Mit Motores Electricos(1)

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  • Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

    rea Departamental de Engenharia Mecnica

    Mestrado em Engenharia Mecnica

    Manuteno de Instalaes Tcnicas

    Manuteno de Motores Eltricos

    Lisboa

    2012

  • Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

    rea Departamental de Engenharia Mecnica

    Mestrado em Engenharia Mecnica

    Manuteno de Instalaes Tcnicas

    Manuteno de Motores Eltricos

    Orientador(es):

    Prof. Nuno Paulo Ferreira Henriques

    Prof. Filipe Martins Rodrigues, ISEL

    Grupo 7:

    32392 Lus Sebastio

    32935 Rben Mena

    37937 Nuno Ribeiro

    Lisboa

    2012

  • i

    Resumo

    Os motores eltricos so utilizados em inmeras aplicaes desde h centenas de anos e

    adivinha-se cada vez mais a sua utilizao, como substituto outros tipos de motores. Para isso,

    necessrio conhecer as rotinas de manuteno propostas para cada tipo de motor e fabricante

    de modo a otimizar a vida til dos mesmos.

    Para tal, comeamos por referir os princpios fsicos de um motor, a sua descrio e

    constituio incluindo a placa de identificao.

    Os motores eltricos podem ser divididos em dois grandes tipos, os motores de corrente

    contnua (DC) e corrente alternada (AC). Dentro dos motores de corrente alternada, existem

    os motores sncronos e assncronos. Os motores assncronos podem tambm ser divididos

    pelo tipo de alimentao, seja ela monofsica ou trifsica.

    Para completar a abordagem terica deste tema, especificamos tambm os tipos de

    arranque e protees mais utilizados, importantes para posteriormente avaliar as diferentes

    avarias e diagnsticos.

    No que respeita s avarias fez-se uma abordagem dos elementos mais severamente

    afetados, tanto a nvel mecnico como eletrnico procurando-se apresentar tcnicas de

    diagnstico. A nvel mecnico abordou-se os rolamentos, a nvel eltrico o estator e o rotor.

    Numa abordagem final focada na manuteno, dividimos as tarefas nos vrios tipos

    existentes, manuteno preventiva, corretiva e preditiva, especificando rotinas/operaes de

    manuteno destinadas aos motores eltricos a nvel mecnico e eltrico.

    Palavras-chave: Motor; Eltrico; Manuteno; Motor AC; Motor DC; Induo

  • ii

    Abstract

    Electric motors are used in numerous applications for hundreds of years and are

    expected to increasingly used as a substitute for other types of engines. Therefore, it is

    necessary to know the proposed maintenance routines for each engine type and manufacturer

    to optimize the engine life.

    To this end, we begin by noting the physical principles of an engine, its description and

    constitution including the nameplate. Electric motors can be divided into two major types,

    direct current motors (DC) and alternating current (AC). Within the AC motors, the motors

    are synchronous and asynchronous. The asynchronous motors may also be divided by the type

    of feed, whether single or three phase.

    To complete the theoretical approach of this theme, we also specify the types of start

    and protections most widely used, important to further evaluate the various faults and

    diagnostics.

    As refers to the damage, we have an approach of the most severely affected, both

    mechanical and electric attempting to provide diagnostic techniques. The mechanically

    approached to the bearings and the electrically to stator and rotor.

    In a final approach focused on maintenance, we divided the tasks in various existing

    types, preventive maintenance, corrective and predictive specifying routines/maintenance for

    electric motors at mechanical an electric.

    Keywords: Electric; Motor; Maintenance; AC Motor; DC Motor; Induction.

  • ndice

    Resumo i

    Abstract ii

    Lista de Abreviaturas iii

    Lista de Figuras v

    Lista de Tabelas vii

    Introduo 1

    1 Motor Eltrico 3

    2 Transformao de Energia Eltrica em Energia Mecnica - Motores 18

    2.1 Fora Eletromagntica 18

    2.2 Tipos de motores eltricos 18

    2.2.1 Motores DC 20

    2.2.2 Motores AC 21

    2.2.2.1 Motores Sncronos 21

    2.2.2.2 Motores Assncronos de Induo 22

    2.2.2.3 Motor Assncrono Trifsico com rotor de gaiola de esquilo (ou rotor em

    curto-circuito) 23

    2.2.2.4 Motor Assncrono Trifsico com rotor bobinado 24

    2.2.2.5 Motor Assncrono Monofsico 25

    3 Principais tipos de avarias e diagnsticos 26

    3.1 Principais avarias nos motores eltricos 26

    3.1.1 Rolamentos 26

    3.1.2 Estator 28

    3.1.3 Rotor 33

    As avarias mais comuns no rotor so: 33

    3.1.3.1 Rotor tipo gaiola de esquilo 33

    3.1.3.2 Rotor Bobinado 34

    3.1.4 Sintomas de avarias e possveis causas 36

    3.2 Tcnicas de diagnstico de avarias em motores elctricos 37

    4 Manuteno de motores eltricos 41

    4.1 Manuteno Preventiva 41

  • 4.2 Manuteno Corretiva 42

    4.3 Manuteno Preditiva 42

    4.4 Procedimentos de manuteno dos motores eltricos 43

    Referncias Bibliogrficas 49

    Concluso 51

    Anexos 52

  • iii

    Lista de Abreviaturas

    Abreviaturas

    DC Corrente Contnua

    AC Corrente Alternada

    AEA Atomic Energy Authority

    UMP Unbalanced Magnetic Pull

    MCA Anlise do Circuito do Motor

    ESA Anlise da Assinatura Eltrica

    THD Distoro Harmnica Total

    Unidades

    MW Megawatts

    TWh Terawatt-hora

    kW quilowatt

    CV Cavalo vapor

    K kelvin (escala absoluta)

    V Volt (potencial eltrico ou tenso eltrica)

    A Ampere (corrente eltrica)

    kVA quilo Volt Ampere (Potncia Aparente)

    Hz Hertz (Frequncia)

    RPM Rotaes por minuto (velocidade)

    C graus celsius (escala relativa)

    Kg quilograma (massa)

    F microfarad (capacitncia ou capacidade eltrica)

  • iv

    Letras e smbolos

    vetor fora electromagntica (N)

    vetor velocidade (m/s)

    q carga eltrica (C)

    campo eltrico (N/C)

    In corrente nominal (A)

    Ip corrente arranque (A)

    Ns velocidade sncrona (rpm)

    f frequncia (Hz)

    np nmero de pares de polos

    N velocidade do rotor (rpm)

    S escorregamento (adimensional)

    B induo magntica (T)

    F fora eletromagntica (N)

    R resistncia eltrica (, ohm)

    I corrente que atravessa um condutor (A)

    L comprimento de um condutor (m)

    Caracteres gregos

    ngulo que relaciona a potncia ativa com a potncia aparente (valor em graus)

    rendimento (valor dado em percentagem %)

  • v

    Lista de Figuras

    Figura 1 - Constituio de um motor eltrico. ............................................................................ 5

    Figura 2 - Placa Identificao de um motor trifsico. ................................................................ 6

    Figura 3 - Placa de identificao do motor monofsico. ............................................................ 9

    Figura 4 - Rel Trmico............................................................................................................ 14

    Figura 5 - Fusveis. ................................................................................................................... 14

    Figura 6 - Grfico da variao da corrente em funo do tempo para arranque em vazio. ...... 15

    Figura 7 Grfico da variao do binrio em funo do tempo. ............................................. 15

    Figura 8 - Grfico da variao de velocidade em funo do tempo. ........................................ 16

    Figura 9 Esquema com os elementos a considerar na transformao de energia por parte do

    motor eltrico. ........................................................................................................................... 19

    Figura 10 - Exemplo de um Motor de Corrente Contnua (alternador automvel). ................. 20

    Figura 11 Quadro comparativo dos diferentes motores de corrente contnua. ...................... 21

    Figura 12 - Constituio de um Motor de Induo. .................................................................. 23

    Figura 13 - Parte interna de um Motor Trifsico com rotor de gaiola de esquilo. ................... 24

    Figura 14 - Motor Assncrono com rotor bobinado. ................................................................. 24

    Figura 15 - Motor de Induo Monofsico. .............................................................................. 25

    Figura 16 - Distribuio das avarias nos motores eltricos. ..................................................... 26

    Figura 17 - Rolamentos com presena de corroso. ................................................................. 27

    Figura 18 - Lubrificao em excesso. ....................................................................................... 28

    Figura 19 - Instalao incorreta do rolamento. ......................................................................... 28

    Figura 20 - Distribuio das falhas no estator. ......................................................................... 29

    Figura 21 - Modos de ocorrncia de falha nos enrolamentos de um estator ligado em estrela.

    .................................................................................................................................................. 29

    Figura 22 - Falta de fase (Ligao em estrela). ........................................................................ 30

    Figura 23 - Curto-circuito entre fases. ...................................................................................... 30

    Figura 24 - Curto-circuito entre espiras. ................................................................................... 31

    Figura 25 - Curto-circuito na bobine. ....................................................................................... 31

    Figura 26 - Curto-Circuito entre a bobine e a ranhura. ............................................................ 32

    Figura 27 - (a) Excentricidade esttica e (b) excentricidade dinmica..................................... 35

    Figura 28 - Medio da vibrao do sistema electromecnico. ................................................ 38

    Figura 29 - Teste termogrfico de um motor eltrico. .............................................................. 39

  • vi

    Figura 30 - Aparelho de diagnstico de avarias. ...................................................................... 39

    Figura 31 - Motor com acumulao de lixo ............................................................................. 44

    Figura 32 - Caixa de ligao degradada ................................................................................... 45

    Figura 33 - Lubrificao dos rolamentos ................................................................................. 46

  • vii

    Lista de Tabelas

    Tabela 1 - Resumo dos sintomas de avarias e possveis causas 36

    Tabela 2 - Plano de manuteno de um motor eltrico 47

  • 1

    Introduo

    A presente avaliao no contexto da unidade curricular de Manuteno de

    Instalaes Tcnicas, indicada ao tema Manuteno de Motores Eltricos pretende a

    realizao de um relatrio.

    Nos dias de hoje, os motores eltricos tm uma relevncia que no pode ser

    substituda. A prova disso que estes motores tm variadssimas aplicaes tanto a nvel

    industrial como a nvel domstico. Para que estas aplicaes atualmente sejam possveis

    porque desde a criao do primeiro motor eltrico at aos dias de hoje houve variadssimas

    evolues.

    Em 1820, Oersted, constatou que uma corrente eltrica fazia variar a posio duma

    agulha magntica colocada na sua vizinhana. Estava descoberto o Eletromagnetismo.

    Ainda nesse ano, Biot e Savart estabelecem a relao matemtica que traduz a

    descoberta de Oersted (lei de Biot-Savart), Ampere formulou as leis do eletromagnetismo,

    Schweigger concebeu a primeira bobina, o solenide, e Arago o primeiro eletroman.

    A induo eletromagntica foi descoberta em 1831, por Faraday, que nesse mesmo

    ano construiu o primeiro dispositivo gerador baseado na induo, o disco de Faraday.

    So estes os principais passos na evoluo do conhecimento da Eletricidade que

    vieram tornar possvel a inveno das mquinas eltricas baseadas no princpio da induo

    eletromagntica.

    Na evoluo das mquinas eltricas sucederam-se quatro fases. Entre 1831 e 1851

    mquinas com excitao devida a manes permanentes. Entre 1851 e 1867 mquinas com

    excitao eletromagntica de alimentao independente. Inicialmente os eletromanes eram

    alimentados por pilhas, deve-se a Sinstenden a alimentao a partir de uma mquina

    magneto eltrica, soluo mais tarde desenvolvida por H. Wilde. A terceira fase,

    caracterizada pela descoberta do princpio da autoexcitao, abarca o perodo de 1867 a

    1870. Este princpio foi descoberto em 1851 por Soren Hjorth, mas foi Werner von

    Siemens que, vulgarizando-a, cooperou fortemente para o desenvolvimento das mquinas

    eltricas. A quarta e ltima fase, que vai de 1870 a 1886, correspondem ao perodo em que

    a mquina de corrente contnua evoluiu para a sua configurao atual. Neste perodo so de

    destacar as invenes do enrolamento introduzido do tipo lanadeira (rotor em duplo T),

  • 2

    por Siemens, que foi o impulsionador dos atuais enrolamentos em tambor criados por Von

    Hefner-Alteneck em 1871. Dos enrolamentos de compensao, em 1884, por Mengues e

    dos polos auxiliares, em 1885, por Meter. Tambm nesta fase em 1871, Hippolyte Fontaine

    descobre a reversibilidade, possibilidade da mquina trabalhar como gerador ou como

    motor, embora j em 1847 Lenz e Jacobi tivessem formulado o princpio da reciprocidade

    do processo da rotao eletromagntica e da induo eletromagntica.

    Durante muito tempo o motor e gerador eltrico desenvolveram-se separadamente e

    s aps a inveno a mquina de Gramme os seus caminhos se encontraram.

    Em 1824, Barlow concebeu o primeiro motor eltrico, a roda de Barlow. Sucederam-

    se as invenes de motores, alguns deles do tipo alternativo sendo de referir os nomes de

    Jacobi, Henry Sturgeon, Page, Elias, Siemens, etc.

    Com a citao do marco histrico anterior, podemos verificar que em meados do

    sculo XIX j se reclamava a energia eltrica como uma energia futurista e

    impulsionadora, esta uma energia eficaz, limpa e fcil de utilizar.

    O motor eltrico como podemos verificar ao longo deste trabalho, responsvel pela

    transformao de energia eltrica em energia mecnica, e de modo a que esta

    transformao seja duradoura e digna do investimento por parte de uma indstria ou de um

    particular a manuteno representa um processo essencial no tempo til e desempenho

    destes motores.

  • 3

    1 Motor Eltrico

    Um motor eltrico um dispositivo eletromecnico que tem como funo converter

    energia eltrica em energia mecnica ao veio. A maioria destes motores opera pela

    interao de campos magnticos e condutores de corrente para gerar fora, denominando-

    se assim por mquina eltrica.

    A converso de energia eltrica em energia mecnica a partir da fora

    eletromagntica foi demonstrada pela primeira vez pelo cientista britnico Michael

    Faraday em 1821.

    O princpio fundamental em que os motores eletromagnticos so baseados na

    existncia de uma fora em todo o fio quando est a conduzir uma corrente eltrica imersa

    num campo magntico. Esta fora descrita pela lei da fora de Lorentz e perpendicular

    ao fio e ao campo magntico.

    Matematicamente expressa por:

    Em que representa a carga eltrica, representa a velocidade numa regio do

    espao sobre influncia dum campo magntico e de um campo eltrico .

    Num motor rotativo, a componente rotatria (geralmente no interior) chamada de

    rotor, e a parte estacionria chamada de estator. O motor constitudo por eletromanes

    que so posicionados em ranhuras do material ferromagntico que constituem o corpo do

    estator, enroladas e adequadamente dispostas em volta do material ferromagntico que

    constitui o rotor, para que seja desenvolvido um binrio sobre o eixo do rotor.

    De todo o tipo de motores, este o mais utilizado pois combina as vantagens da energia

    eltrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando com uma

    construo simples, melhores rendimentos, grande versatilidade de adaptao s cargas dos mais

    diversos tipos e custo reduzido.

  • 4

    Os motores eltricos tm uma vasta aplicao, vo desde pequenas at grandes

    dimenses, so classificados pela fonte de energia elctrica, aplicao e tipo de movimento

    que fornecem.

    Os motores mais pequenos podem ser encontrados em relgios de pulso eltricos e

    pequenos aparelhos do quotidiano. Os motores de mdia dimenso e caractersticas

    altamente padronizadas so capazes de fornecer energia suficiente para alimentar indstrias

    como tambm edifcios. Os motores de grandes dimenses so usados para propulso de

    navios, oleodutos, compressores e bombas na ordem de grandeza dos Megawatts (MW).

    Legislao para Eficincia Energtica

    Um estudo realizado pela Universidade de Coimbra avaliou o impacto ambiental ao

    longo do ciclo de vida dos motores eltricos, estimou o potencial de poupana e props

    novos valores mnimos de eficincia para os novos equipamentos.

    Este estudo serviu de base para a nova legislao europeia no que respeita

    eficincia de motores eltricos, que tem como objetivo melhorar o desempenho ambiental

    de produtos consumidores de energia ao longo do seu ciclo de vida, ou seja, pretende

    limitar o mercado aos produtos ambientalmente mais eficientes.

    De acordo com o estudo, o potencial de poupana estimado, em 2020, de 135 TWh

    de eletricidade anuais (quase trs vezes o consumo anual em Portugal) o que corresponde a

    uma reduo nas emisses de CO2 de cerca de 60 milhes de toneladas.

    Assim, a nova legislao europeia decisiva pois os motores eltricos representam

    cerca de 75% do consumo eltrico no setor da indstria. Considerando que o seu consumo

    de energia na fase de funcionamento o aspeto ambiental mais significativo de todo o

    ciclo de vida, a progressiva substituio por tecnologias mais eficientes, que embora

    tenham um custo inicial mais elevado, resultam em economias considerveis de energia ao

    longo da vida do equipamento.

    A investigao teve a colaborao do Fraunhofer Institute (Germany), da AEA

    Technologies (Reino Unido) e do Comit Europeu de Fabricantes de Mquinas Eltricas e

    Eletrnica de Potncia [5].

  • 5

    Constituio de um motor elctrico (Componentes)

    Como j foi referido anteriormente, o motor eltrico constitudo por um rotor e por

    um estator, estes no so suficientes para transformar energia mecnica em eltrica e como

    podemos ver atravs da figura 1 existem outros componentes.

    Figura 1 - Constituio de um motor eltrico.

    Legenda:

    1. Tampa Deflectora

    2. Ventilador

    3. O-ring

    4. Tampa com purga

    5. Rolamento

    6. Estator bobinado

    7. Carcaa

  • 6

    8. Caixa de ligao

    9. Rotor

    10. Tampa da caixa de ligao

    11. Chaveta

    12. Anel de fixao

    13. Rolamento

    14. Tampa dianteira

    15. O-ring

    Placa de Identificao

    Figura 2 - Placa Identificao de um motor trifsico.

    Para o motor trifsico:

    ~ 3: Representa o tipo de motor, neste caso trata-se de um motor trifsico de corrente

    alternada;

    250 S/M: O nmero 250 refere-se carcaa do motor, representa a distncia em

    milmetros medida entre o centro do eixo e a base sobre a qual o motor est fixado; a

    notao S e M deriva do ingls Short = Curto e Medium = Mdio, e refere-se distncia

    entre os furos presentes nos ps do motor. Tambm h modelos em que pode existir

    tambm L de Large = Grande;

  • 7

    11/01: Representa o ms e ano de fabrico do motor, neste caso o motor foi fabricado em

    Novembro de 2001;

    AY53872: Esta codificao o nmero de srie do motor composto por 2 letras e 5

    algarismos. Esta notao est presente na placa de identificao de todos os motores

    trifsicos e monofsicos;

    Motor Induo Gaiola: Identifica o tipo de motor, neste caso um motor trifsico de

    induo com rotor de Gaiola de Esquilo;

    Induct. Motor Squirrel Cage: O mesmo do anterior mas escrito em ingls;

    60Hz: Frequncia da rede de alimentao para a qual o motor foi concebido.

    CAT. N: Categoria do motor, ou seja, caractersticas de binrio em relao

    velocidade.

    Existem 3 categorias definidas que so:

    CAT. N: Destina-se ao acionamento de cargas normais como bombas, mquinas e

    ventiladores;

    CAT. H: Usados para cargas que exigem maior binrio de arranque;

    CAT. D: Usado em prensas excntricas, elevadores, etc;

    kW (HP-cv) 75 (100): Indica o valor de potncia em kW e em CV do motor;

    1775 RPM: Este valor chamado de Rotao Nominal (rotaes por minuto) ou rotao a

    plena carga;

    FS 1.00: Refere-se a um fator que aplicado potncia nominal, indica a carga permissvel

    que pode ser aplicada continuamente ao motor sob condies especficas, ou seja, uma

    reserva de potncia que d ao motor uma capacidade de suportar melhor o funcionamento

    em condies desfavorveis;

    ISOL.B: Indica o tipo de isolante que foi usado neste motor, e neste caso o gradiente

    trmico da classe de 80 K. Esta sobrelevao usada normalmente com um de trs

    isolantes: B (sobrelevao de 80 K), F (sobrelevao de 105K) e H (sobrelevao de 125

    K);

  • 8

    IP/IN 8.8: Representa a relao entre a corrente de arranque (IP) e a corrente nominal (IN).

    Por outras palavras, podemos dizer que a corrente de arranque equivale a 8,8 vezes a

    corrente nominal;

    IP 55: Indica o ndice de proteo. O primeiro algarismo corresponde proteo contra a

    entrada de corpos slidos e o segundo algarismo contra a entrada de corpos lquidos no

    interior do motor, com uma variao de IP-00 at IP-68, sendo que, o ndice "standard" o

    IP-55. Alguns motores vm com uma pelcula de proteo especial, os quais, incorporam o

    prefixo, formando: IPW;

    220/380/440V: Representa as tenses de alimentao deste motor. Possui 12 cabos de

    sada e pode ser ligado em rede cuja tenso seja 220V (tringulo paralelo), 380V (estrela

    paralelo) e 440V (tringulo srie). A indicao na placa de Y refere-se na verdade

    tenso de 760V, usada somente durante o arranque estrela-tringulo, cuja tenso da rede

    440V;

    245/142/123A: Valores de corrente referentes respetivamente s tenses de 220/380/440V;

    REG. S1: Refere-se ao regime de servio a que o motor ser submetido. Para este caso a

    carga dever ser constante e o funcionamento contnuo;

    Max. amb.: Representa o valor mximo de temperatura ambiente para o qual o motor foi

    projetado. Quando este valor no est expresso na placa de identificao devemos admitir

    que este valor de 40C;

    ALT.: Indica o valor mximo de altitude para o qual o motor foi projetado. Quando este

    valor no estiver expresso na placa de identificao devemos admitir que funciona para

    1000 metros.

    Ao lado dos dados citados acima, detemos os esquemas de ligao possveis na rede

    de alimentao.

    Seguidamente abaixo dos dados, podemos ver a indicao dos rolamentos que devem

    ser usados no mancal dianteiro, traseiro e sua folga. Para este caso temos os rolamentos

    6314-C3.

    Temos indicado tambm o tipo e a quantidade de lubrificante (gramas) a ser usada,

    bem como o perodo (horas) em que deve ser feita a lubrificao.

    Ao lado temos a indicao do peso aproximado em quilogramas deste motor (462

    Kg).

  • 9

    REND.% = 92,5%: Indica o valor do rendimento. Este valor influenciado pela parcela de

    energia eltrica transformada em energia mecnica. O rendimento varia com a carga a que

    o motor est submetido;

    COS = 0,87: Indica o valor do fator de potncia do motor, ou seja, a relao entre a

    potncia ativa (kW) e a potncia aparente (kVA). O motor eltrico absorve energia ativa

    (que produz potncia til) e energia reativa (necessria para a magnetizao do bobinado);

    00022: Indica o item do motor que foi programado na fbrica;

    Figura 3 - Placa de identificao do motor monofsico.

    Para o motor monofsico no temos nmero de srie como identificao, somente o

    item do motor na placa/etiqueta. Uma caracterstica a ser observada na placa do motor

    monofsico o valor da capacitncia. Na Figura 3 temos 1X216 a 259 F a 110V.

  • 10

    Arranque em vazio

    Antes de se colocar o motor a funcionar pela 1 vez necessrio tomar as seguintes

    precaues:

    Verificar se o motor roda livremente, removendo todos os dispositivos de bloqueio

    usados para transporte

    Certificar-se que a tenso e frequncia de servio esto de acordo com os dados

    pelo fabricante na placa de identificao

    Observar se as ligaes esto de acordo com o esquema de ligao impresso na

    placa de identificao, e verificar se os terminais esto devidamente apertados

    Acionar o motor desacoplado para verificar se est a girar livremente e no sentido

    pretendido

    Verificar as fixaes e acoplamentos do motor

    Verificar se o motor est devidamente ligado terra. Se no existir indicao do

    contrrio, necessrio fazer essa ligao obedecendo s regras para montagem de

    mquinas eltricas terra.

    Para aterrar o motor deve ser usado o parafuso existente na caixa de ligao ou na

    base da carcaa

    Verificar a ligao dos cabos rede, bem como, se as protees e controlos contra

    sobrecarga esto devidamente montadas

    Se o motor for colocado num local hmido ou estiver parado durante algum tempo,

    necessrio medir a resistncia de isolamento

    Para inverter a rotao de um motor trifsico, basta inverter as ligaes rede de

    duas das fases de alimentao

    Os motores que possuem uma seta na carcaa assinalando o sentido de rotao s

    podem girar nessa direo

  • 11

    Tipos de arranques dos motores assncronos trifsicos

    Arranque direto

    Arranque estrela-tringulo

    Arranque por resistncias estatricas

    Arranque por autotransformadores

    Arranque por resistncias rotricas

    Arranque eletrnico

    Arranque direto:

    Ligao do motor diretamente rede ( sua tenso nominal);

    O arranque efectua-se a um s tempo;

    A intensidade de arranque elevada, cerca de 4 a 8 vezes a intensidade da corrente

    nominal;

    Este tipo de arranque utilizado normalmente em motores com potncia til

    nominal 4 kW;

    o processo de arranque mais simples e barato.

    Arranque estrela-tringulo:

    O arranque efetua-se em dois tempos;

    No primeiro tempo de arranque cerca de 1,3 a 2,6 a intensidade da corrente

    nominal;

    O binrio de arranque pode atingir valores da ordem de 0,5 vezes do binrio

    nominal;

    A passagem de estrela a tringulo realiza-se para valores da velocidade superiores a

    75% da velocidade nominal;

    Este tipo de arranque utilizado normalmente em motores com potncia nominal >

    4 kW.

  • 12

    Arranque por resistncias estatricas:

    O arranque efetua-se em dois tempos;

    No primeiro tempo de arranque a tenso aplicada cerca de 4,5 vezes da

    intensidade de corrente nominal;

    O binrio de arranque pode atingir valores da ordem de 0,85 vezes do binrio

    nominal.

    Arranque por autotransformador:

    O arranque efectua-se em trs tempos;

    No primeiro tempo de arranque a tenso aplicada ao motor inferior tenso

    nominal;

    No segundo tempo de arranque a tenso aplicada ao motor praticamente igual

    tenso nominal;

    No terceiro tempo de arranque o autotransformador curto-circuitado;

    A intensidade da corrente de arranque cerca de 1,7 a 4 vezes a intensidade da

    corrente nominal;

    O binrio de arranque pode atingir valores da ordem de 0,85 vezes do binrio

    nominal.

    Arranque por resistncias rotricas:

    O arranque efetua-se em vrios tempos;

    No ltimo tempo de arranque as resistncias so curto-circuitadas permitindo que o

    motor atinja a sua velocidade nominal;

    Para um determinado valor de binrio, a velocidade tanto menor quanto maior for

    o valor das resistncias inseridas em srie com os enrolamentos do rotor;

    A intensidade da corrente de arranque normalmente inferior a 2,5 da intensidade

    da corrente nominal;

    O binrio de arranque pode atingir valores da ordem de 2,5 vezes do binrio

    nominal.

  • 13

    Arranque eletrnico:

    Os arrancadores eletrnicos so os sistemas de arranque mais modernos e baseiam-

    se na tecnologia dos semicondutores, circuitos integrados e na sua aplicao ao

    comando de sistemas de potncia, o que constitui o campo ao qual se d o nome de

    eletrnica de potncia;

    Estes arrancadores permitem comandar os motores dos fornos mais variados, com

    regulao e controlo no s da velocidade, como tambm de outras grandezas,

    nomeadamente, intensidade da corrente de arranque, binrio de arranque e tenso

    de alimentao do motor;

    Estes arrancadores permitem realizar o arranque suave e progressivo do motor at

    este atingir a sua velocidade nominal (em ambos os sentidos de rotao do motor);

    A regulao da velocidade conseguida pela variao da tenso de alimentao do

    motor;

    Normalmente estes arrancadores integram quer a proteo tcnica quer a proteo

    contra curto-circuitos do motor;

    Sendo um processo de arranque caro, este apenas utilizado quando existe a

    necessidade de regulao da velocidade do motor.

    Proteo dos motores assncronos trifsicos

    Proteo contra sobreintensidade:

    Sobrecargas

    Curto-circuitos

    o A proteco dos motores contra sobrecargas normalmente assegurada por

    aparelhos de funcionamento automtico, os rels trmicos;

  • 14

    Figura 4 - Rel Trmico.

    o A proteco dos motores contra curtos-circuitos normalmente assegurada

    por fusveis.

    Figura 5 - Fusveis.

    Escolha das protees do motor:

    o Rel trmico para o arranque direto o rel trmico dever ser escolhido de

    modo a permitir a sua regulao para a intensidade de corrente nominal do

    motor (In). No caso do arranque estrela-tringulo o rel trmico dever ser

    escolhido de modo a permitir a sua regulao para (In/3);

    o Fusvel a intensidade nominal dos fusveis (In) dever ter um valor igual

    ou imediatamente superior intensidade de corrente nominal do motor (In).

  • 15

    Figura 6 - Grfico da variao da corrente em funo do tempo para arranque em vazio.

    O motor respeitante ao grfico da Figura 6 de pequena dimenso e arranca em

    vazio (inrcia de carga nula). Devido baixa inrcia, todas as magnitudes variam

    fortemente durante o arranque, j que o binrio eletromagntico gerado funo da

    posio angular entre o rotor e o estator, em cada momento (para motores de maior

    potncia, com arranque em carga, tais variaes surgem mais diludas).

    A intensidade de corrente aumenta at um valor elevado (por vezes superior

    nominal) e oscila em relao frequncia da rede. Alm disso, esta corrente tende a baixar

    para valores prximos da corrente nominal e a magnitude inicial independente do binrio

    resistente aplicado pela carga.

    Tambm o binrio do motor adquire inicialmente valores mais baixos, sobretudo

    devido a correntes elevadas. Alm disso, nos instantes de arranque, um binrio oscilante

    pelo que o motor demora algum tempo a atingir o regime nominal.

    Figura 7 Grfico da variao do binrio em funo do tempo.

    Apenas depois de cerca de 40% do tempo de arranque, existe uma zona de binrio

    positivo, que realmente acelera o motor. Na fase final de arranque, o binrio do motor volta

  • 16

    a adquirir um carcter oscilante, rapidamente amortecido, que converge para o valor

    nominal (nulo em arranque em vazio) como se pode verificar na Figura 7.

    Figura 8 - Grfico da variao de velocidade em funo do tempo.

    Uma consequncia lgica do binrio a velocidade. Na 1 fase surgem oscilaes

    relativamente importantes, apenas aumentando a velocidade quando o binrio do motor

    tem um valor mdio positivo. Depois desta fase, a velocidade sofre ainda oscilaes,

    menores e mais amortecidas como se pode observar na Figura 8.

    Voltando s elevadas correntes em causa no arranque, estas so absorvidas nas

    bobinas do estator. Embora no sendo possvel medi-las em motores com rotor em gaiola

    de esquilo, as correntes induzidas nas bobinas do rotor so tambm muito elevadas

    (equivalncia com transformador relao de transformao). Estas correntes elevadas,

    quer no estator quer no rotor, conjugadas com arranque de durao prolongada, tm as

    seguintes consequncias:

    Quedas de tenso nos transformadores/rede de alimentao (inadmissveis para

    aparelhos de outros utilizadores, ligados mesma fonte);

    Perdas por Efeito de Joule elevadas (RI2), tanto no rotor como no estator. Estas

    potncias tm muita dificuldade em dissipar-se durante o arranque dada sua

    curta durao acumulando-se maioritariamente nas prprias bobinas, provocando

    importantes aumentos de temperatura que podem conduzir a:

    o Falhas prematuras do motor, por se ter ultrapassado a temperatura relativa

    classe de isolamento;

    o No acontecendo a anterior, haver lugar a um encurtamento da vida til do

    motor (envelhecimento).

  • 17

    Aspetos de manuteno que influenciam a seleo de motores

    Os principais aspetos de manuteno que podem influenciar a seleo de um motor

    so:

    O tamanho da empresa, poltica de manuteno e estrutura funcional;

    A mdia de idades dos equipamentos associados (transformadores, disjuntores,

    quadros de comandos, etc);

    A localizao da empresa do ponto de vista de distncia de fornecedores de peas

    de reposio, oficinas de reparao especializadas e do prprio fabricante dos

    motores:

    A disponibilidade local de mo de obra qualificada para operaes mais elaboradas

    de manuteno corretiva;

    A poltica da empresa no que respeita aos nveis de stock de peas de reposio. A

    existncia de uma histria de manuteno, com o registo (sempre que possvel

    formal) dos problemas verificados em cada motor, sua correo e modificaes

    introduzidas fundamental para um correto sistema de manuteno, tanto

    preventiva como corretiva.

    A forma mais simples e eficaz de se evitar problemas de correo com motores a

    sua correta seleo e instalao. A maior parte dos problemas de manuteno origina-se na

    inadequao do motor ao acionamento considerado, ou de um sistema de transmisso

    mecnica incorretamente dimensionado ou de problemas nos equipamentos de comando. A

    utilizao correta de equipamentos de proteo fundamental.

  • 18

    2 Transformao de Energia Eltrica em Energia

    Mecnica - Motores

    2.1 Fora Eletromagntica

    Como j foi dito anteriormente a converso de energia eltrica em energia mecnica

    ocorre a partir de uma fora eletromagntica. Quando existe a interao entre dois campos

    magnticos d-se a formao de uma fora. Um condutor fica sujeito a uma fora quando

    um este inserido no seio de um outro campo magntico.

    A fora eletromagntica (F) proporcional densidade do campo magntico (B),

    corrente (I) que atravessa o condutor e ao comprimento (l) do condutor:

    Atravs da expresso anterior podemos demonstrar que a fora F eletromagntica

    criada tanto maior quanto mais forte for o campo magntico B, mais corrente I atravessar

    o condutor ou maior for o comprimento l deste.

    2.2 Tipos de motores eltricos

    Existem diferentes tipos de motores eltricos mas qualquer um deles so

    caracterizados pelo objetivo de converter energia eltrica em energia mecnica. O fim em

    vista dos motores eltricos aps a converso em energia mecnica o acionamento de

    mquinas, equipamentos eletrodomsticos, mecnicos, etc. Deste modo os motores

    eltricos transformam como input a potncia eltrica em potncia mecnica e uma pequena

    percentagem em perdas.

  • 19

    Figura 9 Esquema com os elementos a considerar na transformao de energia por parte do motor eltrico.

    A pequena percentagem de perdas intrnseca ao procedimento de transformao da

    energia, estas so avaliadas pelo rendimento:

    As perdas podero ser as seguintes:

    Perdas eltricas: so as perdas associadas ao Efeito de Joule nos enrolamentos, isto

    , os condutores das bobinas tm uma resistncia que no nula e assim a

    passagem de corrente vai provocar perdas calorficas;

    Perdas magnticas: estas perdas esto associadas ao meio ferromagntico, ou seja,

    perdas por Correntes de Foucault, perdas por Histerese, perdas por fluxo de fugas,

    entre outras;

    Perdas mecnicas (apenas nos motores rotativos): estas perdas esto associadas ao

    atrito, perdas por atrito nos apoios e rolamentos, e tambm associadas ao

    arrastamento, as peas em rotao provocam um arrastamento do meio envolvente,

    produzindo um binrio resistente.

    De modo a atenuar as perdas eltricas pode-se optar por escolher materiais de baixa

    resistividade, limitar o comprimento dos condutores, aumentar a seo dos condutores ou

    ento limitar a intensidade de corrente. Em relao s perdas magnticas de modo a

    atenu-las opta-se por se escolher materiais com boas caractersticas ferromagnticas. Por

    ltimo uma boa manuteno, tanto nos rolamentos como a nvel da lubrificao permitem

    atenuar as perdas mecnicas.

    Geralmente os motores eltricos so selecionados de modo a cumprir certas

    condies:

  • 20

    Quanto fonte de alimentao;

    Quanto s condies ambientais (humidade, temperatura,);

    Quanto s imposies de carga e circunstncias de servio (rotao, potncia

    solicitada, esforos mecnicos,).

    Dos tipos de motores eltricos existentes atualmente os mais utilizados so os

    motores de induo. A preferncia nestes motores recai pelo baixo custo, pela facilidade de

    transporte como tambm pelos melhores rendimentos, entre outras. De seguida enumeram-

    se os diferentes tipos de motores eltricos, apresentando-se as principais vantagens e

    desvantagens associadas a cada um.

    2.2.1 Motores DC

    O preo destes motores alto e deste modo, a utilizao dos mesmos associada a

    casos especficos que recompensem o custo da sua instalao.

    Tomando como principal desvantagem o seu custo, estes necessitam tambm de uma

    fonte de corrente contnua ou ento de um mecanismo/sistema que converta a corrente

    alternada em corrente contnua e exigem ainda uma maior manuteno visto que possuem

    escovas e peas envolvidas (molas, coletor,) que se desgastam.

    Em relao velocidade destes motores, estes podem trabalhar com velocidade

    adaptvel entre largos limites. Esta caracterstica que permite aos motores trabalhar em

    facilidade de controlo da sua velocidade adaptvel possibilita que estes se prestem a

    controlos de grande flexibilidade e preciso.

    Figura 10 - Exemplo de um Motor de Corrente Contnua (alternador automvel).

    Fonte: [11]

  • 21

    Existem vrios tipos de motores de corrente contnua, dos quais os mais usuais so:

    motores de excitao independente, de excitao em derivao (ou shunt), de excitao em

    srie e de excitao composta (ou compound), sendo que estes trs ltimos tipos so de

    autoexcitao. Cada um dos motores referidos acima tem caractersticas e aplicaes

    diferentes uns dos outros, a ttulo de exemplo, o motor shunt adequado para mquinas-

    ferramentas, pois tem uma velocidade relativamente estvel com a carga (no sendo no

    entanto o melhor para este efeito), o motor de excitao em srie no apropriado para

    mquinas-ferramentas mas por outro lado adequado para trao eltrica, isto deve-se ao

    seu bom binrio de arranque. Os motores compound tm algumas caractersticas de alguns

    dos motores apresentados anteriormente, porm melhoram certas caractersticas desses,

    mas em contrapartida so mais caros.

    Figura 11 Quadro comparativo dos diferentes motores de corrente contnua.

    2.2.2 Motores AC

    Como a distribuio de energia eltrica realizada usualmente em corrente alternada

    (AC) este tipo de motores so os mais utilizados. Destacam-se dos tipos de motores de

    corrente alternada os motores sncronos e os motores assncronos de induo.

    2.2.2.1 Motores Sncronos

    Devido ao elevado preo destes motores para tamanhos pequenos, estes so

    principalmente utilizados para grandes potncias e trabalham com velocidade fixa.

    Destinam-se a aplicaes especiais.

  • 22

    Como trabalham a velocidade constante com a frequncia da rede, os polos do rotor

    seguem o campo girante imposto ao estator pela rede de alimentao, deste modo, a

    velocidade do motor a do campo girante. A velocidade assim sncrona:

    2.2.2.2 Motores Assncronos de Induo

    Este o tipo de motor mais utilizado, pois entre as suas vantagens este apresenta uma

    elevada simplicidade, robustez, baixo preo, tem uma boa capacidade para trabalhar em

    condies adversas e usado em variadssimas aplicaes. Este motor trabalha usualmente

    a velocidade constante, como nos motores sncronos o campo girante destes motores roda

    tambm velocidade sncrona sendo ligeiramente varivel conforme a carga mecnica

    aplicada ao veio. A diferena na velocidade destes motores para os motores sncronos

    advm da existncia de escorregamento (S), isto , os motores sncronos no tem

    escorregamento, a velocidade do rotor a mesma que a do campo girante, no entanto os

    motores assncronos tm escorregamento e assim a velocidade do rotor menos que a do

    campo girante.

    Nos dias de hoje exequvel controlar a velocidade neste tipo de motores com o

    apoio de inversores de frequncia.

    Deste tipo de motores h dois grupos principais diferentes: os de rotor em gaiola de

    esquilo (mais simples e mais usados) e os de rotor bobinado.

  • 23

    Figura 12 - Constituio de um Motor de Induo.

    2.2.2.3 Motor Assncrono Trifsico com rotor de gaiola de esquilo (ou rotor em curto-circuito)

    O rotor destes motores composto por um conjunto de barras de material condutor

    encaixadas em ranhuras no rotor e curto-circuitadas por anis metlicos nas extremidades.

    A simplicidade e robustez da construo em gaiola de esquilo fazem com que este motor

    seja mais utilizado que o motor de induo de rotor bobinado.

    O rotor destes motores ento constitudo por um ncleo de chapas ferro-

    magnticas, isoladas entre si, sobre as quais so colocadas barras de alumnio (condutores),

    dispostas paralelamente entre si e juntas nas suas extremidades por dois anis condutores

    tambm em alumnio, que curto-circuitaro os condutores. Como o conjunto dos

    condutores e anis apresentam a forma de uma gaiola, a designao deste rotor ficou

    conhecida por rotor em gaiola de esquilo.

    O estator deste motor, constitudo por um ncleo ferro-magntico laminado, nas

    suas caves do qual so colocados os enrolamentos alimentados pela rede de corrente

    alternada.

  • 24

    Figura 13 - Parte interna de um Motor Trifsico com rotor de gaiola de esquilo.

    2.2.2.4 Motor Assncrono Trifsico com rotor bobinado

    Este motor difere do motor com rotor em gaiola de esquilo apenas quanto ao rotor,

    neste o rotor constitudo por ncleo ferro-magntico laminado sobre o qual so

    albergadas as espiras que constituem o enrolamento trifsico, geralmente ligado em estrela.

    Os trs terminais livres de cada uma das trs bobinas do enrolamento trifsico so ligados a

    trs anis coletores. Os anis ligam exteriormente a um restato de arranque constitudo

    por trs resistncias variveis ligadas em estrela. A funo do restato de reduzir as

    elevadas correntes de arranque.

    Os motores de induo de rotor bobinado so pouco comuns, so apenas utilizados

    num nmero limitado de aplicaes especializadas.

    Figura 14 - Motor Assncrono com rotor bobinado.

  • 25

    2.2.2.5 Motor Assncrono Monofsico

    A nvel da constituio interna este motor muito idntico ao motor trifsico, a

    diferena reside no estator, este neste motor monofsico tem apenas um enrolamento.

    Relativamente ao rotor este criteriosamente igual ao do motor trifsico, com isto quer-se

    dizer que neste motor o rotor constitudo por um ncleo ferromagntico com gaiola de

    esquilo (o rotor bobinado no aqui utilizado devido s baixas potncias).

    O enrolamento monofsico origina um campo magntico com direo fixa, este

    campo pode ser decomposto em dois campos girantes iguais que giram em sentido

    contrrio. O rotor pode ento rodar num sentido ou noutro, conforme o sentido do impulso

    inicial. O impulso inicial no manual mas sim provocado por elementos eltricos que so

    inseridos no circuito de alimentao do estator de modo a criarem uma fora

    eletromagntica adicional num dos sentidos.

    Este motor acarreta pela existncia de dois campos girantes o facto de ter tambm

    dois binrios motores em sentido contrrio, sendo o valor do binrio total a soma dos dois

    binrios.

    Figura 15 - Motor de Induo Monofsico.

  • 26

    3 Principais tipos de avarias e diagnsticos

    Neste captulo vamos abordar somente o que diz respeito a motores de induo uma

    vez que so estes os mais utilizados na indstria devido sua simples e robusta estrutura,

    baixo custo, entre outras vantagens.

    3.1 Principais avarias nos motores eltricos

    Figura 16 - Distribuio das avarias nos motores eltricos.

    3.1.1 Rolamentos

    Segundo o grfico da Figura 16 as avarias relacionadas com os rolamentos

    representam 51% do total das avarias encontradas nos motores eltricos de induo.

  • 27

    Os rolamentos so um rgo mecnico que tem como principal funo sustentar o

    rotor do motor. As falhas deste elemento so essencialmente mecnicas.

    Diversas so as causas de falhas em rolamentos. Alm do processo normal de falha,

    isto , o aparecimento de pequenas fissuras abaixo da superfcie das pistas dos elementos

    rolantes [1], existem outras condies que contribuem para a reduo do tempo de vida do

    rolamento.

    Causas externas que provocam a falha do rolamento:

    Contaminao: o processo de contaminao d-se atravs de pequenas partculas

    de natureza abrasiva e dureza varivel que frequentemente contaminam a lubrificao do

    rolamento, causando aes de pitting e sanding;

    Corroso: o processo de corroso, representado na Figura 17 iniciado pela

    presena de gua, cido, lubrificao deteriorada, etc. Com o avano do processo de

    corroso as partculas so expelidas resultando numa ao abrasiva de contaminao;

    Figura 17 - Rolamentos com presena de corroso.

    Lubrificao imprpria: lubrificao em falta ou em excesso, (Figura 18) faz com

    que os elementos rolantes no se movam corretamente no filme de leo, causando

    aquecimento. Esse aquecimento deteriora o lubrificante, acelerando o processo de falha;

  • 28

    Figura 18 - Lubrificao em excesso.

    Problemas na instalao: as falhas originadas por uma instalao incorreta (Figura

    19) so causadas por forar o rolamento contra o veio ou contra a carcaa, resultando em

    danos fsicos no rolamento. Outros problemas comuns gerados por instalaes incorretas

    so: desalinhamento, empeno da pista interna e empeno da pista externa.

    Figura 19 - Instalao incorreta do rolamento.

    3.1.2 Estator

    Segundo o grfico da (Figura 16), as avarias relacionadas com o estator representam

    16% do total de avarias em motores eltricos de induo, sendo que a maior parte

    encontram-se associadas aos enrolamentos. Falhas no ncleo ferromagntico um

    acontecimento menos frequente. O estudo apresentado na Figura 20 mostra que entre as

    principais causas de falhas nos enrolamentos, a falha mecnica representa 41% do total das

    falhas do estator e 35% das falhas so de natureza eltrica.

  • 29

    Figura 20 - Distribuio das falhas no estator.

    Fonte: IEEE [2]

    Os enrolamentos do estator esto sujeitos ao de fadiga de natureza trmica,

    eltrica, mecnica e ambiental. Nestas aes de fadiga, as dimenses e caractersticas

    nominais do motor, alm das condies de operao, determinam a rapidez de evoluo da

    degradao do isolamento e consequentemente o aparecimento de avarias nos

    enrolamentos. Tais avarias so de carcter puramente eltrico e apresentam-se de diversas

    formas, conforme ilustrado na Figura 21.

    Figura 21 - Modos de ocorrncia de falha nos enrolamentos de um estator ligado em estrela.

    Fonte: IEEE [2]

  • 30

    Exemplos dos modos de falha da Figura 21:

    Figura 22 - Falta de fase (Ligao em estrela).

    Fonte: [3]

    A falha numa nica fase de um enrolamento o resultado da interrupo de uma fase

    na alimentao do motor. A falta da fase (Figura 22) geralmente provocada pela

    interrupo de um fusvel, contactos interrompidos, falta de fase na linha de alimentao

    ou mau contacto provocado por ligaes danificadas e inadequadas. [3]

    Figura 23 - Curto-circuito entre fases.

    Fonte: [3]

    Este tipo de falha no isolamento (Figura 23) normalmente causado por

    contaminao do enrolamento, vibrao ou picos de tenso. Pode tambm ser

    consequncia da deficincia do isolamento entre as fases dos enrolamentos do estator, ou

  • 31

    mesmo da utilizao de materiais inadequados, incompatveis com a classe trmica e de

    tenso do equipamento. [3]

    Figura 24 - Curto-circuito entre espiras.

    Fonte: [3]

    Este tipo de falha no isolamento (Figura 24) normalmente causado por

    contaminao do enrolamento, vibrao ou picos de tenso, podendo ser agravada por

    falhas ou deficincias no processo de impregnao, incluindo-se a a utilizao de

    condutores e verniz ou resina de m qualidade, mal preservados, ou incompatveis com a

    classe trmica e tenso do equipamento, alm do processo inadequado de cura. [3]

    Figura 25 - Curto-circuito na bobine.

    Fonte: [3]

  • 32

    Este tipo de falha no isolamento (Figura 25) normalmente causado por

    contaminao do enrolamento, vibrao ou picos de tenso, podendo ser agravada por

    falhas ou deficincias no processo de impregnao, incluindo-se a a utilizao de

    condutores e verniz ou resina de m qualidade, mal preservados, ou incompatveis com a

    classe trmica e tenso do equipamento, alm do processo inadequado de cura. Geralmente

    sujeito a um sobreaquecimento da bobine, antes da ocorrncia do rompimento das espiras.

    [3]

    Figura 26 - Curto-Circuito entre a bobine e a ranhura.

    Fonte: [3]

    Este tipo de falha no isolamento (Figura 26) normalmente causado por

    contaminao do enrolamento, vibrao ou picos de tenso. Pode tambm ser

    consequncia da deficincia da execuo do isolamento das ranhuras, ou mesmo do uso de

    materiais inadequados, incompatveis com a classe trmica e de tenso do equipamento, ou

    ainda da deficincia durante o processo de enrolamento, o que pode provocar danos ao

    isolamento, fragilizando-o e permitindo a falha. [3]

    As principais causas de falha no estator so:

    Alimentao Desequilibrada: induz altas temperaturas no interior dos motores,

    diminuindo a vida til do isolamento e provocando danos nos enrolamentos;

    Partida direta e operao em sobrecarga: partidas diretas podem induzir correntes

    de 4 a 10 vezes a corrente nominal, alm de esforos mecnicos nas bobines. Portanto, a

    presena de altas correntes nos enrolamentos do estator, seja por partida direta ou

  • 33

    sobrecarga, pode comprometer o isolamento dos enrolamentos. J os esforos mecnicos

    na bobine, podem causar danos no isolamento ou fraturas nos condutores das mesmas;

    Sobretenso na alimentao: seja por descargas atmosfricas ou funcionamento de

    diversos equipamentos de proteo nos circuitos de alimentao, o aparecimento de

    sobretenso pode ameaar a integridade do isolamento dos enrolamentos;

    Esforos mecnicos: presena de peas soltas no interior do motor (especialmente

    em rotao), vibraes mecnicas e contacto do rotor com o estator (excentricidade ou

    barras partidas) podem danificar os enrolamentos;

    Descargas parciais: presentes num motor cujo isolamento j est em processo de

    degradao, as descargas parciais aceleram o processo e so consideradas como um

    indicador da degradao do isolamento;

    Envelhecimento: degradao natural do material utilizado no isolamento dos

    enrolamentos.

    3.1.3 Rotor

    As avarias mais comuns no rotor so:

    Barras soltas ou partidas;

    Rotor excntrico Excentricidade esttica e dinmica;

    Curto-circuito nas chapas do ferro magntico;

    Rotor empenado;

    3.1.3.1 Rotor tipo gaiola de esquilo

    Neste tipo de rotor o modo de falha mais frequente a fissurao das barras.

    Os factores que contribuem para a fissurao so:

    - Esforos trmicos;

    - Esforos mecnicos;

    - Cargas pulsantes;

    - Imperfeies na construo da gaiola,

  • 34

    - Unbalanced Magnetic Pull (UMP) no rotor;

    A fissurao das barras em si no causa falha imediata do motor, no entanto

    medida que o dano aumenta, a barra danificada pode sair da ranhura onde se encontrava

    alojada e ir danificar o estator e os enrolamentos.

    3.1.3.2 Rotor Bobinado

    O circuito deste tipo de rotores formado por enrolamentos semelhantes aos do

    estator, alojados em ranhuras existentes no ncleo. Os terminais destes enrolamentos so

    acessveis externamente, o que permite assim controlar o comportamento do motor. Neste

    caso, os enrolamentos do rotor esto sujeitos aos mesmos efeitos de degradao do

    isolamento vistos anteriormente para os enrolamentos do estator, alm dos esforos

    mecnicos provocados pela sua rotao.

    Falhas comuns aos dois rotores:

    Rotor empenado - Este tipo de falha provm dos esforos mecnicos, esforos que

    so considerveis em regimes transitrios e resultam do regime de operao imposto pela

    carga e pela alimentao.

    Excentricidade a excentricidade do entreferro resultado do aparecimento de

    uma regio de airgap mnimo e outra de airgap mximo. Na Figura 27, estas duas regies

    so ilustradas e fica claro que, na presena de uma excentricidade, o centro geomtrico do

    estator (Os) no coincide com o centro geomtrico do rotor (Or). Como consequncia deste

    efeito, temos:

    - Desequilbrio das foras radiais no entreferro (UMP);

    - Passagem de corrente eltrica atravs dos rolamentos;

    - Vibraes;

    - Rudo.

  • 35

    Figura 27 - (a) Excentricidade esttica e (b) excentricidade dinmica.

    Fonte: [4]

    H dois tipos de excentricidade: a esttica e a dinmica. A primeira causada por um

    desalinhamento ou ncleo oval do estator e a posio do airgap mnimo fixa no espao.

    No segundo, a posio do airgap mnimo roda junto com o rotor em funo de um

    desalinhamento do rotor ou da carga, um empeno trmico do rotor ou defeito no rolamento.

    De acordo com a Figura 27, na excentricidade esttica o centro de rotao do rotor

    (R) coincide com o seu centro geomtrico (Or), o que no acontece na excentricidade

    dinmica. Na prtica, a excentricidade dinmica representa uma modulao do entreferro

    na frequncia de rotao do rotor. As causas mais comuns de excentricidade so

    imperfeies no processo de fabricao, rotor e veio no concntricos, ncleo do estator

    oval e empeno trmico do rotor.

  • 36

    3.1.4 Sintomas de avarias e possveis causas

    Tabela 1 - Resumo dos sintomas de avarias e possveis causas

    Sintomas Possveis causas

    Marcha Trepidante

    - Carcaa mal fixa

    - Acoplamento mal equilibrado

    - Condutor de alimentao interrompido

    - Corpo estranho na interface

    O motor no arranca

    - Interrupo da alimentao

    - As escovas no assentam sobre os anis

    - Tenso excessivamente baixa

    - Interrupo no arranque

    Arranque brusco

    - Resistncia demasiado baixa, no arranque

    (rotor bobinado)

    - Arrancador parcialmente interrompido ou

    com contactos queimados

    - Arrancador mal ligado

    - Curto-circuito entre espiras do

    enrolamento do rotor

    O motor arranca com dificuldade

    - Tenso na rede muito baixa

    - Queda de tenso excessiva nos condutores

    de alimentao

    - Carga excessiva

    - Um terminal do motor polifsico est

    ligado por erro ao neutro

    O motor produz um zumbido no arranque

    - Resistncias diferentes no restato de

    arranque

    - Curto-circuito entre espiras do rotor

    - Interrupo num enrolamento do rotor

    Aquecimento excessivo do motor, em

    funcionamento

    - Carga excessiva

    - Tenso demasiado elevada (perdas

    elevadas no ferro)

    - Tenso demasiado baixa (consumo

    excessivo de corrente)

    - Condutor de fase partido (consumo

    excessivo de corrente)

    - Interrupo num dos enrolamentos do

    estator (consumo excessivo de corrente)

  • 37

    3.2 Tcnicas de diagnstico de avarias em motores elctricos

    No diagnstico de falhas em motores de induo, as tcnicas de condicionamento de

    sinal mais utilizados so:

    Tcnicas com o motor em repouso:

    Teste de alto Potencial consiste em aplicar uma alta tenso de carcter contnuo

    nos enrolamentos com o objetivo de avaliar o isolamento entre os enrolamentos e a terra.

    Este teste potencialmente destrutivo.

    Teste de Isolamento - uma pequena tenso de carcter contnuo aplicada entre os

    enrolamentos e a terra. A corrente dissipada ento medida e convertida numa medida de

    impedncia em (Ohms).

    Teste de Resistncia - atravs de um aparelho de medio de resistncia, mede-se a

    resistncia entre os enrolamentos do estator, com o intuito de se identificar perda ou quebra

    de ligao, bem como problemas mais avanados nos enrolamentos.

    Anlise do Circuito do Motor (MCA) - atravs da leitura de medidas de

    impedncia, ngulo de fase, corrente, resposta em frequncia, etc., avalia-se as conexes,

    cabos, rotor, entreferro e isolamento. Permite a deteo de falhas eltricas incipientes.

    Tcnicas com o motor em funcionamento:

    Anlise de Vibrao: a mais antiga e mais utilizada no meio industrial, esta

    tcnica requer conhecimento das caractersticas do sistema em teste e utilizada na

    identificao da presena e severidade de falhas de origem mecnica no motor, rolamentos

    e em todo o conjunto eletromecnico. Tambm, se consegue obter alguma informao de

    problemas eltricos e problemas no rotor. Esta tcnica consiste na medio de vibrao do

    sistema atravs de um acelermetro e aps o sinal adquirido faz-se uma anlise ao espetro

    de frequncia.

  • 38

    Figura 28 - Medio da vibrao do sistema electromecnico.

    O aparelho de medio de vibraes da Figura 28, alm de fazer a medio tambm

    analisa os dados obtidos, permitindo assim aos utilizadores obter a resposta mais rpida

    sobre os problemas detetados ou previstos, o respetivo grau de gravidade e sobre o grau de

    prioridade das aes corretivas.

    Anlise Termogrfica (Termografia): devido ao desenvolvimento das cmaras

    fotogrficas de infravermelho, possvel obter mapas de temperatura do motor e dos

    equipamentos a ele associado atravs de uma camara termogrfica (Figura 29). excelente

    para a deteo de ligaes com anomalias e mais falhas eltricas, alm de apresentar boa

    capacidade de identificao de falhas mecnicas e de fadiga de materiais.

  • 39

    Figura 29 - Teste termogrfico de um motor eltrico.

    Anlise Acstica: atravs de uma anlise de rudo de baixa e alta frequncia,

    deteta-se diversos problemas eltricos e mecnicos quando a falha j se encontra num

    estado avanado. Depende tambm do conhecimento das caractersticas do sistema em

    teste.

    Anlise da Assinatura Eltrica (ESA): a mais recente, envolve tcnicas espetrais

    baseadas na anlise da corrente (envolvendo ou no a tenso de alimentao). Rigor nas

    falhas eltricas e mecnicas em boa parte do conjunto eletromecnico, especialmente no

    rotor. Requer informaes do sistema em teste e numa anlise avanada, informaes

    construtivas do motor como o nmero de barras do rotor e ranhuras do estator.

    Medio Eltrica: com a medio da corrente e tenso, pode-se obter informao

    determinante no diagnstico de avarias.

    Figura 30 - Aparelho de diagnstico de avarias.

  • 40

    O aparelho da Figura 30 vocacionado para testes dinmicos, mede simultaneamente

    as trs fases de corrente e tenso para conseguir fornecer dados digitais e espetros nas

    seguintes reas: Alimentao, Anlise da Assinatura da Corrente Eltrica, Eficincia,

    Distoro Harmnica Total (THD), Fator de Potncia, Impedncia, Corrente e Tenso.

    Contudo para fazer um diagnstico completo, deve-se utilizar sempre duas ou mais

    tcnicas em conjunto, as mais comuns so:

    Vibrao e termografia (1): so das mais utilizadas na indstria mas algumas

    falhas sero s detetadas em estado avanado.

    MCA e ESA: a mais eficiente, mas no muito utilizada devido tcnica do MCA

    ser efetuada com o motor em repouso.

    Vibrao, termografia e ESA: a mais recente, a tcnica de ESA veio a

    completar as falhas existentes na combinao (1), o que tornou a combinao mais

    eficiente devido combinao das tecnologias mecnicas eltricas.

  • 41

    4 Manuteno de motores eltricos

    A manuteno pode ser definida, segundo o dicionrio Aurlio como: As medidas

    necessrias para a conservao ou permanncia, de alguma coisa ou situao e ainda Os

    cuidados tcnicos indispensveis ao funcionamento regular e permanente de motores e

    mquinas.[6]

    Entretanto, o mais comum definir a manuteno como o conjunto de atividades e

    recursos aplicados aos sistemas e equipamentos, visando garantir a continuidade de sua

    funo dentro de parmetros de disponibilidade, de qualidade, de prazo, de custos e de vida

    til adequados. Nesta definio, de grande abrangncia, a manuteno caracterizada

    como um processo. Um processo que deve iniciar antes da aquisio e que tem como

    principal funo o prolongamento da vida til do equipamento ou sistema.

    A periocidade com que as intervenes de manuteno devem ser realizadas depende

    de vrios fatores:

    Recomendaes do fabricante do motor;

    Condies do meio ambiente em que o motor trabalha (temperatura, humidade,

    poeiras, etc);

    Nmero de horas de funcionamento dirio;

    Espaamento entre arranques (ciclo arranque/paragem/arranque);

    Funo desempenhada pelo motor no equipamento em que se encontra instalado;

    Grau de criticidade do equipamento.

    4.1 Manuteno Preventiva

    Este o tipo de manuteno mais usado quando no existem mquinas de reserva ou

    com redundncia, em que uma interrupo do funcionamento resulta num aumento do

    custo e do tempo de produo do equipamento.

    Os intervalos de servio so determinados conforme indicao do fabricante para que

    o equipamento no falhe no perodo normal de funcionamento. Apesar disso, a manuteno

  • 42

    preventiva cada vez mais vista como um excedente de custo, j que no momento em que

    ocorre a interveno, a mquina ainda apresenta condies de uso, e as peas que so

    substitudas por novas ainda se encontram em bom estado, possveis de funcionar durante

    mais tempo.

    Outro fator importante de notar a interveno humana, em que as intervenes mal

    ocorridas podem afetar e reduzir a fiabilidade do equipamento. As mais significativas so a

    montagem inadequada de rolamentos, contaminao do lubrificante devido abertura do

    equipamento, danos nos enrolamentos por pancadas durante a montagem e desmontagem.

    4.2 Manuteno Corretiva

    Este tipo de manuteno ocorre quando o equipamento utilizado at falha, onde

    posteriormente ser reparado ou substitudo por outro equipamento em reserva.

    Normalmente nas indstrias que usam mquinas de baixo custo e onde se utilizam

    equipamentos de reserva aplica-se este tipo de manuteno.

    A monitorizao dos equipamentos no vantajosa visto que representa um custo

    econmico e de segurana em conhecer quando ir ocorrer a falha.

    4.3 Manuteno Preditiva

    A manuteno preditiva de motores eltricos baseia-se numa inspeo peridica dos

    nveis de isolamento, corrente, tenso, temperatura de funcionamento do motor e

    rolamentos, lubrificao de rolamentos, vibrao e anlise visual. A frequncia com que

    devem ser feitas as aces de inspeo depende do tipo de motor e locais de aplicao.

    Este tipo de manuteno baseia-se no princpio de que as aes de manuteno so

    apenas realizadas quando as medies indicam ser necessrio. Desde que a mquina esteja

    a funcionar normalmente no haver qualquer ao de manuteno.

    Atravs da monitorizao regular do equipamento possvel detetar o incio e

    evoluo da falha. A partir dessas medies, os valores so extrapolados de modo a prever

    quando sero atingidos as tolerncias mximas dos parmetros e, desse modo, a

    interveno no equipamento.

  • 43

    4.4 Procedimentos de manuteno dos motores eltricos

    A manuteno dos motores eltricos baseia-se essencialmente em inspees

    peridicas. Este tipo de inspees consiste na verificao do bom ou mau funcionamento

    dos vrios componentes, tais como:

    - Verificao dos nveis de isolamento;

    - A elevao da temperatura nos rolamentos e enrolamentos;

    - Desgaste;

    - Lubrificao dos rolamentos;

    - Vida til dos rolamentos;

    - Eventuais exames no ventilador;

    - Nveis de vibrao;

    - Desgaste das escovas e anis coletores;

    - Temperatura e a sua dissipao.

    A falta de controlo de qualquer um dos componentes anteriormente referidos pode

    levar a indesejadas paragens do equipamento. A frequncia deste tipo de inspeo depende

    do tipo de motor, das condies em funcionamento e da sua aplicao.

    Inspeo parcial:

    - Retirar a gua condensada;

    - Limpar o interior da caixa de ligao;

    - Inspeo visual do isolamento do enrolamento;

    - Limpar os anis coletores;

    - Verificar as condies das escovas;

    - Limpar o sistema de refrigerao;

    - Verificar as condies do lubrificante dos rolamentos.

    Inspeo completa:

    - Limpar os enrolamentos sujos com um pincel ou escova. Utilizando um pano

    humedecido em lcool ou com solventes adequados deve-se remover a massa

    consistente, leo e outros lixos que aderiram sobre o enrolamento. Deve-se secar os

    enrolamentos com ar isento de humidade;

  • 44

    - Passar ar comprimido atravs dos canais de ventilao no conjunto de chapas

    do estator, rotor e rolamentos;

    - Retirar a gua condensada, limpar o interior das caixas de ligao e os anis

    coletores;

    - Medir a resistncia de isolamento;

    - Limpar o conjunto escovas/porta-escovas;

    - Limpar devidamente o sistema de refrigerao;

    - Lubrificao dos rolamentos.

    Procedimentos de Limpeza:

    Os motores devem ser mantidos limpos, isentos de poeira, detritos e leos. Para

    proceder limpeza, deve-se utilizar escovas ou panos limpos. Se a poeira no for abrasiva,

    deve-se utilizar o auxlio de ar comprimido, soprando o lixo da tampa deflectora e

    eliminando toda acumulao de p contida nas ps do ventilador e nas alhetas de

    refrigerao. Os tubos de refrigerao (quando existirem) devem ser mantidos limpos e

    desobstrudos para garantir uma perfeita troca de calor. Para limpeza dos tubos, pode-se

    utilizar uma escova vocacionada para o efeito e ao ser introduzida nos tubos retira o lixo

    acumulado.

    A carcaa deve ser mantida limpa, sem acumulao de lixo na sua parte externa para

    facilitar a troca de calor com o meio (Figura 31).

    Figura 31 - Motor com acumulao de lixo

    Em motores de anis, o compartimento das escovas/anis coletores nunca dever ser

    limpo com ar comprimido e sim com aspirador de p ou com panos humedecidos com

    solventes adequados.

  • 45

    As caixas de ligao (Figura 32) devem apresentar os bornes limpos, sem oxidao,

    em perfeitas condies mecnicas e sem depsitos de p nos espaos vazios.

    Figura 32 - Caixa de ligao degradada

    Procedimentos de Lubrificao

    Lubrificao dos rolamentos:

    A finalidade de manuteno, neste caso, prolongar o mximo possvel, a vida til

    dos rolamentos.

    A manuteno consiste:

    - Observao do estado geral em que se encontram os rolamentos;

    - Lubrificao e limpeza;

    - Exame mais detalhado dos rolamentos.

    O rudo nos motores dever ser observado em intervalos regulares de 1 a 4 meses.

    Um operador com alguma experincia consegue-se aperceber facilmente da iniciao de

    rudos nos rolamentos. Caso uma haja alerta por parte do operador de rudos nos

    rolamentos, ento deve-se partir para uma anlise mais precisa, aconselha-se a utilizao

    de equipamentos que permitam fazer anlises preditivas.

    As propriedades dos lubrificantes deterioram-se em virtude de envelhecimento e

    trabalho mecnico, e alm disso todos os lubrificantes sofrem contaminao em servio,

    razo pela qual a lubrificao nos rolamentos (Figura 33) deve ser renovada

    periodicamente e em caso de no haver essa possibilidade devido gravidade da avaria a

    deve ser trocado o rolamento.

  • 46

    Figura 33 - Lubrificao dos rolamentos

    O controlo da temperatura num rolamento tambm faz parte da manuteno de

    rotina. Sendo o rolamento lubrificado com massa consistente, esta tem um ndice de

    temperaturas para o qual desempenha as suas funes em condies ideais.

    A temperatura poder ser controlada permanentemente com termmetros, colocados

    do lado de fora do rolamento.

    As quantidades e perodos de lubrificao so dados estipulados pelos fabricantes

    dos rolamentos.

  • 47

    Exemplo de um plano de manuteno de um motor eltrico de induo

    Nota: Em anexo apresentamos um plano de manuteno dos motores WEG.

    Tabela 2 - Plano de manuteno de um motor eltrico

    Semanal Mensal Trimestral Semestral Anual

    Limpeza do equipamento. x Inspeo visual do lubrificante dos

    rolamentos. x

    Limpeza dos rolamentos e

    lubrificao. x

    Controlo da temperatura de

    funcionamento dos rolamentos x

    Retira a gua condensada na caixa

    de ligao, limpeza da mesma. x

    Limpar o conjunto escovas/porta-

    escovas. x

    Limpar devidamente o sistema de

    refrigerao. x

    Medio da resistncia do

    isolamento. x

    Anlise de vibrao e anlise

    termogrfica do motor. x

    Anlise de vibrao, termogrfica e

    ESA. x

  • 49

    Referncias Bibliogrficas

    [1] - Obaid, R.R.,Habetler, T.G. e Stack, J.R. "Stator Current Analysis For Bearing Damage

    Detection in Induction Motors". IEEE International Symposium on Diagnostics for Electric

    Machines, Power Electronics and Drives. 2003, pp. 182- 187.

    [2] - Cardoso, A.J.M. "Diagnstico de Avarias em Motores de Induo Trifsicos". Coimbra:

    Coimbra Editora, 1991. ISBN: 972-32-0452-5.

    [3] - (http://mdmotores.blogspot.pt/); Publicado: 15 de Abril de 2009; Consultado: 25 de Abril

    de 2012.

    [4] - Christoph Schlensok, (Institute of Electrical Machines (IEM), RWTH, Aachen

    University, Aachen, Germany), Gerhard Henneberger, (Institute of Electrical Machines

    (IEM), RWTH, Aachen University, Aachen, Germany)Comparison of static, dynamic, and

    static-dynamic eccentricity in induction machines with squirrel-cage rotors using 2D-transient

    FEM,1982.

    [5]

    (http://campeaoprovincias.com/pt/index.php?option=com_content&view=article&id=9790%2

    0: legislacao-europeia-uc-define-patamares-de-eficiencia-energetica); Consultado: 16 de Abril

    de 2012.

    [6] (http://www.dosafield.com.br/conceitos_manutencao.pdf); Consultado: 25 de Abril de

    2012.

    [7] (http://www.eletronicosforum.com/cursos/Eletronica/cursos/maquinas_eletricas.pdf);

    Consultado: 24 de Abril de 2012.

    [8] (http://www.dea.uem.br/disciplinas/eletrotecnica/motoreseletricos.pdf); Consultado: 24

    de Abril de 2012.

    [9]

    (http://www.estv.ipv.pt/PaginasPessoais/eduardop/MqE/Outras%20m%C3%A1quinas.pdf);

    Consultado: 26 de Abril de 2012.

  • 50

    [10] (http://shockinsano.blogspot.pt/2011/06/motor-de-inducao.html); Consultado: 1 de

    Maio de 2012.

    [11] (http://g1.globo.com/Noticias/Carros/foto/0,,14601801-EX,00.jpg); Consultado: 26 de

    Abril de 2012.

    [12] (http://i00.i.aliimg.com/img/pb/301/705/377/377705301_472.JPG); Consultado: 26 de

    Abril de 2012.

  • 51

    Concluso

    Nos dias que decorrem, uma boa manuteno fundamental para o sucesso de uma

    indstria. O cumprimento de uma manuteno bem planeada e estruturada faz com que a

    produo no tenha paragens indesejadas, aumenta o tempo de vida til do equipamento,

    reduz o nmero de intervenes corretivas que se traduzem em grades prejuzos, os

    operadores trabalham em melhores condies de segurana, entre outras vantagens.

    O relatrio apresentado refere rotinas/operaes de manuteno fundamentais para o

    bom funcionamento de um motor eltrico. de grande relevncia fazer com que estas

    operaes sejam cumpridas risca, isto porque assim, vamos ter melhor eficincia do motor

    reduzir significativamente o nmero de falhas indesejadas que acarretam grandes prejuzos

    para a empresa, aumenta o tempo de vida til do motor e reduz o nmero de intervenes

    corretivas que normalmente exigem que o motor se encontre em repouso.

  • 52

    Anexos

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