresentadas algumas recomendações que podem garantir maior vida útil para os rolamentos e um menor consumo de energia.
4.8 - TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO OFF-LINE:
4.8.1 – TESTE DE ALTO-POTÊNICAL:
O teste de alto-potêncial, mais conhecido como Hi-Pot, é um teste destrutivo e tem como objetivo assegurar que os enrolamentos tem isolamento suficiente para suportar as tensões e sobretensões de trabalho. Faz-se-o depois de medição da resistência de isolamento. Aplicados em motores que operam em 2200 volts ou mais. O teste é feito com a aplicação de uma alta tensão de caráter contínuo é aplicada aos enrolamentos com o objetivo de se avaliar o isolamento entre os enrolamentos e o terra.
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PAINEL DO HI-POT TRANSFORMADOR DO HI-POT
4.8.2 – TESTE DE ISOLAMENTO:
Uma pequena tensão de caráter contínuo é aplicada entre os enrolamentos e o terra. A corrente de fuga é então medida e convertida em uma medida de impedância em Ohms.
4.8.3 - TESTE DE RESISTÊNCIA:
Através de um medidor de resistência, medidas entre os enrolamentos do estator são feitas com o intuito de se identificar perda ou quebra de conexões, bem como problemas em estágio avançado nos enrolamentos. O teste de Resistência de Isolamento pode ajudá-lo a reduzir o tempo de usado em diagnósticos e soluções de problemas quando há uma falha conhecida e também pode ajudá-lo no planejamento de manutenção e previsão de falhas em sistemas críticos.
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4.8.4 - ANÁLISE DO CIRCUITO DO MOTOR (MCA):
Através da leitura de impedâncias, ângulo de fase, corrente, resposta em frequência, etc., avalia-se as conexões, cabos, rotor, entreferro e isolamento. Permite a detecção de falhas em incipientes.
4.9 – TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO ON-LINE:
4.9.1 - ANÁLISE DE VIBRAÇÃO:
Provê medidas de níveis globais e análise espectral das vibrações no motor através de um acelerômetro. Mais antiga e difundida no meio industrial, esta técnica requer conhecimento das características do sistema em teste e é utilizada na identificação da presença e severidade de falhas de origem mecânica no motor, rolamentos e em todo o conjunto eletromecânico. Também, provê alguma informação de problemas elétricos e em problemas no rotor.
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4.9.2 – ANÁLISE TERMOGRÁFICA:
Devido à introdução de câmeras termográficas de infravermelho, é possível obter mapas de temperatura do motor e dos equipamentos a ele associado. É excelente para a detecção de mau contato em conectores e demais falhas elétricas, além de apresentar boa capacidade de identificação de falhas mecânicas e de fadiga de materiais.
4.9.3 – ANÁLISE ACÚSTICA:
Através da análise de ruído de baixa e alta frequência, detecta diversos problemas elétricos e mecânicos já em estágio avançado de falha. Depende também de conhecimento das características do sistema em teste. Análise de vibração e ruído em torno dos limites da fábrica para o controle ambiental, conforme exigências da FEAM (Fundação Estadual do Meio Ambiente) e também para que as empresas possam obter a certificação ISO 14001 (norma para o meio ambiente).
FIGURA 19 - MEDIÇÃO ATRAVÉS DO DECIBELIMETRO.
4.9.4 – ANÁLISE DE ASSINATURA ELÉTRICA (ESA):
Mais recente, envolve técnicas espectrais baseadas na análise da corrente (envolvendo ou não a tensão de alimentação). Utiliza o motor como transdutor para detectar a presença e severidade de falhas elétricas e mecânicas em boa parte do conjunto eletromecânico, especialmente no rotor. Requer informações
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do sistema em teste e, numa análise avançada, informações construtivas do motor como número de barras rotóricas e ranhuras no estator.
4.9.5 - ANÁLISE DE FLUXO MAGNÉTICO (BARRAS QUEBRADAS):
Em um motor de indução trifásico com rotor de gaiola, barras quebradas ou trincadas perturbam o fluxo magnético fazendo flutuar a frequência do rotor e, consequentemente, a rotação e a corrente do motor. Vários autores têm pesquisado o problema de barras quebradas e o desenvolvimento de técnicas para realizar o seu diagnóstico, tais como Lamim Filho, Penman e Stavrou, Walliser e Landy entre outros. Análise da Assinatura Elétrica (ESA) é a denominação geral para um conjunto de técnicas de monitoramento da condição de máquinas elétricas pela análise de sinais elétricos. São técnicas de monitoramento por ESA: CSA (current signature analysis), VSA (Voltage signature Analysis), EPVA (Extended Park’s Vector Approach), IPSA (Instantaneous Power Signature Analysis), dentre outras. O motor (ou gerador) do conjunto rotativo sob análise é utilizado para o diagnóstico de falhas, atuando como um transdutor nesse processo. Variações nos sinais de tensões e correntes são analisadas com o intuito de se relacionar certas características da assinatura às condições elétrica e mecânica do sistema. O uso industrial da técnica de ESA visa a melhorar a confiabilidade dos equipamentos uma vez que propicia uma maior robustez ao diagnóstico. Com isto, espera-se como resultado um aumento da disponibilidade de máquina pela redução do down time, redução das horas de manutenção, melhor gerenciamento e planejamento da manutenção, redução dos custos de manutenção e aumento da segurança. Os benefícios inerentes à técnica são: ser não invasiva; não requerer instalação de sensores no conjunto (e, sim, na alimentação); não necessidade de serem adequados a áreas classificadas (por poderem ser instalados no painel, livre de misturas potencialmente explosivas); apresentar alta capacidade de monitoramento remoto, reduzindo a exposição do homem da manutenção ao risco; poder ser aplicada a qualquer máquina, sem restrição de potência; apresentar sensibilidade a falhas mecânicas no motor e na carga, falhas elétricas no estator e problemas na alimentação; dentre outras. Por essas razões, recomenda-se a aplicação desta técnica quando se procura: prevenir falhas catastróficas; melhorar a confiabilidade e segurança do processo produtivo; diminuir o tempo de reparo ou substituição de máquinas; aprimorar o monitoramento da condição de máquinas elétrica; implementar o
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monitoramento remoto, possibilitar um planejamento prévio de manutenção e acessar a condição de máquinas em locais de difícil acesso. Dentre as diversas técnicas empregadas para análise da assinatura elétrica, duas serão abordadas nesse trabalho: MCSA e EPVA. MCSA é a técnica usada para analisar e acompanhar a tendência de características do sinal de corrente do motor de indução. A análise apropriada dos resultados da aplicação da técnica auxiliará a preditiva da planta na identificação de: problemas no estator; problemas rotóricos; problemas no acoplamento; problemas na carga acoplada; carregamento do sistema, problemas no rolamento etc. Esta técnica usa o motor de indução como um transdutor, permitindo que o usuário avalie a condição elétrica e mecânica a partir do painel de alimentação e consiste, basicamente, na monitoração de uma das três fases da corrente de alimentação. O sinal de corrente de uma das fases do motor é analisado para produzir o espectro de corrente, normalmente referenciado como Assinatura da Corrente do Motor. O objetivo de se obter tal assinatura é identificar a magnitude e frequência de cada componente individual que constitui o sinal de corrente. Isto permite que padrões na assinatura da corrente sejam identificados para diferenciar motores “saudáveis” de motores em falta e ainda detectar em que parte da máquina a falha deve ocorrer. Entretanto, é importante ressaltar que o diagnóstico é algo extremamente complicado, ou seja, a definição de parar ou não o processo produtivo em virtude das indicações do espectro de corrente é sempre difícil e exige experiência e conhecimento do processo. EPVA é a técnica de análise espectral do módulo do vetor de Park. Os sinais de corrente são coletados e passam pela transformação de Park, logo após é calculado o módulo do vetor de Park e por fim seu espectro. Essa técnica é bastante útil no cálculo do desequilíbrio elétrico de motores sem controle de torque. O resultado é um espectro de modulado que leva em consideração as variações nas três fases de corrente. Como mencionado anteriormente, serão abordadas nesse trabalho apenas as falhas no motor, umas vez que o assunto sobre falhas no sistema de transmissão e carga é extenso e merece ser tratado separadamente. Consideram-se falhas do motor as avarias ocorridas no estator, rotor ou no mancal. Na sequencia são apresentados os padrões associados a essas falhas:
4.9.5.1 – ROTOR:
4.9.5.1.1 - BARRAS QUEBRADAS:
O problema rotórico mais comum é a presença de anel de curto quebrado e barras quebradas, trincadas ou pontos de alta resistência nas barras rotóricas. O padrão para detecção desse tipo de falha é apresentado a seguir:
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Onde: f é a freqüência fundamental da alimentação; s é o escorregamento do motor;
4.9.5.1.2 – EXCENTRICIDADE DO ENTREFERRO:
Define-se como excentricidade do entreferro a condição na qual o entreferro não apresenta uma distância uniforme entre o rotor e a superfície interna do entreferro, resultando em uma região de entreferro mínimo e outra de entreferro máximo. Existem dois tipos de excentricidade. Na excentricidade estática a posição do entreferro radial mínimo é fixa no espaço, o núcleo do estator é oval ou há um posicionamento incorreto do rotor ou estator, gerado por um desalinhamento. Além dessas possibilidades, ainda existem os aspectos construtivos que permitem um nível intrínseco de excentricidade devido às tolerâncias do processo de produção. Na excentricidade dinâmica o entreferro mínimo gira com o rotor. As principais causas são: diâmetro externo do rotor não concêntrico, empeno térmico do rotor, defeito no rolamento, desbalanceamento do rotor ou da carga. Sejam os padrões para esses dois tipos de excentricidade: Problemas mecânicos, como: desbalanceamento e desalinhamento rotórico, também são visíveis no início do espectro, com bandas laterais modulando a frequência fundamental da alimentação.
4.9.5.2 – ESTATOR:
A maior parte das avarias relativas ao estator de motores de indução encontra-se associada aos respectivos enrolamentos. A ocorrência de avarias localizadas no núcleo ferromagnético estatórico é um acontecimento bem menos frequente. Contudo, apesar de pouco frequente, essas últimas podem causar danos consideráveis nas máquinas por elas afetadas. As avarias associadas aos enrolamentos do estator apresentam um conjunto diversificado de manifestações possíveis, conforme ilustra a figura 23, podendo ainda verificar-se a ocorrência simultânea de diversas combinações. Apesar de existirem padrões para identificação dessas falhas em MCSA, a melhor técnica para análise de desequilíbrio elétrico estatórico para motores sem controle de torque é EPVA. No espectro de EPVA, o padrão de falha é
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constituído pela componente espectral em duas vezes a frequência de alimentação.
4.9.5.3 - MANCAL DE ROLAMENTO:
O monitoramento das falhas no rolamento é de suma importância em um sistema de manutenção preditiva, pois estudos indicam que cerca de 40% de todas as falhas em máquinas se devem a problemas nestes elementos [6]. Muitos trabalhos têm sugerido o monitoramento da corrente do estator para diagnosticar falhas no rolamento, contudo é importante ressaltar que esse é um campo que pode ser muito explorado e aprimorado, objetivando uma identificação mais precoce da falha.
4.9.5.4 - CASO REAL: A EXPERIÊNCIA DA PETROBRAS
A implantação desse tipo de tecnologia na Petrobras teve início no refino através das refinarias REDUC (Duque de Caxias) e REGAP (Betim). A opção foi pela implantação de um sistema remoto, conforme ilustrado pela figura a seguir: Por ser um ambiente “poluído” eletromagneticamente, foi utilizada fibra ótica para perfazer esse percurso. Tal escolha reduziria a probabilidade de contaminação do sinal por ruídos. Um conversor de fibra ótica monomodo foi instalado juntamente ao hardware do sistema utilizado. Seja a montagem realizada na Regap: Ao todo, no período de implantação da técnica, foram monitorados 21 motores, sendo 5 monitorados remotamente. Um dos motores monitorados remotamente apresentou desvio significativo e esse caso real é tratado em detalhes visando-se exemplificar o potencial da técnica de ESA. Dados do motor: 250 CV, 2400 V, 70 A, 505 RPM, 14 pólos, carga: compressor alternativo. O diagnóstico dado pelo sistema utilizado foi de desequilíbrio elétrico estatórico baseado na assinatura do espectro de EPVA apresentada a seguir:
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FIGURA 20 - ASSINATURA DO DESEQUILÍBRIO ELÉTRICO
Pode-se observar da figura que o desequilíbrio elétrico desse motor encontrava-se em 5.7%. Para se ter uma ideia de grandeza, todos os outros 20 motores monitorados não passaram de 1% de desequilíbrio. O histórico do motor foi verificado pelo engenheiro do departamento responsável pela sua implantação na refinaria e este constatou que o motor, após um ano de funcionamento, apresentou problemas elétricos. Na época, o pessoal envolvido detectou um grupo de espiras defeituosas em uma das fases do motor e decidiu fazer um by-pass desse grupo de espiras, gerando assim um desequilíbrio elétrico na máquina que foi reinstalada. Desde essa intervenção, o motor vem operando com esse nível de desequilíbrio (em torno de 6%) sem variação. Após todo trabalho de implantação da técnica nas refinarias e apresentação dos resultados, pôde-se concluir que o modelo que mais se aplica ao processo de refino da Petrobras é o sistema em rede Ethernet, cujos hardwares de aquisição são instalados dentro do painel elétrico do motor (CCM). Este modelo atende aos requisitos de segurança da Petrobras e permite o monitoramento contínuo do processo, não necessitando de alocação de mão-de-obra para as coletas e permitindo que seja usado mais tempo no processo de análise. Constatou-se que o sistema remoto instalado na REGAP e na REDUC é uma alternativa eficaz no monitoramento de máquinas rotativas por se adequar perfeitamente à rígida filosofia de segurança adotada pela Petrobras. Ele permite ainda o monitoramento não invasivo das máquinas sem expor o homem de manutenção ao risco de choques e arcos elétricos, espaços confinados de porões de cabos e sem a necessidade de emissões de permissões de trabalho (PT’s) e análises de risco (AR’s), muito custosas em termos de tempo e, consequentemente, em termos financeiros, como pôde ser verificado nas visitas realizadas às refinarias. O monitoramento de falhas elétricas apresenta grande potencial para aumentar a confiabilidade dos processos da Petrobras. Além disso, a tecnologia de análise de sinais elétricos permite o monitoramento de componentes mecânicas, o que também constitui uma ferramenta interessante em máquinas localizadas em locais de difícil acesso.
4.9.5.4.1 - CONCLUSÃO DA ANÁLISE:
As indústrias petroquímicas possuem processos monitorados por um diverso conjunto de técnicas, principalmente as baseadas em princípios mecânicos. O monitoramento por técnicas elétricas não invasivas avançadas ainda é incipiente. Como a indústria petroquímica busca constantemente a
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confiabilidade e continuidade operacional, surge um campo bastante interessante e ainda pouco explorado que é a inserção de técnicas preditivas baseadas em conceitos elétricos nesse segmento industrial. Dentre as técnicas elétricas, destaca-se a Análise da Assinatura Elétrica (ESA). Foram apresentadas neste trabalho: uma introdução teórica da técnica e os padrões de falhas relacionados ao motor. Um programa confiável do departamento de manutenção para detecção de falhas deve estar baseado em uma combinação de técnicas. Essa combinação aumenta a robustez do diagnóstico em função do cruzamento das informações fornecidas pelas técnicas empregadas. Neste trabalho, foi apresentado um caso real de implantação deste tipo de técnica no refino da Petrobras. Os resultados foram satisfatórios e encorajadores.
4.10 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
http://www.labplan.ufsc.br/congressos/Induscon%202008/pdfs/38853.pdf
http://www.tecem.com.br/downloads/Deteccao_Barras_Quebradas_Motores_Eletricos.pdf
http://dspace.c3sl.ufpr.br/dspace/bitstream/handle/1884/17818/DISSERTA%C3%87%C3%83O%20-ARLINDO%20MERTENS%20JUNIOR%20-%20UMA%20ABORDAGEM%20SOBRE%20DETEC%C3%87%C3%83O%20DE%20BARRAS%20QUEBRADAS.pdf?sequence=1
http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/
http://www.eletroh.com.br/manu_2.pdf
http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-danos-em-enrolamentos-motores-monofasicos-50009254-guia-de-instalacao-portugues-br.pdf
http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-curso-dt-6-motores-eletricos-assincrono-de-alta-tensao-artigo-tecnico-portugues-br.pdf
5 – CABOS ELÉTRICOS DE MÉDIA TENSÃO; MEDIDAS PREDITIVAS;
ISOLAMENTO E DIAGNOSE:
5.1 – INTRODUÇÃO:
Neste trabalho presente iremos aborda algumas formas de manutenção em cabos elétricos de média tensão, possuindo como objetivo a análise das medidas de diagnose e de isolamento, melhorando a vida útil dos cabos. Essas medidas de manutenção impedem a degradação dos cabos e oferecem mais segurança e maior funcionalidade ao circuito, se efetuada da maneira correta. Com isso não só iremos abordar como a manutenção é feita em cabos de MT, como também a maneira ideal de dimensiona – lá, de acordo com as formas de isolação e suas classificações, com o acompanhamento dos processos de diagnose.
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5.2 – CABOS DE MÉDIA TENSÃO:
Os cabos elétricos de Média Tensão são utilizados em circuitos de entrada ou de distribuição. Estão presentes em prédios residenciais ou industriais, subestações, postes e etc. Podem ser instaladas ao ar livre, em eletrodutos, canaletas, bandejas ou diretamente enterrados. Os cabos de média tensão são fabricados para suportar tensões de 3.6/6KV, 8.7/15KV e para tensões de 12/20KV, varia de acordo com a sua aplicação. Nos cabos de energia de Media Tensão mais comuns é possível identificar 4 partes constituintes com funcionalidades distintas:
Condutores que asseguram a transmissão da energia elétrica;
Revestimentos isolantes e semicondutores internos e externos, extrudidos simultaneamente, que garantem o adequado nível de segurança para as tensões de serviço especificadas;
Os ecrãs metálicos para escoamento das correntes de defeito, conformação do campo elétrico e, em certos tipos de cabos, para proteção mecânica e funções de estanquidade;
Os revestimentos adequados à proteção externa dos cabos, tendo em consideração as condições de instalação.
Os materiais mais comuns usados nos condutores são o cobre e o alumínio pelos elevados valores de condutividade que apresentam e pela facilidade do seu processamento. Em nível de materiais isolantes, o mais utilizado atualmente, é o polietileno reticulado (XLPE), pelas suas características intrínsecas, pela facilidade de processamento e pelo fato de conduzir, na generalidade das situações, a menores custos globais. Em certas aplicações especiais são também usados compostos de borracha de etileno-propileno (EPR e HEPR) e mais raramente, apenas para tensões até 3.6/6 KV, compostos de PVC. Para proteção externa dos cabos são habitualmente usadas bainhas de materiais poliméricos, e nos casos em que se pretenda uma maior proteção mecânica, armaduras de fios ou fitas metálicas. As exigências crescentes de segurança das pessoas e das instalações obrigaram, em muitas aplicações, à utilização de cabos de energia de MT com comportamento melhorado na presença do fogo. Estes cabos, designados habitualmente por ignífugos, utilizam bainhas de compostos com baixo teor de halogêneos e cujos fumos apresentam baixa opacidade, toxicidade e corrosividade. Além disso, em conjunto com outros componentes, conferem aos cabos uma alta resistência à propagação do fogo. Os tipos mais comuns de cabos de média tensão comercializados são:
Cabos monopolares de cobre ou de alumínio;
Cabos tripolares de cobre ou de alumínio;
Cabos trimonopolares de cobre ou de alumínio;
5.3 – ISOLAMENTO DE CABOS DE MÉDIA TENSÃO:
A confiabilidade e a vida útil de cabos de potência são influenciados pela qualidade de fabricação, fatores de serviço como tensão e umidade, e o tipo de material isolante e de cobertura. Esses fatores não só impedem a redução da vida útil dos cabos, como também evitam a ocorrência de falhas durante o
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serviço. Por isso várias fábricas de cabos realizam diversos testes em seus produtos para garantir a qualidade dos seus produtos. Problemas como esforço excessivo, raio de curvatura reduzido, perfurações ou rasgos no isolamento e falhas na montagem de emendas e terminações, podem inutilizar ou reduzir a vida útil dos cabos. Essas anomalias podem ser identificadas mediante os testes de alto potencial. Durante dos cabos, o isolamento pode sofrer avaria que podem atrapalhar o seu desempenho, como ser a elevados níveis de tensão ou de temperatura, contaminantes que podem danificar a sua proteção e etc. Testes de rotina podem detectar estas degradações, permitindo ação preventiva e evitando paradas intempestivas do processo produtivo. O isolamento dos cabos de potência são classificados em duas categorias, que são:
5.3.1 – MATERIAIS SÓLIDOS:
São termoplásticos (cloreto depolivinila e polietileno) e termofixos (borracha etileno-propileno e polietileno reticulado). Os isolantes sólidos mais utilizados nos cabos de potência são PVC, PE EPR e XLPE.
5.3.2 – MATERIAIS ESTRATIFICADOS:
São as que utilizam papel impregnado. Os materiais estratificados possuem menores valores de rigidez do que os materiais sólidos. Essa rigidez é proporcional ao número de vazios ou impurezas localizadas no material isolante. A ausência de vazios ou impurezas no isolamento evita que o material sofrer uma forte degradação durante a sua aplicação.
FIGURA 1 – CABO DE MÉDIA TENSÃO
A escolha correta do material isolante que recobre um condutor elétrico é um item da maior importância para a segurança, a qualidade e o desempenho de uma instalação elétrica.
5.3.3 – HISTÓRICO:
Os primeiros cabos isolados de que se tem notícia datam de 1795, utilizados em uma linha telegráfica na Espanha e eram isolados em papel. Seguiram-se os condutores cobertos por guta percha (uma planta nativa da Índia), os cabos em papel impregnado em óleo, os cabos em borracha natural (início do século X), em borracha sintética (EPR) e PVC (ambos logo após a Segunda Guerra Mundial). Embora possuíssem excelentes características isolantes, os cabos isolados em papel foram perdendo aplicações ao longo do tempo, principalmente devido à dificuldade de manuseio durante a sua instalação, sobretudo na realização de emendas e terminações. Isso propiciou a popularização dos cabos com isolações sólidas, tais como o PVC e o EPR.
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5.3.4 – PARA QUE SERVE A ISOLAÇÃO?
A função básica da isolação é confinar o campo elétrico gerado pela tensão aplicada ao condutor no seu interior. Com isso, é reduzido ou eliminado o risco de choques elétricos e curtos-circuitos. Podemos comparar a camada isolante de um cabo com a parede de um tubo de água. No caso do tubo, a parede impede que a água saia de seu interior e molhe a área ao seu redor. Da mesma forma, a camada isolante mantém as linhas de campo elétrico (geradas pela tensão aplicada) “presas” sob ela, impedindo que as mesmas estejam presentes no ambiente ao redor do cabo. No caso do tubo, não pode haver nenhum dano à sua parede, tais como furos e trincas, sob pena de haver vazamento de água. Da mesma forma, não podem existir furos, trincas, rachaduras ou qualquer outro dano à isolação, uma vez que isso poderia significar um “vazamento” de linhas de campo elétrico, com subsequente aumento na corrente de fuga do cabo, o que provocaria aumento no risco de choques, curtos-circuitos e até incêndios.
5.3.5 – PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS ISOLAÇÕES SÓLIDAS:
De um modo geral, as isolações sólidas possuem uma boa resistência ao envelhecimento em serviço, uma reduzida sensibilidade à umidade e, desde que necessário, podem apresentar um bom comportamento em relação ao fogo. Vejamos a seguir as principais características específicas dos dois compostos isolantes mais utilizados atualmente: o PVC e o EPR.
5.3.5.1 – CLORETO DE POLIVINILA (PVC):
É, na realidade, uma mistura de cloreto de polivinila puro (resina sintética), plastificante, cargas e estabilizantes;
Sua rigidez dielétrica é relativamente elevada, porém suas perdas dielétricas são elevadas, principalmente acima de 10 kV. Com isso, o emprego de cabos isolados em PVC está limitada a, no máximo, a tensão de 6 kV;
Sua resistência a agentes químicos em geral e a água é consideravelmente boa;
Possui boa característica de não propagação de chama, gerando, no entanto, uma considerável quantidade de fumaça e gases tóxicos e corrosivos quando submetido ao fogo;
5.3.5.2 – BORRACHA ETILENO-PROPILENO (EPR):
Por se tratar de uma mistura reticulada quimicamente, possui excelente resistência ao envelhecimento térmico;
Possui uma ótima flexibilidade, mesmo em baixas temperaturas;
Sua rigidez dielétrica é elevada e apresenta baixas perdas dielétricas, o que possibilita seu emprego em altas tensões, usualmente até 138 kV;
Quando formulada adequadamente, possui uma boa resistência à água e aos agentes químicos em geral;
Seu bom desempenho em relação ao envelhecimento térmico permite a aplicação de altas densidades de corrente;
5.3.6 – O DIMENSIONAMENTO DOS CABOS EM FUNÇÃO DA ISOLAÇÃO:
As duas principais solicitações a que a camada da isolação está sujeita são o campo elétrico (tensão) e a temperatura (corrente).
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5.3.6.1 – A TENSÃO ELÉTRICA:
Em relação à tensão elétrica, como vimos anteriormente, o PVC está limitado a 6 kV, o que o torna recomendado para emprego em cabos de baixa tensão, seja de potência, de controle, de sinal ou para ligação de equipamentos. Por sua vez, o EPR pode ser utilizado tanto em cabos de baixa, média ou alta tensão (até 138 kV). A principal característica construtiva dos cabos associada com a tensão elétrica é a espessura da isolação. Ela varia de acordo com a classe de tensão do cabo e da qualidade do material utilizado e é fixada pelas respectivas normas técnicas aplicáveis. Em geral, quanto maior a tensão elétrica de operação do cabo, maior a espessura da isolação.
5.3.6.2 – A CORRENTE ELÉTRICA:
É sabido que todo condutor elétrico percorrido por uma corrente aquece. E também é sabido que todos os materiais suportam, no máximo, determinados valores de temperatura, acima dos quais eles começam a perder suas propriedades físicas, químicas, mecânicas, elétricas etc. Desse modo, a cada tipo de material de isolação correspondem três temperaturas características que são:
5.3.6.3 – TEMPERATURA EM REGIME PERMANENTE:
É a maior temperatura que a isolação pode atingir continuamente em serviço normal. É a principal característica na determinação da capacidade de condução de corrente de um cabo.
5.3.6.4 – TEMPERATURA EM REGIME DE SOBRECARGA:
É a temperatura máxima que a isolação pode atingir em regime de sobrecarga. Segundo as normas de fabricação, a duração desse regime não deve superar 100 horas durante doze meses consecutivos, nem superar 500 horas durante a vida do cabo.
5.3.6.5 – TEMPERATURA EM REGIME DE CURTO-CIRCUITO:
É a temperatura máxima que a isolação pode atingir em regime de curto-circuito. Segundo as normas de fabricação, a duração desse regime não deve superar 5 segundos durante a vida do cabo. A tabela 1 indica as temperaturas características das isolações em PVC e EPR.
TABELA 1
Conforme podemos verificar na tabela 1, os cabos em EPR suportam temperaturas mais elevadas que o PVC. Na prática, isto significa que, para a mesma seção de cobre, um cabo isolado em EPR pode ser percorrido por uma corrente elétrica maior do que um cabo isolado em PVC, conforme indicado na Figura 1.
ISOLAÇÃO Temperatura em
regime (ºC) Temperatura em sobrecarga (ºC)
Temperatura em curto-circuito (ºC)
PVC 70 100 160
EPR 90 130 250
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FIGURA 2
5.3.6.6 – ESPECIFICAÇÃO DE ISOLAMENTO:
Em todos os sistemas com o neutro completamente isolado da terra ou ligado à terra através de impedância, uma ausência desse neutro pode provoca uma elevação na tensão das fases não afetadas, podendo chegar a assumir um valor 1.73 vezes superior àquele de regime normal. Portanto, a isolação dos cabos fica submetida a uma tensão muito superior ao valor nominal, podendo ser danificada. A classe de isolamento do cabo deve ser escolhida de acordo com o tipo de aterramento funcional do sistema elétrico, considerando possíveis eventos inesperados que podem por em risco toda a instalação utilizada.
5.4 – INSPEÇÃO DE ISOLAMENTO:
A inspeção do isolamento de cabos pode evitar futuros problemas ou até mesmo graves acidentes em uma instalação, que podem colocar pessoas em riscos. A inspeção do isolamento se resume a:
Teste de resistência de isolamento.
Teste de acompanhamento da degradação do isolamento.
Eliminação de água, causadora da arborescência.
Inspeção visual em emendas e terminações.
Eliminação de cupins e roedores.
5.5 – DIAGNÓSTICO DE CABOS DE MÉDIA TENSÃO:
Os principais problemas encontrados em testes nos cabos de média tensão geralmente provêm de três fatores: temperatura, erros de instalação e o fenômeno da arborescência.
5.5.1 – TEMPERATURA:
A temperatura de operação é um dos principais fatores que podem causar a degradação do isolamento do cabo. A degradação pode ocorrer de uma fonte pontual de calor, como em uma conexão com mau contato ou através da elevação de temperatura provocada pela circulação da corrente de operação e da limitação da troca de calor com o ambiente. Cabos bem projetados normalmente trabalham com temperaturas que não levam à degradação prematura do isolamento. É comum encontrar casos em que diversos condutores são aplicados sobre leitos de cabos e eletrocalhas sem a verificação do correspondente acréscimo de temperatura em razão de um maior número de condutores carregados. Este procedimento pode resultar em temperaturas de operação superiores às de projeto dos cabos.
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Quando são lançados condutores de seções muito diferentes (3 ou mais seções) em uma mesma linha elétrica, os condutores de menor seção devem ser superdimensionados por questões de aquecimento (NBR-5410/97).
5.5.2 – ERROS DE INSTALAÇÃO:
Falta de cuidado ao se manusear e instalar cabos em eletrodutos ou outras linhas elétricas podem causar danos que, se não causarem falhas quando o sistema for colocado em funcionamento, provavelmente irão possuir um tempo reduzido de operação.
5.5.3 – FENÔMENO DA ARBORESCÊNCIA:
A degradação dos cabos pelo efeito da arborescência costuma causar falhar nos isolamentos dos cabos e interrupção de serviço. A arborescência é uma estrutura difusa, no formato de um leque, que se forma em isolantes extrudados (principalmente em XLPE), é causada pela ação combinada de água e campo elétrico aplicado. Uma arborescência pode-se transformar numa árvore elétrica, ou atravessar o isolamento e após a ocorrência de qualquer um desses eventos, a ruptura dielétrica é iminente. Esta redução na rigidez dielétrica em muitos casos é suficiente para causar uma falha mesmo sobtensão nominal de operação. Enfim, este fenômeno causa modificações nas características isolantes do cabo como o aumento no fator de dissipação, aumento na corrente de fuga e das descargas parciais o que o torna identificável através de testes adequados.
5.6 – MÉTODOS E INDICADORES DE ESTADO:
Os cabos de energia que são fabricados atualmente apresentam boa proteção contra fenômenos de degradação. No entanto, essas degradações da camada isolante continuam sendo uma das principais causas de falhas nesses dispositivos. Além disso, grande parte dos cabos instalados foi produzido nas primeiras gerações, décadas atrás, com tecnologias que os tornam muito menos resistentes a degradações do tipo por arborescência. Com isso torna-se necessário a minimização de falhas em cabos de energia com informação que possa retratar ou predizer quais as condições operacionais da isolação de cabos elétricos. Surge então a necessidade de se obter indicadores de estado que permitam expressar a situação momentânea em que e encontra o cabo. Desse modo diversos métodos para aferir o estado de conservação foram destacado, que se dividiram em OFF-LINE e ON-LINE. No caso dos métodos off-line o cabo a ser diagnosticado deve estar sem carregamento e também desenergizado. Ao contrario disso ,os métodos on-line são realizados com o cabo em pleno funcionamento.
5.6.1 - MÉTODOS DIAGNÓSTICOS OFF-LINE:
Existem diversas metodologias para analise dos cabos em off-line. Contudo, nesta tese iremos apresentar de forma resumida os seguintes:
5.6.1.1 - MÉTODO DA CORRENTE CONTINUA DE FUGA:
A metodologia empregada neste método associa o índice de e gradação do material isolante dos cabos com nível da componente continua da corrente de fuga, que flui através da blindagem da isolação. O método consiste na
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aplicação de uma tensão continua entre o condutor e a blindagem da isolação do cabo medindo-se a correspondente corrente continua gerada pela aplicação dessa tensão. A figura a seguir representa um circuito para a medição da corrente continua de fuga. Este método é utilizado para avaliar a quantidade de nível de degradação da isolação dos cabos para grande maioria dos tipos de deterioração a que esses dispositivos estão sujeitos. Todavia esta metodologia apresenta algumas limitações, dentre as quais é possível mencionar:
O cabo a ser diagnosticado deve estar sem carga e desenergizado;
O método requer a utilização de fontes de tensão continua de grande porte para a realização dos testes;
Não é possível a realização simultânea de cabo, ou seja, os cabos devem ser analisados e diagnosticados individualmente;
Mesmo se tratando de medição em caos individuais, o tempo necessário para a realização dos testes é muito grande.
5.6.1.2 - MÉTODO DA TENSÃO RESIDUAL:
O diagnostico da isolação do cabo por este método se baseia no fato de que cabos com sinais de degradação apresentam tensões residuais maiores do que aqueles observados em cabos não degradados. O procedimento utilizado pode ser dividido em três partes, conforme indicados na figura (1).Durante um determinado tempo o cabo é submetido a uma tensão continua .Em seguida, o cabo é desconectado da tensão de alimentação e aterrado por um determinado tempo, por fim ,a tensão residual é medida em condição de circuito aberto. As duas primeiras etapas também são conhecidas como métodos da polarização e despolarização, respectivamente.
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Com a aplicação da tensão continua o dielétrico é carregado durante certo tempo devo ao processo de polarização. Após a retirada da fonte da tensão, os dipolos na isolação começam o processo de relaxação, gerando um campo elétrico mensurável. Ou seja, o método da tensão residual mede tensão resultante da aplicação de um campo elétrico, enquanto que os métodos de polarização e de polarização medem a corrente gerada pelo campo elétrico . Neste método os parâmetros a serem considerados são: a tensão e período de carregamento, e o período de aterramento da tensão de retorno .os parâmetros característicos ,para fins de diagnostico, são : o valor máximo da tensão residual, a corrente de polarização e a de depolarização. Resalta que a tensão residual é função não apenas do nível de degradação da camada isolante, mas também, do comprimento do cabo.
5.6.2 - MÉTODOS DIAGNÓSTICOS ON-LINE:
A interrupção de atividades, particularmente no que tange ao fornecimento de energia, tem consequências no processo produtivo, que em ultima analise repercute sob a forma de prejuízo de ordem financeira. Com isso é que sobressai a necessidade e a importância de desenvolvimento de métodos diagnósticos das condições operacionais da camada isolante de cabos isolados, estando o cabo em plena operação. A seguir estão alguns métodos on- line:
5.6.2.1 - ANALISE DA PERDA DIELÉTRICA (MEDIÇÃO DA ):
Quando um cabo isolado é sobmetido a uma tensão de alimentação CA a corrente que flui na isolação é quase que totalmente capacitiva, estando adiantada da tensão em 90°. Todavia, uma pequena parcela da corrente de fuga tem a mesma fase da tensão e corresponde as perdas por dissipação na isolação. O fator de perdas dielétricas (tgo) corresponde à relação entre a componente ativa e reativa da corrente de fuga e representa um indicador capaz de avaliar as perdas na isolação. Em geral, ele tende a crescer com o aumento da deteriorização dielétrica e se trata de um indicador que reflete um valor médio das degradações que ocorrem ao longo do cabo. Ou seja, é tanto mais confiável quanto mais uniforme se estabelecer a degradação. No caso da ocorrência de diferentes graus de deteriorização esse indicador não é capaz de distinguir entre uma deteriorização devido à existência de muitas pequenas arborescências de uma deterioração advinha de poucas,
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porem longas arborescências que possam apresentar maior risco para a isolação. Essa contratação é um indicativo de que o fator de perdas dielétricas esta relacionado com as perdas,mas não necessariamente com a gravidade da avaria aqui entendia como o comprimento da arborescência ,na medida em que esse parâmetro é relevante para a ruptura da isolação.O valor máximo permissível para este indicador é encontrado nos manuais do fabricante. A figura a seguir ilustra um circuito de medir ângulo de perdas da isolação.
5.6.2.2 – MÉTODO DA MEDIÇÃO DA RESISTÊNCIA DE ISOLAÇÃO:
Este é outro indicador utilizado para analisar e avaliar os danos sofridos pela isolação de cabos que este relacionado com a clássica resistência de isolamento. A camada isolante de cabos isolados pode ser representada eletricamente por uma capacitância em serie ou em paralelo com uma resistência. Á medida que a degradação evolui, ocorre um acréscimo das perdas com um incremento na corrente de fuga. Ou seja, a degradação acarreta um decréscimo no valor da resistência de isolação do cabo, sendo assim a medição da resistência de isolação permite, por meio de medições realizadas ao longo do tempo, analisar e avaliar os prováveis danos acarretados ao isolante doa cabos. Quando esse indicador se situar em níveis abaixo dos limites permitidos é sinal de que o isolante esta perdendo duas características dielétricas, mas precisamente, sua capacidade de isolação.
RESISTÊNCIA DE ISOLAÇÃO PROPRIEDADES
AVALIAÇÃO
Não deteriorado
Levemente deteriorado;
Monitorações em menor espaço de tempo.
Deteriorado;
Preparação de outro cabo.
Altamente deteriorado; substituição imediata.
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5.7 – DIMENSIONAMENTO DE CABOS DE MÉDIA TENSÃO:
Para o dimensionamento de cabos de média tensão é necessário verificar: O dimensionamento da seção do cabo corretamente, verificando os catálogos do fabricante para dimensionar de acordo com a seção adequada para cada circuito elétrico. Considerando a corrente em regime de funcionamento e o dimensionamento térmico para situações de sobrecarga e curto-circuito. A blindagem metálica do cabo deverá possuir seção adequada para suportar o nível de curto circuito e fase-terra da instalação; Se o circuito estiver localizado em pontos sujeitos à ação da água, a utilização de cabos isolados em XLPE é recomendável. Conforme o previsto no projeto de cabos com proteção de bloqueio extra. Na instalação mantenha as pontas dos cabos sempre fechadas e faça emendas estanques. Durante o puxamento do cabo, tome cuidado para preservar a cobertura, não furar e não arranhar a proteção externa do produto. Finalmente, durante a instalação dos cabos de MT, é preciso aterrar sua blindagem metálica, em pelo menos uma ponta – ou nas duas, dependendo do tamanho do circuito. Como a ponta não aterrada irá apresentar tensão, como regra geral recomenda-se que ambas as pontas sejam aterradas.
5.8 – CONCLUSÃO:
Com a execução desse trabalho podemos aprender um pouco mais sobre métodos de dimensionamento, diagnose, utilização, isolamento entre outras técnicas possíveis para a manutenção cabos elétricos, pode-se concluir a importância de tais processos sendo esses fundamentais para que a atividade desejada venha ser realizada da melhor maneira possível e seja feita com total segurança tanto para o processo tanto para o operador, sendo indispensável à execução de determinadas formas de manutenção, como também da aplicação de normas que tem como objetivo evitar certos riscos que poderiam ser eliminados com o comprimento correto das normas de dimensionamento.
5.9 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
http://www.rpmbrasil.com.br/redes2013/Nivalda_Bento_Martins.pdf http://www.eletrotecnica.ufc.br/TCC%20Jorge%20Salgado.pdf http://www.osetoreletrico.com.br/web/colunistas/michel-epelbaum/578-estimativa-do-estado-de-degradacao-de-cabos-isolados-por-meio-da-medicao-de-indicadores-de-desempenho.html http://www.pipe.ufpr.br/portal/defesas/dissertacao/193.pdf
