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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