01

Os motores eltricos desempenham um papel importantssimo no progresso da humanidade. Devido sua extrema versatilidade, podem ser utilizados nos mais variados campos de aplicao. Seguramente, so o meio mais eficiente para a transformao de energia eltrica em mecnica. Para que possam ser especificados corretamente, necessrio conhec-los, saber quais os tipos existentes, seus princpios de funcionamento, suas caractersticas construtivas e as regras que devem ser seguidas para fazer a seleo do motor mais adequado a determinada aplicao. Pensando nisto, a Voges Motores rene neste manual, de forma simples e objetiva, os conhecimentos bsicos necessrios que possibilitam um trabalho consciente e criterioso no uso e seleo de motores. Uma ferramenta eficiente para uso no dia-a-dia.

02

ndice Noes Gerais1. NOES GERAIS 055.4 Placa De iDentificaO........................44 5.5 terMinal De aterraMentO.................45 5.6 BalanceaMentO e ViBraO.............45 5.7 nVel De ruDO.........................................46 5.8 Grau De PrOteO................................47 5.9 Pintura.........................................................48 5.10 VentilaO................................................49

10. INSTALAO

68

1.1 MOtOreS eltricOS .......................06 1.2 tiPOS De MOtOreS eltricOS......06 1.3 MOtOr De inDuO...........................06 1.4 DefinieS BSicaS .........................07

10.1 caracterSticaS MecnicaS...........69 10.2 caracterSticaS eltricaS............74

1

11. ACIONAMENTO E PROTEO

81

11.1 aciOnaMentO De MOtOreS eltricOS.82 11.2 PrOteO De MOtOreS eltricOS.....90

2. MOTORES MONOFSICOS DE INDUO

11

5.11 cOnjuntOS e cOMPOnenteS............50

2.1 MOtOr De faSe DiViDiDa.....................13 2.2 MOtOr De caPacitOr De PartiDa..13 2.3 MOtOr De caPacitOr PerManente.14 2.4 MOtOr cOM DOiS caPacitOreS.........14 2.5 MOtOr De caMPO DiStOrciDO Ou POlOS SOMBreaDOS ......................................15

6. ENSAIOS

56

6.1 enSaiOS De rOtina....................................57 6.2 enSaiSO De tiPO.........................................57 6.3 enSaiOS De PrOttiPO...........................57 6.4 enSaiOS eSPeciaiS....................................57

12. OPERAO 93 12.1 VerificaeS PreliMinareS...............9412.2 aciOnaMentO inicial.............................94 12.3 funciOnaMentO......................................94

13. MANUTENO

95

3. MOTORES TRIFSICOS DE INDUO

7. CARACTERSTICAS AMBIENTAIS 16

58

13.1 ManutenO PreDitiVa..............................9613.2 ManutenO PreVentiVa.........................97 13.3 ManutenO cOrretiVa.........................106 13.4 rOteirO De ManutenO.......................110 13.5 ajuSte DO entreferrO - MOtOfreiO 112

7.1 teMPeratura aMBiental.......................59 7.2 altituDe........................................................59 7.3 efeitO SiMultneO De altituDe e teMPeratura................................................59 7.4 reSiStncia De aqueciMentO.........59 7.5 DrenO...........................................................60

3.1 caMPO Girante........................................18 3.2 VelOciDaDe SncrOna..........................18 3.3 eScOrreGaMentO...................................18 4. CARACTERSTICAS DE

14. ASPECTOS DE GARANTIA

113

14.1 MOtOreS eltricOS MOnOfSicOS e trifSicOS..........................................................114

DESEMPENHO

19

7.6 aMBiente De funciOnaMentO.........60

4.1 caracterSticaS De PartiDa ...........20 4.2 caracterSticaS De OPeraO.......20 4.3 MOtOfreiO ................................................34

8. SELEO E APLICAO

62

8.1 SeleO........................................................63 8.2 aPlicaO....................................................63

5. CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS DOS MOTORES DE INDUO 375.1 fOrMaS cOnStrutiVaS .........................38 5.2 DiMenSiOnal................................................39 5.3 caixa De liGaO......................................42

9. RECOMENDAES GERAIS

65

9.1 eMBalaGenS...............................................66 9.2 receBiMentO.............................................66 9.3 arMazenaGeM...........................................67

ANEXOS 01 Principais normas utilizadas em mquinas eltricas girantes..........................................119 02 Sistema internacional de unidades..120 03 converso de unidades ...................121 04 frequncia em Outros Pases........124 anotaes....................................................125 05

1.4.1. CORRENTE CONTNUA

1

Noes Gerais1.1. MOTORES ELTRICOS a primeira indicao de que poderia haver um intercmbio entre energia eltrica e energia mecnica foi mostrada por Michael faraday em 1831, atravs da lei da induo eletromagntica, considerada uma das maiores descobertas individuais para o progresso da cincia e aperfeioamento da humanidade. Baseando-se nos estudos de Faraday, o fsico italiano Galileu Ferraris, em 1885, desenvolveu o motor eltrico assncrono de corrente alternada. com uma construo simples, verstil e de baixo custo, aliado ao fato de utilizar como fonte de alimentao a energia eltrica, o motor eltrico hoje o meio mais indicado para a transformao de energia eltrica em mecnica. 1.2. TIPOS DE MOTORES ELTRICOS Atravs dos tempos, foram desenvolvidos vrios tipos de motores eltricos para atender as necessidades do mercado. a tabela ao lado mostra de modo geral os diversos tipos de motores hoje existentes. 1.3. MOTOR DE INDUO De todos os tipos de motores eltricos existentes, este o mais simples e robusto. constitudo basicamente de dois conjuntos: estator bobinado e conjunto do rotor. 06

1.4.2.1. CORRENTE MONOFSICA

ALTERNADA

O nome motor de induo se deriva do fato de que as correntes que circulam no secundrio (rotor) so induzidas por correntes alternadas que circulam no primrio

(estator). Os efeitos eletromagnticos combinados das correntes do estator e do rotor produzem a fora que gera o movimento.

a corrente que passa atravs de um condutor ou de um circuito eltrico somente em um sentido. Uma fonte de tenso contnua pode variar o valor de sua tenso de sada, mas se a polaridade for mantida, a corrente fluir somente em um sentido.

Fig. 1.1. Corrente contnua. 1.4.2. CORRENTE ALTERNADA a corrente que percorre um condutor ou um circuito eltrico ora num sentido e ora noutro. normalmente estas mudanas de sentido e de intensidade se repetem regularmente (de forma senoidal) ao longo do tempo.

Se uma espira girar uniformemente dentro de um campo magntico compreendido entre dois polos (figura 1.2.), segundo a lei de induo, aparecer nesta espira uma tenso induzida de forma senoidal. Colocando os terminais desta espira em curto-circuito, circular na mesma uma corrente, chamada corrente eltrica senoidal. em circuitos puramente resistivos, a corrente estar em fase com a tenso, isto , ambas atingiro os valores mnimos e mximos no mesmo instante (figura 1.2.a). Para o caso de circuitos puramente indutivos, a corrente estar atrasada em 90 em relao tenso (figura 1.2.b) e, em circuitos puramente capacitivos, a corrente estar adiantada em 90 em relao tenso (figura 1.2.c). nos enrolamentos de motores eltricos de induo, que so circuitos predominantemente indutivos, a corrente estar atrasada em relao tenso de um ngulo dependente do fator de potncia do motor. VALOR MXIMO DE TENSO OU CORRENTE O valor mximo (ou de pico) o maior valor instantneo que a tenso ou corrente pode atingir durante um ciclo.

Fig. 1.2. Tenso alternada senoidal produzida pela rotao de um condutor girando em um campo magntico.

VALOR EFICAZ DE TENSO OU CORRENTE Como mostra a figura 1.2, os valores instantneo de tenso ou corrente variam constantemente em sentido e intensidade. Porm, quando estas grandezas so medidas com um voltmetro ou um ampermetro, o valor apresentado constante. esse valor chamado de valor eficaz de tenso ou de corrente e igual ao valor de uma tenso ou corrente contnua que produz os mesmos efeitos calorficos.

Usualmente, ao se falar em valores de tenso ou corrente (como 220V e 25a), est se fazendo referncia, implicitamente, a valores eficazes.

Fig. 1.2.a Circuito puramente resistivo.

Fig. 1.2.b Circuito puramente indutivo.

Fig. 1.2.c Circuito puramente capacitivo. 07

1.4.2.2. CORRENTE ALTERNADA TRIFSICA A corrente alternada trifsica nada mais do que a associao de trs correntes alternadas monofsicas defasadas de 120 graus eltricos, ou seja, 1/3 de perodo. Diz-se que o sistema trifsico est equilibrado quando as trs correntes monofsicas associadas possuem o mesmo valor eficaz e a mesma defasagem entre elas.

Exemplo: um motor trifsico conectado em estrela ligado a uma rede trifsica de 220V. qual a tenso e a corrente em cada enrolamento, supondo uma corrente de linha igual a 10A? Soluo:

1.4.3. TRABALHO MECNICO Define-se como trabalho mecnico o produto da fora aplicada a um determinado corpo pelo deslocamento do mesmo. Exemplo: o trabalho necessrio para elevar um corpo de 50kgf a uma altura de 3m :

Exemplo: qual a potncia mecnica necessria para acionar uma polia de raio igual a 0,5m a uma velocidade de 300 rpm, com uma fora igual a 30 kgf? Soluo:

1.4.6. POTNCIA ELTRICA 1.4.6.1. Circuitos de corrente contnua em circuitos de corrente contnua, a potncia eltrica pode ser obtida por:

Porm, como o sistema trifsico ligado em tringulo ou estrela, temos que lembrar das relaes: Para tringulo: Para estrela: assim sendo, para ambas as ligaes, a potncia aparente total dada por:

LIGAO TRINGULO na ligao triangulo os trs enrolamentos so ligados num circuito fechado. As relaes entre as tenses e correntes de linha so dadas na figura 1.5Fig. 1.3. Corrente alternada trifsica.

1.4.4. POTNICA MECNICA a potncia mecnica o trabalho mecnico realizado na unidade de tempo.

1.4.5. CONJUGADO Uma fora atuando sobre uma alavanca origina um conjugado (figura 1.6.item a). Este conjugado depende da intensidade da fora e do comprimento do brao de alavanca, isto , da distncia onde a fora aplicada ao ponto de apoio. no caso de uma polia (figura 1.6. item b), o brao de alavanca o prprio raio da polia. onde, V = Tenso em V

I = Corrente em A R = Resistncia em ohm

a unidade usual para potncia eltrica o Watt (W), que corresponde a 1V x 1a. 1.4.6.2. Circuitos de corrente alternada nos circuitos de corrente alternada existem 3 formas de potncia: Potncia Aparente (Ps): Em circuitos monofsicos a potncia aparente obtida pelo produto da tenso pela corrente.

LIGAO ESTRELA esta ligao se caracteriza por possuir um ponto comum entre as trs fases. Neste ponto, pode ou no ser ligado um condutor, denominado de neutro, caracterizando assim dois tipos de ligao estrela (com neutro ou sem neutro). no caso de motores eltricos, utilizada a ligao estrela sem neutro, uma vez que o desequilbrio entre as fases , normalmente, insignificante. As relaes entre as tenses e correntes de linha e fase so dadas na figura 1.4.

Potncia Ativa (P) Potncia ativa a parte da potncia aparente que realmente transformada em energia. obtida do produto entre a potncia aparente e o fator de potncia.

no exemplo anterior, a potncia mecnica necessria para realizar o trabalho em 2 segundos :

FIG. 1.5. Ligao trifsica tringulo.

Exemplo: um motor trifsico conectado em tringulo ligado em uma rede trifsica de 220V. Sendo a corrente em linha igual a 10a, qual a tenso e a corrente em cada enrolamento? Soluo:

Para movimentos circulares, a distncia substituda pela velocidade perifrica, isto , pelo caminho percorrido em metros na periferia da pea girante em um segundo.

Obs.: se a carga for puramente resistiva, cos = 1, a potncia ativa e a potncia aparente tero o mesmo valor. Potncia Reativa (Pq) a parte da potncia aparente que apenas transferida e armazenada nos elementos indutivos e capacitivos do circuito, no realizando trabalho.

Fig. 1.6. Conjugado.

ou, para movimentos circulares Onde, Ento:v = Velocidade angular em m/s d = Dimetro da pea em m n = Velocidade em rpm.

onde, C = Conjugado em kgf.m

Para circuitos trifsicos a potncia aparente a soma das potncias aparentes de cada fase.

Fig. 1.4. Ligao trifsica estrela.

F = Fora em kgf l = Brao de alavanca em m r = Raio da polia em m

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Tringulo de Potncias as relaes entre os trs tipos de potncia existentes em um circuito de corrente alternada pode ser ilustrada atravs do chamado tringulo de potncias.

corrente e a tenso. indica a quantidade de potncia ativa contida na potncia aparente (figura 1.7).

1.4.9. RELAO ENTRE CONJUGADO E POTNCIA Na especificao e seleo de motores pode ser importante a avaliao da qualidade de torque externo disponvel numa polia ou eixo do motor para executar um determinado trabalho mecnico velocidade nominal. a equao que relaciona a potncia fornecida, o torque externo e a velocidade dada por:

Motores Monofsicos de Induo

1.4.8. RENDIMENTO a relao entre a potncia mecnica disponvel no eixo do motor e a potncia eltrica absorvida da rede chamada de rendimento. Indica a eficincia da mquina na transformao de energia. Geralmente dada em porcentagem.

2

Fig. 1.7. Tringulo de potncias.

1.4.7. FATOR DE POTNCIA fator de potncia (cos) o valor do cosseno do ngulo de defasagem entre a

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2.1. MOTOR DE FASE DIVIDIDA (SPLIT-PHASE)

2

Motores Monofsicos de InduoDe modo geral os motores eltricos de induo monofsicos so a alternativa natural aos motores de induo polifsicos, nos locais onde no se dispe de alimentao trifsica, como residncias, escritrios, oficinas e em zonas rurais. entre os vrios tipos de motores eltricos monofsicos, os motores com rotor tipo gaiola se destacam pela simplicidade de fabricao e, principalmente, pela robustez, confiabilidade e longa vida sem necessidade de manuteno.

este motor possui um enrolamento principal e um auxiliar (para a partida), ambos defasados no espao de 90 graus eltricos. O enrolamento auxiliar cria um deslocamento de fase que produz o conjugado necessrio para a rotao inicial

e a acelerao. quando o motor atinge uma rotao predeterminada, o enrolamento auxiliar desconectado da rede atravs de uma chave que normalmente atuada por uma fora centrfuga (chave ou disjuntor centrfugo) ou, em casos especficos, por

Conj. Mximo

Conj. da Partida

Conj. Nominal

rel de corrente, chave manual ou outros diapositivos especiais (figura 2.1). Como o enrolamento auxiliar dimensionado para atuao somente na partida, seu no desligamento provocar a sua queima. O ngulo de defasagem que se pode obter entre as correntes do enrolamento principal e do enrolamento auxiliar pequeno e, por isso, esses motores tm conjugado de partida igual ou pouco superior ao nominal, o que limita a sua aplicao a potncias fracionrias e a cargas que exigem reduzido ou moderado conjugado de partida, tais como mquinas de escritrios, ventiladores e exaustores, pequenos polidores, compressores hermticos, bombas centrfugas, etc.

Fig. 2.1. Esquema bsico e caracterstica conjugado x velocidade.

2.2. MOTOR DE CAPACITOR DE PARTIDA (START-CAPACITOR) um motor semelhante ao de fase dividida. A principal diferena reside na incluso de um capacitor eletroltico em srie com o enrolamento auxiliar de partida. O capacitor permite um maior ngulo de defasagem entre as correntes dos enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando assim elevados conjugados de partida. Como no motor de fase dividida, o circuito auxiliar desconectado quando o motor atinge entre 75% a 80% da velocidade sncrona. neste intervalo de velocidades, o enrolamento principal sozinho desenvolve quase o mesmo conjugado que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre 80% e 90% da velocidade sncrona, a curva de conjugado com os enrolamentos combinados cruza a curva de conjugado do enrolamento principal de maneira que, para velocidades acima deste ponto, o motor desenvolve menor conjugado, para 12 qualquer escorregamento, com o circuito auxiliar ligado do que sem ele. Devido ao fato de o cruzamento das curvas no ocorrer sempre no mesmo ponto e, ainda, o disjuntor centrfugo no abrir sempre na mesma velocidade, prtica comum fazer com que a abertura acontea, na mdia, um pouco antes do cruzamento das curvas. aps a desconexo do circuito auxiliar, o seu funcionamento idntico ao do motor de fase dividida. Com o seu elevado conjugado de partida (entre 200% e 350% do conjugado nominal), o motor de capacitor de partida pode ser utilizado em uma grande variedade de aplicaes e fabricado em potncias que vo de 1/4 cv a 1,5 cv.

Conj. de Partida

Conj. Mximo

Conj. Nominal

Fig. 2.2. Esquema bsico e caracterstica conjugado x velocidade.

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2.3. MOTOR DE CAPACITOR PERMANENTE (PERMANENT-SPLIT CAPACITOR) neste tipo de motor, o enrolamento auxiliar e o capacitor ficam permanentemente energizados, sendo o capacitor do tipo eletrosttico. O efeito deste capacitor o de criar condies de fluxo muito semelhantes s encontradas nos motores polifsicos, aumentando, com isso, o conjugado mximo, o rendimento e o fator de potncia, alm de reduzir sensivelmente o rudo. construtivamente so menores e isentos de manuteno pois no utilizam contatos e partes mveis, como nos motores anteriores. Porm, seu conjugado de partida normalmente inferior ao do motor de fase dividida (50% a 100% do conjugado nominal), o que limita sua aplicao a equipamentosFig. 2.3. Esquema bsico e caracterstica conjugado x velocidade.

2.5. MOTOR DE CAMPO DISTORCIDO OU POLOS SOMBREADOS (SHADED-POLE) serras, furadeiras, condicionadores de ar, pulverizadores, etc. So fabricados normalmente para potncias de 1/50 a 1,5 cv. O motor de campo distorcido se destaca entre os motores de induo monofsicos por seu processo de partida, que o mais simples, confivel e econmico. Construtivamente existem trs tipos: de polos salientes, tipo esqueleto e de enrolamentos distribudos. uma das formas mais comuns a de polos salientes, ilustrada esquematicamente na figura 2.5. Observa-se que uma parte de cada polo (em geral 25% a 35% do mesmo) abraada por uma espira de cobre em curto-circuito. A corrente induzida nesta espira faz com que o fluxo que a atravessa sofra um atraso em relao ao fluxo da parte no abraada pela mesma. O resultado disto semelhante a um campo girante que se move na direo da parte no abraada para a parte abraada do polo, produzindo conjugado que far o motor partir e atingir a rotao nominal. O sentido de rotao, portanto, depende do lado em que se situa a parte abraada do polo. consequentemente, o motor de campo distorcido apresenta um nico sentido de rotao. este geralmente pode ser invertido, mudando-se a posio da ponta de eixo do rotor em relao ao estator. Outros mtodos para se obter inverso de rotao so possveis, porm, tornam-se proibitivamente onerosos.

que no requeiram elevado conjugado de partida, tais como: mquinas de escritrio, ventiladores, exaustores, sopradores, bombas centrfugas, esmeris, pequenas

Conj. Mximo

Conj. Nominal Conj. de Partida Conj. Mximo Conj. Nominal Conj. de Partida

2.4. MOTOR COM DOIS CAPACITORES (TWO-VALUE CAPACITOR) um motor que utiliza as vantagens dos dois anteriores: partida como a do motor de capacitor de partida e funcionamento em regime como a do motor de capacitor permanente (figura 2.4). Porm, devido ao seu alto custo, normalmente so fabricados em potncias superiores a 1 cv.

Fig. 2.5. Esquema bsico e caracterstica conjugado x velocidade. Conj. de Partida Conj. Mximo Conj. nominal

Fig. 2.4. Esquema bsico e caracterstica conjugado x velocidade.

quanto ao desempenho dos motores de campo distorcido, apresentam baixo conjugado de partida (15% a 50% do nominal), baixo rendimento e baixo fator de potncia. Devido a esse fato, eles so normalmente fabricados para pequenas potncias, que vo de alguns milsimos de cv at 1/4 cv.

Pela sua simplicidade, robustez e baixo custo, so ideais em aplicaes tais como: movimentao de ar (ventiladores, exaustores, purificadores de ambiente, unidades de refrigerao, secadores de roupa e de cabelo), pequenas bombas e compressores e aplicaes domsticas.

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Motores Trifsicos de Induo

Motores Trifsicos de InduoExistem dois tipos de motores trifsicos de induo: com rotor bobinado e com rotor gaiola de esquilo. O princpio de funcionamento o mesmo para ambos, porm, nos deteremos apenas no motor de gaiola, por ser o mais utilizado devido a maior simplicidade de construo e menor custo. 1. Carcaa: confeccionada em liga especial de alumnio injetado sob presso ou em ferro fundido cinzento assegurando unidades leves e de construo slida e robusta. 2. Estator: composto por chapas de ao com baixo teor de carbono (tratadas termicamente) ou por chapas de ao-silcio, assegurando baixas perdas e elevada permeabilidade magntica. 3. Rotor: composto por chapas de ao com as mesmas caractersticas do estator. Podem ser: bobinados, com anel de curto-circuito (fundido em alumnio injetado sob presso) ou com barramento de cobre e lato. 4. Tampas: so fabricadas em alumnio injetado sob presso ou em ferro fundido, garantindo ao motor elevada resistncia mecnica. 5. Ventilador: pode ser de nylon, ferro fundido, ou de alumnio no faiscante. Projetado para obter um sistema de ventilao onde o motor obtenha o mximo de resfriamento, associado a um reduzido nvel de rudo. 6. Calota (Defletora): pode ser de chapas de ao ou ferro fundido. Sua principal funo, alm de proteger o ventilador, de direcionar o ar sobre a superfcie do motor. 7. Eixo: confeccionado em ao projetado para suportar esforos radiais e axiais. 8. Bobinagem: os fios utilizados nos enrolamentos dos motores so de cobre, isolados por um verniz base de polister. Os isolantes do estator podem ser de classe de

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isolao B (130c), f (155c) ou H (180c). 9. Caixa de Ligao: pode ser chapa de ao ou ferro fundido. A caixa de ligao permite um deslocamento de 90 em 90 graus, para a sada dos cabos de alimentao. 10. Placa de bornes: para uma perfeita ligao dos motores, as placas de bornes so confeccionadas em material alto-extinguvel no higroscpico, resistente corrente de fuga e de alta rigidez dieltrica (opcional). 11. Rolamentos: os mancais dos motores podem ser fornecidos com vrios tipos de rolamentos. normalmente so utilizados rolamentos de esfera dimensionados de forma a assegurar longa vida til aos motores. Os rolamentos passam por uma criteriosa seleo antes de serem aprovados. Para motores com rolamentos relubrificveis o motor dispe de uma engraxadeira que possibilita o escoamento do excesso de graxa. 12. Passador de fios: utilizado para assegurar uma perfeita vedao entre a caixa de ligao e o ambiente externo (opcional).

13. Chaveta: projetada para assegurar o perfeito acoplamento do motor a carga, a chaveta confeccionada em ao SAE 1045. 14. Olhal de suspenso: para facilitar a movimentao, transporte e instalao, os motores a partir da carcaa 112 so providos de olhais fixos ou de ao forjados rosqueados na carcaa. 15. Placa de identificao: confeccionada em alumnio ou ao inox, a placa de identificao possui todos os dados necessrios para a identificao do motor conforme estabelece a NBR 17094. 16. Aterramento: os motores possuem terminais para aterramento localizados no interior da caixa de ligao. Os terminais so confeccionados em lato assegurando desta forma um perfeito contato eltrico. 17. Anel de vedao V-RING: confeccionado em borracha, veda dinamicamente o interior do motor. 18. Mola de compensao: confeccionada em ao mola e destinada a fornecer prcarga aos rolamentos. 17

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3.1. CAMPO GIRANTE Quando um enrolamento monofsico percorrido por uma corrente alternada, criase ao redor deste um campo magntico alternado fixo, cuja intensidade varia proporcionalmente a corrente. como sua orientao norte-sul sempre a mesma, dizse que o campo magntico criado pulsante. Porm, quando trs enrolamentos defasados em 120 graus no espao so percorridos por correntes defasadas em 120 graus no tempo (caso das correntes dos sistemas de alimentao trifsica), o campo magntico

criado girante, ou seja, sua orientao nortesul gira continuamente e sua intensidade constante. Este campo magntico girante se forma em cada instante, devido combinao de cada um dos campos magnticos criados por cada enrolamento monofsico. A figura 3.1 ilustra a maneira como se produz um campo girante. no instante 1, o campo gerado pelo enrolamento na fase A prevalece sobre os demais, determinando a orientao do campo magntico resultante. no instante 2, a orientao do campo magntico resultante dada pelo enrolamento da fase B que a

predominante. no instante 3, a orientao dada pelo enrolamento da fase C. Da mesma forma para os instantes 4, 5 e 6, a orientao do campo resultante dada respectivamente pelas fases A, B e C, porm, com sentido inverso como mostra a figura. no instante 7, completamos 360 graus e o ciclo reiniciado. O campo girante do estator atravessa as barras do rotor, induzindo foras eletromotrizes. estas geram correntes que, interagindo com o campo girante do estator, produzem um conjugado motriz no mesmo sentido de rotao do campo.

Caractersticas de Desempenho

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Fig. 3.1. Formao do campo girante.

3.2. VELOCIDADE SNCRONA a velocidade sncrona (ns) de um motor definida pela velocidade de rotao do campo girante, a qual depende diretamente da frequncia (f) da rede e do nmero de polos (p). assim sendo, a velocidade sncrona de um motor dada por: onde,

3.3. ESCORREGAMENTO Os motores de induo funcionam sempre a uma velocidade (n) menor que a velocidade sncrona. Esta diferena de velocidade chamada de escorregamento e sua indicao feita em porcentagem da rotao do campo girante do estator.

s = escorregamento em % ns = rotao sncrona em rpm n = rotao nominal em rpm

Exemplo: qual o escorregamento do motor do exemplo anterior se sua rotao nominal de 1750 rpm?

Exemplo: para um motor de 4 polos ligado a uma rede de alimentao de 60 Hz, a velocidade sncrona : 18

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Caractersticas de Desempenho

4

existem dois pontos importantes a serem considerados quanto ao desempenho do motor eltrico: as caractersticas da partida e de operao, que sero analisadas a seguir: 4.1. CARACTERSTICAS DE PARTIDA O termo partida definido como sendo a passagem de uma mquina do estado de repouso velocidade de regime, incluindo energizao, arranque, acelerao e se necessrio, a sincronizao com a fonte de alimentao. 4.1.1. CONJUGADO Na figura 4.1 temos uma curva tpica da variao do conjugado em relao velocidade. ela mostra que, para a velocidade sncrona, o conjugado zero, e que, conforme for adicionada carga ao

motor, sua rotao cair gradativamente at atingir um valor mximo de conjugado. Se este valor for ultrapassado, a rotao cair bruscamente, podendo at travar o motor. Conjugado com rotor bloqueado (Cp) Valor mnimo medido do conjugado de um motor com rotor bloqueado, sob tenso e frequncia nominais. Este conjugado deve ser alto o suficiente para vencer a inrcia da carga. Conjugado nominal (Cn) Conjugado fornecido no eixo do motor, correspondente potncia e velocidade nominais. Conjugado mximo (Cmx) Maior conjugado que um motor de corrente alternada pode desenvolver sob tenso e frequncia nominais. Deve ser o mais alto possvel para vencer eventuais picos de carga que podem ocorrer em certas aplicaes e para no perder bruscamente a velocidade no caso de ocorrer quedas de tenso excessivas. Conjugado mnimo de partida (Cmin) Menor valor do conjugado desenvolvido por um motor de corrente alternada, entre o repouso e a velocidade correspondente ao conjugado mximo, quando alimentado sob tenso e frequncia nominais. Observaes: 1. Estes conjugados so especificados pela nBr 17094.

2. A curva Conjugado x Velocidade obtida com tenso e frequncia nominais. 4.1.2. CATEGORIAS A NBR 17094 classifica os motores de induo trifsicos com rotor de gaiola quanto s caractersticas de conjugado em relao velocidade e quanto corrente de partida em trs categorias:

Categoria H: utilizados em cargas que exigem alto conjugado de partida, como cargas de alta inrcia, peneiras e correias transportadoras. Categoria D: utilizadas em cargas que apresentam picos peridicos e que necessitam de alto conjugado com corrente de partida limitada. Exemplo: elevadores, prensas excntricas, etc. a tabela 4.1 indica os valores mnimos de conjugado exigidos para as categorias N e H segundo a nBr 17094.

Observaes tabela 4.1: 1. Os valores de cp para a categoria H so iguais a 1,5 vezes os valores correspondentes aos da categoria n, no sendo porm inferiores a 2,0. 2. Os valores de cmn para a categoria H so iguais aos valores correspondentes aos da categoria N, no sendo porm inferiores a 1,4. 3. Os valores de cmx para a categoria H so iguais aos valores correspondentes aos da categoria N, no sendo porm inferiores a

1,9 ou ao valor correspondente de cmn. 4. Os motores da categoria D devero ter conjugado com rotor bloqueado superior a 2,75 vezes o cnom. Os valores de cmn e Cmx no so especificados. Esta categoria se aplica a motores de potncia at 150 cv. 5. a nBr 17094 no prev motores de dois polos na categoria H. 6. Os valores de potncia nominal adotados na tabela 4.1 so os valores padronizados dentro das faixas previstas na NBR 17094.

n

Fig. 4.2. Curvas conjugado x velocidade das diferentes categorias.

Fig. 4.1. Curvas conjugado x velocidade e conjugado resistente.

Aplicaes mais usuais Categoria N: a maioria dos motores encontrados no mercado pertencem a esta categoria. So utilizados no acionamento de cargas normais como bombas e mquinas operatrizes.

Tabela 4.1.

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4.1.3. MOMENTOS DE INRCIA O momento de inrcia ou inrcia rotacional um parmetro que define a resistncia de um corpo se opondo s variaes de velocidade em relao a um dado eixo. Observa-se que o momento de inrcia de um corpo depende do eixo em torno do qual ele est girando, da forma do corpo e da maneira com que sua massa est distribuda. definido como sendo o produto da massa girante pelo raio da girao ao quadrado, expresso em kg x m. indispensvel saber qual o momento de inrcia da carga a ser acionada, para determinar o tempo de acelerao de um motor, isto , para saber se o motor ter condies de acionar a carga dentro das condies normais e sem causar prejuzos ao motor. convm salientar que o momento de inrcia total do sistema a soma dos momentos de inrcia da carga e do motor:

so utilizados dois conjuntos de redutores com os seguintes dados:Redutor 1 Jc1 = 0,5 kgm Reduo: 1740/600 Redutor 2 Jc2 = 0,5 kgm Reduo: 600/200

qual o momento de inrcia da carga (jcr) referido ao eixo do motor? Qual o momento de inrcia total do sistema? Soluo:Fig. 4.3. Momento de inrcia em rotaes diferentes.

A diferena entre os conjugados (Cm-Cl) chamada de conjugado mdio da acelerao (ca). Seu valor deveria ser calculado para cada intervalo de rotao. na prtica, porm, este valor pode ser obtido graficamente como mostra a figura 4.5. Para encontrar os valores mdios de um conjugado do motor (Cm) e da carga (Cl), basta que na figura a soma das reas A1 + A2 seja igual a A3, e que a rea B1 seja igual rea B2.

de 1780 rpm, se ao mesmo for acoplada diretamente uma carga cujo momento de inrcia de 10,1 kg.m. Soluo: Jc = 10,1 kg.m (momento de inrcia da carga) Jm = 3,4 kg.m (momento de inrcia do motor) Jt = Jm + Jc = 13,5kg.m GD = 4.Jt = 4.13,5 GD = 54 kgf.m2 2 2 2 2 2

grande de tal forma que o calor gerado no instante da partida possa ser dissipado, evitando-se assim que o motor queime ou que sua vida til seja reduzida. a nBr 17094 determina um regime de partida mnimo que os motores devem suportar: a) a frio, duas partidas consecutivas com retorno ao repouso entre as partidas. b) a quente, duas partidas aps ter funcionado nas condies nominais. c) uma partida suplementar ser permitida somente se a temperatura do motor, antes da mesma, no exceder a temperatura de equilbrio trmico sob carga nominal. a condio a supe que a primeira partida do motor interrompida por um motivo qualquer, por exemplo, pela proteo do motor e permite que seja feita uma outra partida logo a seguir.

no caso de existir entre o motor e a carga mais do que uma reduo de velocidade, deve ser levado em considerao os momentos de inrcia em cada equipamento de reduo. Para a figura 4.4 temos:

Supondo que o motor parta do repouso e com o conjugado mdio de acelerao (Ca) seja constante e de valor igual a 42,86 kgf.m. ento: 4.1.4. TEMPO DE ACELERAO tempo de acelerao o tempo que o motor leva para atingir a velocidade nominal desde o instante em que acionado. Atravs deste tempo, pode-se verificar se o motor conseguir acionar uma determinada carga sem sobreaquecimento dos enrolamentos e dimensionar equipamentos de partida e proteo. calculado atravs da expresso:

Se a carga estiver girando com uma velocidade diferente do motor, seu movimento de inrcia dever ser convertido velocidade do motor antes de ser adicionada a inrcia deste (figura 4.3).

Fig. 4.5. Determinao grfica do conjugado mdio de acelerao (Ca).

4.1.5. REGIME DE PARTIDA Durante o tempo de acelerao, ou seja, o tempo de partida, os motores de induo so submetidos a altos valores de corrente. como a temperatura diretamente proporcional s perdas hmicas e estas so proporcionais ao quadrado do valor de corrente, temos durante a partida uma rpida elevao da temperatura do motor. Portanto, o intervalo entre partidas sucessivas deve ser suficientemente

a condio b supe o desligamento acidental ou no do motor em funcionamento e permite relig-lo logo a seguir. Como foi dito anteriormente, o aquecimento do motor durante a partida est relacionado com as perdas, que so maiores ou menores, dependendo da inrcia das partes girantes da carga acionada. a nBr 17094 estabelece os valores mximos de momento de inrcia da carga (tabela 4.2) para os quais o motor deve ser capaz de atender as condies anteriormente citadas. 23

onde, Onde,Jt = momento de inrcia total Jcr = momento de inrcia da carga referido ao eixo do motor Jm = momento de inrcia do motor Jc = momento de inrcia da carga nc = velocidade da carga n = velocidade nominal do motor Fig. 4.4. Momento de inrcia em rotaes diferentes. ta = tempo de acelerao em s N = variao de rotao do motor; no caso de se partir do repouso N igual a rotao nominal em rpm. GD = efeito de inrcia o produto da massa girante pelo dimetro de girao ao quadrado em kgf .m Cm = conjugado motriz mdio do motor em kgf .m Cl = conjugado mdio da carga em kgf .m Observao: GD = 4.Jt

Cn = conjugado nominal do motor em kgf .m Cr = conjugado da carga em kgf .m Ca = conjugado mdio de acelerao em kgf .m Ca = Cm Cl n = velocidade nominal do motor em rpm

Exemplo: um motor de 4 polos (Jm = 0,3 kgm) com velocidade nominal de 1740 rpm aciona uma carga com momento de inrcia de Jc = 4 kgm e rotao de 200 rpm. Para conseguir esta reduo de velocidade,

Exemplo: supondo que desejamos saber qual o tempo de acelerao de um motor 315SM, 4 polos, de 250 cv, 60 Hz, rotao

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Observaes: a) Os valores da tabela 4.2 so dados em funo de massa-raio ao quadrado. Eles foram calculados a partir da frmula:

intermitente com partidas (frenagem mecnica) com regime tipo S4 (figura 4.12). a partir dos valores de zo e za e conhecendo-se algumas caractersticas da carga, podemos calcular a frequncia de partidas ou reverses com carga (zperm.) atravs das seguintes frmulas: Frequncia de reverses permissveis (S7): Zperm = ki.Kl.Zo (reverses/hora) Frequncia de partidas permissveis (S4): Zperm = ki.kl.kg.Za (partidas/hora) As constantes ki, kl e kg, que levam em considerao a influncia do momento de inrcia, da carga e do conjugado de acelerao, so descritas a seguir: 4.1.6.1. Influncia do momento de inrcia Se um motor est acoplado a uma massa girante que tem um momento de inrcia (jc) igual quele do motor (jm), os tempos de partida e reverso e portanto as perdas comparados aos tempos do motor a vazio, so duplicados. O equilbrio trmico original pode ser restabelecido pela reduo do nmero de reverses em 50%. A relao (ki) entre o tempo de reverso com carga permitido e o tempo de reverso a vazio permitido (figura 4.6) normalmente igual relao entre o momento de inrcia do motor e o momento de inrcia total (Jm + Jc):Fig. 4.6. Frequncia de partidas e reverses permitidas em funo do momento de inrcia.

A figura 4.7 mostra a variao do fator de carga kl em funo da potncia fornecida pelo motor em operao contnua, regime tipo S7, com partidas e frenagens eltricas.

Kl = Fator de carga tr = tb . 100% tb + tst (fator de durao do ciclo)

onde, Pn = potncia nominal em kW p = nmero de pares de plos b) Para os valores intermedirios de potncia nominal, o momento de inrcia externo deve ser calculado pela frmula da observao (a). 4.1.6. NMERO DE PARTIDAS E REVERSES PERMISSVEIS POR HORA um motor pode ser revertido zo vezes por hora at o mesmo atingir o equilbrio trmico no limite mximo de sua classe de isolao, quando operado a vazio (livre de qualquer momento de inrcia e carga externas). assim, zo chamado de frequncia de reverses a vazio. Da mesma forma, este equilbrio atingido se o motor partir a vazio za vezes por hora (frequncia de partida a vazio, com frenagem mecnica). Os valores de zo e za dos motores Voges so mostrados na tabela 4.5. a frequncia de partidas a vazio (Za) maior que a de reverses (zo), apesar de existir um momento de inrcia adicional devido ao disco do freio. na nBr 17094 a operao em regime contnuo com reverses, isto , incluindo a frenagem eltrica, definida como regime tipo S7 (figura 4.15) e o regime peridico

P = relao entre a potncia de operao e a potncia nominal do motor tb = Tempo de operao tst = Tempo de parada Pop = Potncia de operao do motor Pn = Potncia nominal 4.1.6.3. Influncia do conjugado de acelerao O conjugado de acelerao a diferena entre o conjugado motor Cm e o conjugado de carga da mquina acionada cl. Para simplificar, o valor mdio do conjugado de carga muitas vezes usado. O tempo de acelerao inversamente proporcional ao conjugado de acelerao. No caso de reverses, os efeitos do conjugado de carga durante a partida e a frenagem geralmente se cancelam, mas o efeito deve ser levado em considerao pelo fator Kg nos casos de partidas comparadas sem frenagem eltrica.

4.1.6.2. Influncia da carga Sempre que um motor eltrico for operado com carga, a frequncia de partidas/reverses permitidas por hora (Zperm) ser inferior frequncia de partidas/reverses a vazio (Za ou Zo) devido ao aumento das perdas eletromagnticas. Para determinar (zperm), necessrio saber a potncia fornecida pelo motor e o regime de servio em que este ser utilizado. Pode-se considerar que as perdas em motores eltricos trifsicos de induo, na faixa de 50% a 150% da carga nominal, variam aproximadamente com o quadrado da potncia fornecida pelo motor. Assim, o fator de carga kl pode ser determinado atravs da frmula:Fig. 4.7. Frequncia de partidas e reverses permissveis em funo da potncia de sada.

Para regimes intermitentes tipo S4, os valores da figura (4.8) podem ser usados como aproximao.

4.1.7. CORRENTE DE ROTOR BLOQUEADO o valor eficaz mximo da corrente em condies estveis que percorrem o motor parado, quando alimentado sob tenses e frequncia nominais. a nBr 17094 estabelece valores mximos de corrente com rotor bloqueado em funo da potncia nominal do motor. 25

Tabela 4.2. Momento de inrcia externo (J) para as potncias normalizadas (valores dados em termos de mr, em que m a massa e r o raio mdio de girao).

onde: O fator de inrcia FI a relao entre o momento de inrcia total referido ao eixo do motor e o momento de inrcia do motor. Kl = fator de carga Pop = potncia de operao de motor Pn = potncia nominal do motor

Fig. 4.8. Grfico para determinar o fator de carga em regimes intermitentes.

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estes valores so vlidos para as categorias n, H e D, em qualquer polaridade e so expressos em funo da potncia aparente absorvida com rotor bloqueado em relao potncia nominal (kVA/cv ou kVA/kW). esses valores so obtidos atravs da frmula abaixo: onde,

Soluo: Clculo de Kl (fator de carga) supondo o motor operando na potncia nominal.

2) calcular o nmero de reverses e partidas por hora, para um motor 90 l4 3cv 220/380V 60Hz, considerando: - momento de inrcia da carga (GD) igual a 6 vezes o GD do motor; - GD do motor (catlogo) = 0,025 kgm; - regime de servio contnuo. Soluo: Supondo o motor operando a 70% da potncia nominal,

Ip = corrente com rotor bloqueado em A V = tenso nominal em V Pn = potncia nominal em cv a tabela 4.3 indica os limites mximos de Ps/Pn para motores trifsicos.

Clculo de Ki (influncia do momento de inrcia);

P = 0,7, pelo grfico da Fig. 4.7, temos que Kl = 0,6. Pn Sendo o GD da carga igual a 6 vezes o GD do motor, pelo grfico da Fig. 4.6, temos que Ks = 0,14. Clculo de Kg (influncia do conjugado de acelerao), ver fig. 4.5.

Clculo de kg (influncia do conjugado de acelerao); ver Fig. 4.5;

Tabela 4.4.

Cm = 0,45, caracterstica do motor Cl = 0,14, caracterstica da carga

Cm = 3,75, caracterstica do motor Cl = 1,26, caracterstica da carga

EXEMPLOSTabela 4.3.

a tabela 4.4 obtida a partir da tabela 4.3 mostra os valores mximos de corrente de partida (ip) para as potncias e tenses normalizadas. a indicao da corrente de rotor bloqueado na placa de identificao, segundo a NBR 17094, feita de maneira direta mostrando o valor da relao Ip/In (corrente de partida em relao corrente nominal). 26

1) calcular o nmero de reverso e partidas por hora, de um motor 71 b8 1/6cv 8 polos 220/380V 60Hz, considerando: - momento de inrcia (GD) da carga igual a 10 vezes o GD do motor; - GD do motor (catlogo) = 0,0041 kgm - regime de servio = contnuo

Clculo do nmero de reverses por hora:

clculo do nmero de reverses por hora

Clculo do nmero de partidas por hora:

clculo do nmero de partidas por hora

Tabela 4.5. Obs.: Para a partir da carcaa 315, consultar a engenharia.

27

4.2. CARACTERSTICAS DE OPERAO

C. Regime Intermitente Peridico (S3) Sequncia de ciclos de regime idnticos, cada qual incluindo um perodo de funcionamento a carga constante e um perodo de repouso e desenergizado, sendo tais perodos demasiadamente curtos para ser atingido o equilbrio trmico durante um ciclo de regime e no qual a corrente de partida no afeta significativamente a elevao de temperatura.Fig. 4.9.

4.2.1. REGIME DE SERVIO o regime ao qual o motor submetido quando em funcionamento, abrangendo os intervalos a vazio, em repouso e desenergizado, bem como as suas duraes e a sua sequncia no tempo. Normalmente os motores so projetados para operarem em regime contnuo. a norma brasileira prescreve que a indicao do regime do motor deve ser feita pelo comprador, da forma mais exata possvel. nos casos em que a carga no varia ou nos quais varia de forma previsvel, o regime poder ser indicado numericamente ou por meio de grficos que representem a variao em funo do tempo das grandezas variveis. quando a sequncia real dos valores no tempo for indeterminada, dever ser indicada uma sequncia fictcia no menos severa que a real, ou escolhido um dos regimes tipo relacionados em 4.2.1.1. 4.2.1.1. Regimes Padronizados Os regimes tipo e os smbolos alfanumricos a eles atribudos so indicados a seguir: A. Regime Contnuo (S1) funcionamento em carga constante, com durao suficiente para ser atingido o equilbrio trmico. 28Fig. 4.10.

carga constante e um perodo de repouso e desenergizado, sendo tais perodos demasiadamente curtos para ser atingido o equilbrio trmico em um nico ciclo de regime.

e desenergizado, sendo tais perodos demasiadamente curtos para ser atingido o equilbrio trmico em um nico ciclo de regime.

Fig. 4.14.

t N = funcionamento em carga constante mx. = temperatura mxima atingida B. Regime de Tempo Limitado (S2) funcionamento em carga constante com durao insuficiente para ser atingido o equilbrio trmico, seguido de um perodo de repouso e desenergizado, de durao suficiente para restabelecer a igualdade de temperatura com o meio refrigerante.Fig. 4.11. Fig. 4.13. Fig. 4.12.

t N = funcionamento em carga constante t V = funcionamento em vazio mx = temperatura mxima atingida durante o ciclo

t N = funcionamento em carga constante t R = repouso mx = temperatura mxima atingida durante o ciclo.

t D = partida t N = funcionamento em carga constante t R = repouso mx = temperatura mxima atingida durante o ciclo

t D = partida t N = funcionamento em carga constante t F = frenagem eltrica t R = repouso mx = temperatura mxima atingida durante o ciclo

G. Regime de Funcionamento Contnuo com Frenagem Eltrica (S7) Sequncia de ciclos de regime idnticos, cada qual consistindo de um perodo de partida, um perodo de funcionamento a carga constante e um perodo de frenagem eltrica, sendo tais perodos demasiadamente curtos para ser atingido o equilbrio trmico em um nico ciclo de regime.

F. Regime de Funcionamento Contnuo com Carga Intermitente (S6) E. Regime Intermitente Peridico com Frenagem Eltrica (S5) Sequncia de ciclos de regime idnticos, cada qual consistindo de um perodo de partida, um perodo de funcionamento a carga constante, um perodo de frenagem eltrica rpida e um perodo de repouso Sequncia de ciclos de regime idnticos, cada qual consistindo de um perodo de funcionamento e carga constante e um perodo de funcionamento em vazio, sendo tais perodos demasiadamente curtos para ser atingido o equilbrio trmico em um nico ciclo de regime.Fig. 4.15.

D. Regime Intermitente Peridico com Partida (S4) tN= funcionamento em carga constante mx. = temperatura mxima atingida durante o ciclo Sequncia de ciclos de regime idnticos, cada qual consistindo de um perodo de partida, um perodo de funcionamento a

29

tD = partida tN = funcionamento em carga constante tF = frenagem eltrica mx = temperatura mxima atingida durante o ciclo Fator de durao do ciclo = 1 H. Regime de Funcionamento Contnuo com Variaes Peridicas de Velocidade (S8) Sequncia de ciclos de regime idntico, cada qual consistindo de um perodo de partida e um perodo de funcionamento a carga constante correspondente a uma determinada velocidade, seguido de um ou mais perodos de funcionamento e outras cargas constantes correspondentes a diferentes velocidades, sendo tais perodos demasiadamente curtos para ser atingido o equilbrio trmico em um nico ciclo de regime. I. Regime com variaes no peridicas de carga e de velocidade - Regime - tipo S9 regime no qual geralmente a carga e velocidade variam no periodicamente, dentro da faixa de funcionamento admissvel, incluindo frequentemente sobrecargas aplicadas que podem ser muito superiores s plenas cargas (ver figura 4.17).

J. Regime com cargas constantes distintas - Regime - tipo S10 regime incluindo no mximo quatro valores distintos de carga (ou cargas equivalentes), cada valor sendo mantido por tempo suficiente para que o equilbrio trmico seja atingido (figura 4.18). A carga mnima durante um ciclo de regime pode ter o valor zero (funcionamento em vazio ou repouso).

4.2.1.2. Regimes Especiais Para outros regimes que no se enquadram entre os padronizados, a escolha do motor deve ser feita mediante consulta Voges Motores. Para tanto necessrio fornecer os seguintes dados: - Descrio completa do ciclo (durao dos perodos com carga, em repouso ou a vazio). - Potncia necessria para acionar a carga. - Conjugado resistente da carga. - Momento de inrcia total da mquina a ser acionada, referido rotao nominal do motor. - nmero de partidas, reverses e frenagens em contracorrente. 4.2.1.3. Designao do regime tipo O regime tipo designado pelo smbolo aplicvel de 4.2.1.1. no caso de regime contnuo, este pode ser indicado, em alternativa, pela palavra contnuo. a designao dos regimes S2 e S8 seguida das seguintes indicaes: a) S2, do tempo de funcionamento em carga constante; b) S3 a S6, do fator de durao do ciclo; c) S8, de cada uma das velocidades nominais que constituem o ciclo, seguida da respectiva potncia nominal e do seu respectivo tempo de durao. no caso dos regimes S4, S5, S7 e S8, outras indicaes a seres acrescidas designao devero ser estipuladas mediante acordo entre fabricantes e

comprador. Observao: como exemplo das indicaes a serem acrescidas, mediante o referido acordo, s designaes de regimes tipo diferentes do contnuo, citam-se as seguintes, aplicveis segundo o regime tipo considerado: a) nmero de partculas por hora; b) nmero de frenagens por hora; c) tipo de frenagem; d) constantes de energia cintica (H), na velocidade nominal, do motor e da carga, esta ltima podendo ser substituda pelo fator de inrcia (FI). Onde: constante de energia cintica a razo da energia cintica armazenada no rotor girando velocidade nominal, para a potncia aparente nominal. fator de inrcia a relao entre a soma do momento de inrcia total da carga (referido ao eixo do motor) e do momento de inrcia do rotor. Exemplo de como designar regimes: 1. S2 60min. 2. S3 25% 3. S6 40% 4. S4 25% motor H.2 carga H.4 5. S8 motor H.1,fi.10 33cv,740rpm, 3min. Onde: H.1 significa uma constante de energia cintica igual a 1s. FI.10 significa um fator de inrcia igual a 10. 4.2.2. POTNCIA NOMINAL 31

Notas 1. Os valores distintos de carga so usualmente cargas equivalentes baseadas na integrao de valores em um perodo de tempo. no necessrio que cada ciclo de cargas seja exatamente o mesmo, mas somente que cada carga dentro de um ciclo seja aplicada por tempo suficiente para que o equilbrio trmico seja atingido, e que cada ciclo de cargas possa ser integrado para dar a mesma expectativa de vida trmica. 2. Para este regime, uma carga constante adequadamente escolhida e baseada no regime - tipo S1 deve ser tomada como valor de referncia para as cargas distintas (carga equivalente). Fig. 4.18.

P = carga Pi = carga constante de um perodo de carga Pn = carga nominal baseada no regime - tipo S1 P1 = Pi/Pn = carga em p.u. Tc = durao de um ciclo de cargas ti = durao de um perodo de carga dentro dedentro de um ciclo de cargas

Fig. 4.17.

Fig. 4.16.

t F1 = frenagem eltrica t D = partida t N1 N2 N3 = funcionamento em carga constante mx = temperatura mxima atingida durante o ciclo 30

t D = perodo de partida t L = perodo de funcionamento com cargas variveis t F = perodo de frenagem eltrica t R = perodo de repouso t S = perodo de funcionamento com sobrecarga PC = plena carga mx = temperatura mxima atingida

um ciclo de cargas ti = ti/Tc = durao em p.u. de um perodo de carga dentro de um ciclo de cargas Pv = perdas eltricas = temperatura n = temperatura admissvel carga nominal baseada no regime tipo S1 i = aumento ou diminuio da elevao de temperatura dentro do 1 perodo de um ciclo de cargas t = tempo

a potncia mecnica disponvel no eixo do motor quando este opera dentro de suas caractersticas nominais. esta potncia limitada pela elevao da temperatura dos enrolamentos, isto , o motor teria condies de acionar cargas de potncias maiores que sua potncia nominal, at prximo ao conjugado mximo, porm, se esta sobrecarga for excessiva, poder comprometer a vida til dos enrolamentos e at mesmo provocar sua queima. 4.2.3. POTNCIA REQUERIDA Alguns tipos de carga funcionam com potncia constante, mas outros demandam potncia varivel. Para cargas de potncia constante a determinao da mesma para a escolha do motor simplesmente adotar o motor padro com potncia nominal igual ou imediatamente superior. No caso de potncia varivel (figura 4.19) determina- se a potncia equivalente segundo a frmula:Fig. 4.20. Potncia varivel com perodos de repouso.

- Perdas no Secundrio (rotor) Psec. - Perdas no ferro Pfe. - Perdas por Ventilao e atrito Pva. - Perdas adicionais Pad. Onde resulta:

o conjunto de materiais que forma o isolamento pode suportar continuamente sem que a sua vida til seja afetada. Os limites de elevao de temperatura (t) para cada classe de isolamento segundo a norma brasileira so os seguintes:

4.2.5.CLCULO DA ELEVAO DA TEMPERATURA NO ENROLAMENTO existem vrios mtodos para a obteno da elevao da temperatura, porm, o mais prtico, confivel e preciso o chamado mtodo das resistncias. este mtodo se baseia na variao da resistncia hmica do enrolamento com variao da temperatura, segundo uma lei conhecida baseada nas propriedades fsicas do condutor. Para condutores de cobre, o clculo da elevao da temperatura feito atravs da frmula:

significa que o motor pode fornecer mais potncia que a especificada na placa de identificao, uma vez mantida a tenso e a frequncia previstas. Por exemplo: um motor de 10cv, 60Hz, 220V, com um fator de servio (FS) 1,15 pode ser usado com uma sobrecarga contnua de at 15% mantidos os 60Hz, 220V, isto , 11,5cv sem aquecimento prejudicial. 4.2.8. CORRENTE NOMINAL a corrente que o motor absorve da rede eltrica quando em funcionamento com tenso, frequncia e potncia nominais. Para motores trifsicos, pode ser calculada atravs da frmula:

est operando com potncia, tenso e frequncia nominais. Depende da velocidade sncrona (conforme nmero de polos) e do escorregamento.

onde, n = velocidade nominal em rpm ns = velocidade sncrona em rpm s = escorregamento em % 4.2.11. FATOR DE POTNCIA fator de potncia a relao entre a potncia ativa e a potncia aparente absorvidas pelo motor.

Tabela 4.6.

4.2.4. ELEVAO DE TEMPERATURA A diferena entre a potncia consumida e a potncia fornecida (transformao de energia eltrica em mecnica) representa as perdas totais do motor, as quais so transformadas em calor. Este calor gerado internamente dissipado para o ambiente atravs da superfcie do motor, evitando assim a excessiva elevao da temperatura do mesmo. a elevao de temperatura o aquecimento do motor, ou seja, a diferena entre a temperatura do enrolamento no estado de equilbrio trmico e a temperatura ambiente. Equilbrio trmico: diz-se que um motor est em equilbrio trmico quando o calor gerado internamente (pelas perdas) igual ao calor dissipado pela superfcie do motor. as perdas totais podem ser separadas em cinco (5) tipos: - Perdas no Primrio (enrolamento) Pprim.

onde, t = elevao de temperatura do enrolamento Ri = resistncia hmica medida antes do ensaio Rf = resistncia hmica medida aps o motor atingir o equilbrio trmico tai = temperatura ambiente no incio do ensaio taf = temperatura ambiente no final do ensaio 4.2.6. CLASSE DE ISOLAMENTO As classes de isolamento so definidas em funo do limite de temperatura que

a vida til de um motor depende fundamentalmente da isolao de seus enrolamentos. ambientes corrosivos, umidade, vibrao, so alguns fatores que afetam a isolao destes, porm, a temperatura de operao dos materiais isolantes sem dvida o fator mais crtico. ultrapassar em dez (10) graus de temperatura da isolao significa reduzir praticamente a metade de sua vida til. Os motores eltricos Voges so projetados para trabalharem rigorosamente dentro dos limites estabelecidos acima para cada classe de isolamento. 4.2.7. FATOR DE SERVIO O fator de servio o multiplicador que quando aplicado potncia nominal do motor indica sobrecarga permissvel que pode ser aplicada continuamente sob condies especficas, sem aquecimento prejudicial. Ou, em outras palavras,

4.2.9. RENDIMENTO Conforme vimos no item 1.4.8, o rendimento indica a eficincia do motor na transformao de energia eltrica em mecnica. Seu valor varia de acordo com a carga do motor. com pequenas cargas o rendimento baixo, ou seja, a maior parte da energia consumida transformada em calor. importante dimensionar os motores para uma condio de funcionamento entre 75% e 100% do valor nominal, onde estes apresentam valores de rendimento mais elevados, o que proporciona uma reduo nos gastos com energia eltrica. 4.2.10. VELOCIDADE NOMINAL a velocidade do motor quando este uma caracterstica importante a ser considerada visto que as concessionrias de energia eltrica cobram uma sobretaxa para fornecimento de energia com fator de potncia inferior a 0,92. O uso de motores com o fator de potncia o mais alto possvel diminui os custos com uma correo de fator de potncia e dimensionamento de instalaes. alm disso deve-se tomar cuidado quando da seleo e aplicao de motores, pois como mostra a figura 4.21, o fator de potncia dos motores de induo varia com a carga, o que significa que um motor superdimensionado ou operando com carga muito abaixo da normal contribui significativamente para um baixo valor do fator de potncia da instalao. 33

Fig. 4.19. Potncia varivel sem perodos de repouso.

32

4.2.12. CORREO DO FATOR DE POTNCIA em instalaes que contm motores, transformadores, reatores, etc., o fator de potncia tende a ser baixo devido natureza indutiva destas cargas. a maneira mais simples e barata de se corrigir (aumentar) o fator de potncia de uma instalao adicionar capacitores em paralelo com a carga. a escolha do capacitor (ou banco de capacitores) adequado pode ser feita utilizando-se a frmula a seguir com o auxlio da tabela 4.7.

Partes do motofreio:

Fig. 4.21. Curvas caractersticas de motores de induo trifsicos.

onde: P = Potncia total em kW K = Constante (ver tabela 4.7) f = Frequncia da rede em Hz V = Tenso da rede em V C = Capacitncia em F = Rendimento Observao: O valor de K obtido da tabela 4.7 em funo dos valores do fator de potncia atual e do desejado. 4.2.13. CURVAS CARACTERSTICAS DE MOTORES TRIFSICOS DE INDUO as curvas caractersticas tpicas em funo da carga so mostradas na figura 4.21. normalmente so mostradas as curvas de corrente, rendimento, rotao e fator de potncia. 4.3. MOTOFREIO 4.3.1. CARACTERSTICAS GERAIS Os motofreios Voges foram projetados 34

para atender as aplicaes onde so necessrios paradas rpidas, seja por questo de segurana, posicionamento ou economia de tempo. consistem de um motor de induo assncrono trifsico, acoplado a um freio monodisco, formando uma unidade integral compacta e robusta. O motor totalmente fechado com ventilao externa, isolao classe f (155c), grau de proteo iP55, com potncias desde 1/12 at 50cv. O freio possui poucas partes mveis, assegurando longa durao com o mnimo de manuteno. A dupla face de encosto com o disco de frenagem forma uma grande superfcie de atrito, o que proporciona presso especfica adequada sobre os elementos de frico, evitando o aquecimento exagerado e mantendo assim o mnimo de desgaste. Alm disso, o freio resfriado pela prpria ventilao do motor. como resultado, o conjunto apresenta vida til mais longa, enfrentando sem problemas os servios mais pesados. a bobina de acionamento do eletrom protegida com resina epxi, funciona com tenses contnuas obtidas atravs de uma ponte retificadora, alimentada com tenses

alternadas de 110, 220, 380 ou 440V, e que pode ser obtida de uma fonte externa ou dos prprios terminais do motor. Possui ainda projetos especiais para funcionar diretamente de bateria, com tenso de 12V. 4.3.2. FUNCIONAMENTO O motofreio composto basicamente por um eletrom e um disco de freio. Enquanto o motor est ligado, o eletrom atua, comprimindo as molas e no deixando o disco de freio atuar. No momento em que o motor desligado, a corrente da bobina do eletrom tambm cortada, fazendo com que o mesmo deixe de atuar. com isto as molas empurram o plat na direo do motor, o disco ento comprimido entre o plat e a tampa traseira do motor. as lonas de freio recebem presso contra as duas superfcies de atrito, do plat e da tampa traseira, fazendo com que o motor pare. em uma nova partida, o controle liga a corrente do eletrom, que forma um campo magntico que vence a fora das molas e atrai o plat contra a flange. Com isto o motor ter novamente liberdade de movimento para partir.

liSta De PeaS 13 - Bucha ranhurada 14 - chaveta paralela 15 - Conjunto do disco de frenagem 16 - Plat do freio 18 - Ventilador 21 - calota de Proteo 22 - anel V-ring 23 - Porca Sextavada 24 - Conjunto de flange com eletrom 25 - Prisioneiro 26 - Porca autofrenagem 27 - Mola de compresso 28 - anel elstico 29 - cinta de proteo

35

Caractersticas Construtivas dos Motores de Induo

5

36

37

5

Caractersticas Construtivas dos Motores de InduoOs motores eltricos so construdos segundo as normas que determinam formas construtivas, dimenses, grau de proteo, potncias, etc. A Voges fabrica motores de induo segundo as normas aBnt (associao Brasileira de normas tcnicas), iec (international eletrotechnical comission) e NEMA (National Electrical Manufacturers association). 5.1. FORMAS CONSTRUTIVAS A norma ABNT que padroniza as formas construtivas a nBr 5031. apresentamos abaixo uma tabela contendo as principais formas construtivas usadas para motores eltricos de induo.

Para motores com caixa de ligaes lateral, as letra e e D, colocadas aps a designao da forma construtiva, indicam a posio do eixo em relao caixa ou seja, tendo-se como vista frontal a caixa de ligao, indica-se a letra e quando o eixo estiver esquerda da caixa de ligaes; e a letra D, quando o eixo estiver direita. 5.2. DIMENSIONAL a norma brasileira que padroniza as dimenses de ponta de eixo e fixao por ps e por flanges dos motores eltricos a nBr 15623, que segue a padronizao internacional iec 60072. a altura e o comprimento da carcaa so as dimenses de maior importncia para identificao do modelo do motor. Define-se como altura, a distncia da face inferior dos ps ao centro do eixo do motor e, como comprimento, a distncia entre os furos de fixao dos ps dianteiros e traseiros. Para uma mesma altura podem existir at trs comprimentos, representados pelas letras S, M e l, do ingls Short, Medium e long. 5.2.1. FIXAO A fixao dos motores pode ser feita por ps, flanges ou ambos. Os flanges dos motores podem ser de dois tipos diferentes: a) Flange tipo C Com furos rosqueados no acessveis pela traseira do flange. De acordo com as normas Din ou neMa. b) Flange tipo F Com furos passantes acessveis pela traseira do flange. De acordo com as normas IEC, ABNT e flange tipo D, de acordo com a norma neMa. Existem empresas e/ou usurios que aplicam motores com dimensional padronizado pela neMa.

EXEMPLO DE COMPRIMENTO DE CARCAA

Fig. 5.1.

Tabela 5.2.

38

39

5.2.2. COMPARATIVOS ABNT/IEC x NEMA em razo de empresas e usurios que empregam motores padronizados por normas diferentes, apresentamos a seguir uma tabela contendo o comparativo dimensional entre ABNT/IEC x NEMA. Deve-se comparar as dimenses H, A, B, C, K, D e E da ABNT/IEC com 2E, 2F, BA, H, U e N-W da NEMA, identificados entre parnteses.

Tabela 5.3.

Tabela 5.4.

Tabela 5.5.

40

41

COMPARATIVOS DE POTNCIA - ABNT / IEC x NEMA (HP)

5.3.1. PRENSA-CABOS Os prensa-cabos asseguram a vedao da caixa de ligao na entrada dos cabos de alimentao. So fabricados em nylon ou lato de alta resistncia mecnica e corrosiva. Possuem no seu interior um anel de borracha que impede a penetrao de lquidos ou slidos no interior do motor.Tabela 5.8. Prensa-cabos

Prensa cabo-completo

Corpo

Anel de vedao

Arruela de deslizamento

Luva

Tabela 5.6.

5.3.2. PLACA DE LIGAES (BORNES) ROSCAS PARA CAIXAS DE LIGAES Para uma perfeita e segura ligao rede, o motor poder possuir, opcionalmente, uma placa de bornes confeccionada em material autoextinguvel, no higroscpico, resistente corrente de fuga e com alta rigidez dieltrica, conforme norma DIN 53480 VDE 0303/76. Esta placa possui parafusos, arruelas e pontes de ligao em lato, que proporcionam perfeita condutividade eltrica e facilidade de ligao do motor.Fig. 5.2. Conjunto de caixa de ligaes 1. Tampa da caixa 2. Caixa 3. Placa de ligaes 4. Conexo do fio terra 5. Prensa-cabos 2

5.3. CAIXA DE LIGAO Os motores eltricos de induo para aplicao geral possuem, normalmente, uma caixa de ligao acoplada carcaa em local de fcil acesso com espao suficiente para se efetuar a conexo dos cabos de alimentao da rede eltrica. A entrada dos cabos pode ser feita por qualquer um dos quatro lados da caixa. Para manter o grau de proteo e permitir a conexo de eletrodutos ou prensa-cabos, as caixas podero possuir roscas normalizadas, conforme indica a tabela 5.7.Tabela 5.7.

3.

4. 5.

1.

42

43

5.4. PLACA DE IDENTIFICAO A placa de identificao contm smbolos e valores que determinam as caractersticas nominais da rede de alimentao e desempenho do motor (figura 5.3). Estas informaes devem ser facilmente legveis, apresentadas de maneira objetiva e no sujeitas a interpretaes errneas. A placa confeccionada em material resistente ao ambiente de funcionamento do motor e afixada em local facilmente visvel. Os dados principais que devem constar na mesma, bem como as abreviaes recomendadas, so definidas pela NBR 17094, conforme discriminadas a seguir: - Nome do fabricante; - Tipo de motor; - Modelo do motor (MOD); - Nmero de srie (N); - Potncia nominal (cv e kW); - tenso nominal em que o motor pode operar (V);

- Nmero de fases; - Corrente nominal (A); - Frequncia da rede de alimentao (Hz); - Velocidade de rotao nominal (rpm); - Classe de temperatura de isolao (ISOL); - Categoria de desempenho (CAT); - Rendimento; - Fator de potncia (cos ); - Massa (kg); - Tipo e quantidade de graxa;

- Rolamentos utilizados; - relao entre a corrente do rotor bloqueado e a corrente nominal (Ip/In); - Nmero da norma; - Grau de proteo do motor (IP); - Regime tipo (REG); - Fator de servios (FS); - Diagrama de ligaes para cada tenso de trabalho.

5.4.2. DETERMINAO DO MODELO DO MOTOR A Voges Motores identifica o modelo dos motores atravs de smbolos formados por letras e nmeros. O princpio de identificao determinado pelos nmeros padronizados que indicam altura da carcaa. esquerda deste nmero so colocadas letras maisculas que determinam as aplicaes especificadas. direita, so colocadas letras maisculas que determinam o comprimento da carcaa, letras maisculas que diferenciam a potncia para motores de mesma carcaa, nmeros que indicam a polaridade e cdigos que identificam especialidades exigidas pelo comprador. A seguir explicamos o significado dos smbolos. esquerda da identificao da carcaa: VN - Linha de motores para uso naval; VP - Linha de motores para bombas; V - linha de motores para aplicao geral IP 55; BD - linha de motores de dupla velocidade com 1 enrolamento; BA - linha de motores de dupla velocidade com 2 enrolamentos; BK - Linha de motores monofsicos; M - Linha de motores para refrigerao (carcaa 56); L - Linha de motores para refrigerao (carcaa 80); VMF - Linha de motofreios; RBK - Linha de motores para uso rural; DP - Linha de motores IP 23S; direita da indicao da carcaa:

M - Carcaa mdia; L - Carcaa longa; J - extra longa. Observao: para atender s necessidades dos usurios de motores eltricos, a Voges Motores desenvolveu um sistema de fixao com a furao dos ps que combina os comprimentos S/M e M/L, para algumas carcaas. Exemplo: M/L Carcaa L com furao de carcaa M e de carcaa L para fixao. As letras a, b, e c indicam o dimensional interno do pacote, que diferenciam a potncia do motor para a mesma carcaa. Os numerais 2, 4, 6, 8, 2/4, 4/8, 4/6, 6/8, indicam o nmero de polos. Exemplos: a) V90 S4: motor com grau de proteo IP 55, carcaa 90S de 4 polos. b) VN 315 S/M2: motor de uso naval, com grau de proteo IP55, carcaa 315S/M de 2 polos. c) MBK 56 a 4: motor para refrigerao, grau de proteo IP54, monofsico, carcaa 56a de 4 polos. d) BA 100L 4/6: motor com grau de proteo iP55, de dupla velocidade com 2 enrolamentos, carcaa 100l de 4 e 6 polos. 5.5. TERMINAL DE ATERRAMENTO Os motores eltricos possuem terminal de aterramento que possibilita contato entre suas partes externas metlicas e a terra. O aterramento oferece segurana ao contato humano, s instalaes e aos equipamentos, contra possveis anormalidades, desviando o fluxo de corrente para a terra. a tabela 5.9 indica a localizao dos terminais de aterramento dos motores Voges.

Tabela 5.9.

5.6. BALANCEAMENTO E VIBRAO 5.6.1. BALANCEAMENTO Balanceamento o processo que procura melhorar a distribuio de massas de um corpo, a fim de reduzir as foras centrfugas livres que agem nos mancais de apoio. O desbalanceamento ocorre quando o eixo principal de inrcia no coincide com o eixo de rotao; efeito este causado por uma assimetria na distribuio de massas de um corpo rotativo. Balanceamento do conjunto do rotor: emprega-se o sistema de correo em dois planos localizados nas extremidades opostas do rotor (balanceamento dinmico) conforme nBr 8008.

Fig. 5.3. Placa de identificao.

5.4.1. PLACA DE IDENTIFICAO PARA MOTORES DE USO NAVAL As sociedades classificadoras (ver apndice) exigem que as placas sejam de material resistente corroso e que contenham algumas informaes adicionais, que so: - Ano de fabricao; - Temperatura do ambiente (Temp. Amb.); - tipo de servio (essencial ou no essencial). 44

Fig. 5.4. Placa de identificao para motor de uso naval.

S Carcaa curta;

45

Balanceamento do ventilador: O uso de somente um plano de correo suficiente, j que a distncia entre os mancais de apoio normalmente grande e o deslocamento axial pequeno (balanceamento esttico). 5.6.2. VIBRAO apesar do balanceamento preciso, obtido pelos sistemas descritos anteriormente, o desbalanceamento residual (sempre existente) geralmente a causa principal de vibraes encontradas em um motor. no so apenas os rotores desbalanceados que causam vibraes. Os rolamentos e sistemas de acoplamento tambm podem produzir vibraes mecnicas. Isto significa que qualquer elemento da mquina que possui movimento excita vibraes. as amplitudes de vibraes mximas em rotores, provocadas por resduos de massas desbalanceadas, so limitados por normas. A NBR 17094 especifica limites de amplitudes de vibrao para motores eltricos a partir da carcaa 80. estes valores variam com a rotao do motor conforme a tabela 5.10.

so chamados n (normal), r (reduzido) e S (especial).

se que o rudo aumenta a mesma taxa progressiva com o aumento da potncia. dB L . P dB = Nvel de rudo L = Dimenses lineares do estator e rotor P = Potncia do motor Para um mesmo motor, o nvel de rudo aumenta diretamente proporcional ao aumento da potncia exigida, isto : d P. II Rudo dos Mancais Em mancais de rolamento identificamse as seguintes causas de rudo: a) folgas tanto o excesso quanto a ausncia de folgas provocam rudo. utilizado nos motores eltricos com dois rolamentos de esferas (blindados), uma mola em um dos mancais. esta mola, exercendo esforo axial em uma das pistas, causa um deslocamento relativo entre ambas as pistas. Essa modificao no afeta significativamente a acomodao necessria devido expanso trmica do eixo e tem se tornado prtica comum na reduo do rudo. b) Acabamento das superfcies de rolamento. c) Presena de impurezas entre as pistas de rolamento. d) Deformao ou dano localizado nas esferas, rolos ou pistas de rolamentos. e) Lubrificao imprpria. III Balanceamento Mecnico qualquer desbalanceamento do rotor produz vibraes que, se amplificadas por um sistema ressonante, provocam rudo.

Tabela 5.11.

IV Ventilao O contnuo aumento da potncia em motores eltricos tem sido possvel, principalmente pela melhora e aumento da ventilao. isto em geral resulta em maior rudo no motor. O rudo do ventilador funo de parmetros de projeto, tais como: ngulo, largura e espessura da p, velocidade, e ainda proximidade da calota. A norma que especifica os limites de rudo para mquinas eltricas girantes a nBr 7565 (tabela 5.12) e o mtodo de ensaio de nvel de rudo transmitido atravs do ar normalizado pela nBr 7566. 5.8. GRAU DE PROTEO Os invlucros das mquinas eltricas so construdos de acordo com o tipo de utilizao, de modo a atender especificaes de proteo contra a penetrao prejudicial de corpos slidos e lquidos. a norma brasileira NBR IEC 60529 define os graus de proteo atravs das letras iP seguidas de dois numerais caractersticos, com os seguintes significados: Primeiro Numeral Caracterstico: indica o grau de proteo contra contatos acidentais de pessoas e a penetrao prejudicial de corpos slidos. Segundo Numeral Caracterstico: indica o grau de proteo contra a penetrao prejudicial de gua. Embora seja possvel combinar de diferentes maneiras os numerais anteriormente definidos, os graus de proteo geralmente aplicados na prtica so os mostrados na tabela 5.15.Tabela 5.13.

5.7. NVEL DE RUDO a preocupao com a sade ocupacional uma constante nas empresas. e o nvel de rudo causado pelos motores eltricos, motivo de ateno. As principais fontes de rudo em motores eltricos so: I Rudos Magnticos a) Vibraes de ncleo A maior fonte de rudo magntico em um motor reside na coroa do estator. as vibraes da coroa carcaa possuem ao menos um componente situado na faixa audvel, propagando-se para o meio ambiente ou estrutura onde est fixado o motor. b) Harmnicas fluxos harmnicos tambm produzem vibraes indesejveis. Seus efeitos, entre os quais o rudo, podem ser reduzidos a nveis aceitveis atravs da escolha de parmetros apropriados de projeto. c) Efeito da Potncia sobre o rudo Para motores eltricos com projetos eltricos e magnticos semelhantes, demonstra-

Tabela 5.14.

Tabela 5.10.

a tabela 5.11. d os limites mximos de vibraes (Veff.) expressos em milmetros por segundo para as vrias carcaas e para os trs (3) graus de qualidade, os que 46

Tabela 5.12.

47

Observao: os motores eltricos industriais Voges de aplicao geral so fabricados com grau de proteo IP 55, permitindo a padronizao de produtos e oferecendo vantagens para as aplicaes que requeiram menor proteo. Para aplicaes especficas em ambientes mais favorveis, a Voges fabrica motores com graus de proteo inferiores.

A tinta de base alqudica de fcil aplicao e apresenta excelentes propriedades de aderir superfcie, proteger contra a corroso e suportar temperaturas de at 150c. em motores eltricos Voges, as peas de alumnio ou de chapa de ao Sae 1010 recebem antes da aplicao do primer um tratamento especial, atravs dos processos de alodinizao e de fosfatizao a quente. as peas de alumnio recebem o processo de alodinizao. j as peas de chapa, o processo de fosfatizao a quente. estes processos de banhos (alumnio e chapa) e primer (ferro fundido) nas peas, alm de possibilitar uma tima ancoragem da tinta de acabamento sobre a superfcie da pea, protegem estas quando as mesmas esto em almoxarifados intermedirios. b) Pintura em motores para ambientes especiais Os ambientes agressivos requerem tratamentos e pinturas especiais. Sob consulta, estuda-se, para cada tipo especfico destes ambiemtes, a proteo adequada aos motores. 5.10. VENTILAO O equilbrio trmico de um motor eltrico ocorre quando o calor gerado internamente, durante a transformao de energia eltrica em mecnica, igual ao calor dissipado. a ventilao a principal maneira de reduzir a temperatura do motor eltrico. Os sistemas usuais de ventilao so: 1 Motor aberto: o motor aberto fornece

livre circulao do meio refrigerante, apresentando contato direto do ar com as partes aquecidas no interior do mesmo. 2 Motor totalmente fechado: a transferncia de calor feita na superfcie externa do motor, pois no existe fluxo do meio refrigerante entre o interior e o exterior da carcaa. Quanto maior for a rea de dissipao trmica disponvel, mais calor retirado do motor. Por este motivo, so projetadas carcaas com aletas bem distribudas. em motores para aplicaes gerais so utilizados ventiladores radiais, de ps retas,

de forma que, em qualquer sentido que o motor gire, a vazo seja a mesma. Deste modo importante que a calota de proteo do ventilador permita a entrada axial do ar, conduzindo-o de forma laminar pela superfcie da carcaa. O sistema de ventilao adequado para movimentar grande volume de ar, varrendo toda a superfcie externa do motor, onde se d a troca de calor. Obtm-se, assim, um resfriamento mximo, associado a um reduzido nvel de rudo.

Tabela 5.15.

5.8.1. LETRAS SUPLEMENTARES as normas de motores eltricos permitem a utilizao de informaes suplementares, atravs de letras junto aos numerais caractersticos, que indicam procedimentos especiais durante os ensaios ou utilizao sob condies atmosfricas especiais. as letras S, M ou W s devem ser utilizadas com os seguintes significados: W colocado entre as letras iP e os numerais caractersticos, indica que o equipamento projetado para utilizao sob condies atmosfricas especficas 48

e prev medidas ou procedimentos complementares de proteo previamente combinados entre fabricantes e usurios. as letras S e M, colocadas aps os numerais caractersticos, indicam condies especficas de ensaio. S indica que o ensaio contra penetrao de gua deve ser efetuado com o equipamento em repouso. M indica que o mesmo ensaio deve ser efetuado com o equipamento em funcionamento.

5.9. PINTURA um revestimento aplicado sobre o motor que busca, alm da funo esttica do acabamento, dar proteo contra a corroso. a) Pintura em motores de aplicao geral Prepara-se a superfcie dos componentes e aplica-se um primer (fundo) com esmalte sinttico de base alqudica, por imerso. aps a montagem do motor d-se o acabamento com tinta da mesma base, conferindo a aparncia final com cor e textura definidas.

Fig. 5.5. Mtodo de ventilao para motores totalmente fechados.

49

5.11. Conjuntos e Componentes Para que se mantenha linguagem uniforme, sem qualquer dvida quanto

identificao de peas e componentes, os desenhos a seguir apresentam a posio, quantidade e designao destes materiais

nos motores industriais, carcaas 56 a 160, 180 a 355, motores rurais, motores nema, motores IP 23S e motofreios (Fig. 5.6 a 5.11).

CONJUNTOS E COMPONENTES - MOTORES USO INDUSTRIAL 180 A 355

CONJUNTOS E COMPONENTES - MOTORES USO INDUSTRIAL 56 A 160

Fig. 5.7.

Fig.5.6.

50

51

CONJUNTOS E COMPONENTES - MOTORES USO RURAL - 71 A 132

CONJUNTOS E COMPONENTES - MOTORES NEMA - N48 e N56

Fig. 5.9. Fig. 5.8.

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53

CONJUNTOS E COMPONENTES - MOTORES IP 23S - CARCAA 180 A 315

CONJUNTOS E COMPONENTES - MOTORES TIPO MOTOFREIO CARCAA 63 A 200

Fig. 5.11.

Fig. 5.10.

54

55

Ensaios

6

Os ensaios de motores eltricos so classificados (segundo a NBR 17094) em quatro (4) grupos: de rotina, de tipo, de prottipo e especiais. Para a realizao destes ensaios deve ser seguida a nBr 5383, que define os procedimentos a serem seguidos para a execuo dos ensaios. abaixo esto listados os ensaios normalizados que podem ser solicitados, com ou sem a presena de inspetor. Outros ensaios no citados podem ser realizados pelo fabricante desde que exista um acordo entre as partes interessadas. 6.1. ENSAIOS DE ROTINA a) Ensaio de resistncia eltrica, a frio. b) ensaio em vazio. Medio da corrente e potncia absorvida com tenso nominal. c) ensaio com rotor bloqueado. Medio da corrente, potncia consumida e conjugado em tenso nominal ou reduzida (caso no seja possvel com a nominal). d) ensaio de tenso secundria para motores com rotor enrolado. e) ensaio de tenso suportvel. 6.2. ENSAIOS DE TIPO a) Ensaio de resistncia eltrica, a frio. b) ensaio em vazio. Medio da corrente e potncia absorvida com tenso nominal. c) ensaio com rotor bloqueado. Medio da corrente potncia consumida e conjugado em tenso nominal ou reduzida (caso no seja possivel com a nominal). d) ensaio de tenso secundria para motores com rotor enrolado. e) ensaio de elevao de temperatura.

f) ensaio da resistncia eltrica, a quente. g) Ensaios relativos potncia fornecida. Medio do rendimento, fator de potncia, corrente e velocidade com 50%, 75% e 100% da potncia nominal. h) Ensaio de conjugado mximo em tenso nominal ou reduzida (caso no seja possvel com a nominal). i) ensaio de tenso suportvel. 6.3. ENSAIOS DE PROTTIPO a) Ensaio de resistncia eltrica, a frio. b) ensaio em vazio. Medio da corrente e potncia absorvida com tenso nominal. c) ensaio em vazio. levantamento das curvas caractersticas da corrente e da potncia absorvida em funo da tenso. A tenso deve ser nominal ou reduzida (caso no seja possvel com a nominal). d) ensaio com rotor bloqueado. Medio da corrente potncia consumida e conjugado em tenso nominal ou reduzida (caso no seja possvel com a nominal). e) ensaio de tenso secundria para motores com rotor enrolado. f) ensaio de elevao de temperatura. g) ensaio da resistncia eltrica, a quente. h) Ensaios relativos potncia fornecida. Medio do rendimento, fator de potncia, corrente e velocidade com 50%, 75% e 100% da potncia nominal. i) Ensaios relativos potncia fornecida. levantamento das curvas caractersticas do rendimento, fator de potncia, corrente e velocidade de rotao em funo da potncia fornecida.

Ensaios

6

j) Ensaio de conjugado mximo em tenso nominal ou reduzida (caso no seja possvel com a nominal). k) ensaio de tenso suportvel. 6.4. ENSAIOS ESPECIAIS

a)

ensaio com o rotor bloqueado. levantamento das curvas caractersticas da corrente, potncia consumida e conjugado em funo da tenso.

b) ensaio de partida. levantamento das curvas caractersticas de conjugado e corrente em funo da velocidade. A tenso deve ser nominal ou reduzida (caso no seja possvel com a nominal). c) ensaio de sobrevelocidade. d) ensaio de nvel de rudo. e) ensaio de tenso no eixo. f) ensaio de vibrao. 57

56

7

Caractersticas Ambientais

Caractersticas Ambientais

7

Os motores eltricos de modo geral so construdos para funcionar em ambientes que apresentam condies ditas normais as quais so definidas pela NBR 17094 da ABNT como: Temperatura ambiente: 0 a 40C; Altitude at 1000m acima do nvel do mar; Ausncia de atmosfera e materiais agressivos ou perigosos. caso deixem de existir essas condies normais, dever ser analisado cada caso especfico para a seleo do motor adequado. 7.1. Temperatura Ambiente Na faixa de 0C o motor deve fornecer sua potncia nominal em sobreaquecimento. Para os casos em que a temperatura ambiente seja superior a 40C necessrio um projeto especial, utilizando materiais isolantes especiais ou reduzir a potncia nominal do motor. temperaturas muito baixas tambm trazem problemas aos motores, tais como: Endurecimento das graxas ou lubrificantes dos mancais. neste caso necessrio o emprego de lubrificantes especiais ou graxas anticongelantes; excesso de condensao, o que exige a 58

instalao de um dreno adicional. 7.2. Altitude em altitudes superiores a 1000m a densidade do ar menor, diminuindo sua capacidade de dissipar o calor e aumentando assim a elevao de temperatura do motor. Para evitar que um sobreaquecimento ocasionado por este fato venha causar danos na isolao do motor, podem ser tomadas as seguintes providncias: Utilizar potncia inferior nominal; utilizar um motor com classe de isolao superior; Utilizar um motor com fator de servio maior que 1,0, porm no ultrapassando a sua potncia nominal. a nBr 17094 estipula uma reduo de 1% no limite normal de elevao de temperatura para cada 100 m de altitude acima de 1000m. Exemplo: se um motor com isolao classe B, cuja elevao de temperatura pode chegar a 80C em altitudes inferiores a 1000m, for instalado a uma altitude de 1500m, sua elevao de temperatura no poder ultrapassar a 76c.

7.3. Efeito Simultneo de Altitude e Temperatura as correes estipuladas para elevao de temperatura admissvel em condies normais so simplesmente somadas quando ocorrem simultaneamente condies especiais de altitude e temperatura. como a elevao de temperatura pode ser corrigida nos dois sentidos, para cima e para baixo, uma temperatura ambiente mais baixa pode compensar uma altitude maior. assim, para altitudes superiores a 1000m, o motor poder funcionar com potncia nominal, se a temperatura ambiente no exceder os limites estipulados na tabela 7.1.

Tabela 71.

7.4. Resistncia de Aquecimento quando um motor eltrico totalmente fechado instalado em ambientes extremamente midos, com a possibilidade de ficar desligado por um 59

perodo relativamente longo, ocorrer, a cada partida, o acmulo de gua no interior do motor pela condensao do ar mido. O acmulo de gua pode, em pouco tempo, atingir o enrolamento do motor, danificando-o. resistncias eltricas para aquecimento so instaladas no interior do motor, fazendo com que a temperatura interna do mesmo seja superior do ambiente externo. Essas resistncias so ligadas no perodo em que o motor est desligado, aquecendo seu interior e evitando a entrada de umidade. Os motores Voges carcaas 71 a 400 podem ser fornecidos com resistncias de aquecimento, sob encomenda, nas tenses de 110/220 V, dependendo da ligao das mesmas (figuras 7.1).

7.5. Dreno Consiste de furos localizados na parte mais baixa do motor (considerando sua forma construtiva) que permitem a sada de gua condensada, possuindo um tampo plstico removvel. Os furos de dreno so especificados de acordo com a carcaa, conforme indicado abaixo:

Classificao das reas Perigosas as tabelas 7.4, 7.5 e 7.6 apresentam a classificao das reas segundo as normas iec e nec que so adotadas no Brasil. Dentro desta classificao, os motores Voges para rea classificada com proteo iP 55 e isolamento classe B podem ser utilizados nas seguintes reas:

Tabela 7.3.

no permite acmulo suficiente de poeiras e fibras na superfcie da carcaa, o que dificulta a transferncia de calor. No motor aberto, poeiras e fibras em suspenso provocam, com o tempo, obstruo das passagens de ar para refrigerao. Conforme visto no captulo 5.8, o grau de proteo dado atravs de um cdigo (iP), que indica a capacidade de proteo que o invlucro tem contra a penetrao de elementos estranhos (slidos e lquidos) para o interior do motor. 7.6.2.2. Materiais resistentes aos agentes agressivos Mesmo com o motor totalmente fechado, existe troca de ar entre o interior do motor e o ambiente externo, pois quando o motor posto em funcionamento, sua temperatura se eleva, expandindo o ar interior e fazendo com que parte dele saia por intermdio das folgas e passagens dos cabos. quando o motor para, sua temperatura diminui, o ar do interior se contrai e ocorre a penetrao do ar externo para compensar a diferena de presso. com isto, haver penetrao de elementos que, dependendo de sua natureza, podero causar deteriorao nas partes vitais do motor. Para isto, procura-se utilizar materiais e tratamentos resistentes ao de agentes agressivos. como os agentes agressivos atuam tanto interna como externamente, podem ser feitas modificaes em relao ao motor normal de acordo com a aplicao, como por exemplo: impregnao das cabeceiras de bobina com resina alqudica ou epxi, pintura externa especial, placa de identificao em ao inoxidvel, etc.

Tabela 7.5.

7.6. Ambiente de Funcionamento 7.6.1. reas Perigosas De um modo geral, diz-se que uma rea perigosa quando nesse local so processados, armazenados ou transportados materiais explosivos. Contudo, normalmente se classifica uma rea perigosa considerando-se todos os parmetros envolvidos no grau de perigo da rea. A classificao de uma determinada rea se refere a: Diviso (NEC) ou Zona (IEC); Classe; Grupo. A diviso de uma rea define a probabilidade relativa do material perigoso estar presente no ar, formando uma mistura em concentrao de ignio ou exploso. j a classe se relaciona com o estado fsico da substncia inflamvel. Grupo, associado classe, uma especificao qumica mais detalhada, da substncia inflamvel.

Tabela 7.4.

7.6.2. Presena de agentes agressivos ao motor a vida til de um motor pode ser drasticamente reduzida se existirem agentes agressivos no ambiente de funcionamento do mesmo. Entendese como agentes agressivos quaisquer elementos que provoquem danos ou prejudiquem o bom desempenho do motor. Para evitar ou minimizar os efeitos negativos destes agentes, utiliza-se os seguintes meios: 7.6.2.1. Grau de proteo Os motores totalmente fechados so ideais para aplicaes onde haja exposio a condies adversas como exposio ao tempo, fumaas, poeiras e determinados produtos qumicos. O invlucro destes motores impede ou minimiza que esses elementos prejudiciais atinjam o seu interior. O motor fechado tem o sistema de ventilao projetado de tal modo que

Fig.7.1.

Tabela 7.6.

a tabela 7.2 relaciona a potncia das resistncias (watts) com a carcaa do motor.

Tabela 7.2.

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Seleo e Aplicaoa seleo e a aplicao de motores eltricos so, sem sombra de dvida, dois pontos dos mais importantes a serem considerados quando da utilizao de um motor. envolvem uma grande quantidade de fatores que dizem respeito a instalao, operao e, consequentemente, sua manuteno. 8.1. SELEO a seleo do tipo de motor para uma determinada aplicao deve ser precedida pela anlise de todos os fatores relevantes a esta aplicao. De modo geral, devem ser levados em conta os fatores: A) O sistema de alimentao; B) As caractersticas do ambiente; c) as caractersticas de desempenho do motor; D) as caractersticas da carga. A. Sistema de Alimentao as condies da rede de alimentao, assim como a influncia do motor sobre a rede, devem ser consideradas. Os fatores mais importantes so: tenso nominal da rede de alimentao, variaes mnimas, mximas e distrbios de tenso sob os quais o motor dever 62 funcionar; frequncia