Esses testes são ótimos para a finalidade que se propõe, mas não são apropriados para detectar defeitos entre espiras ou entre fases.

Hoje em dia o teste que vem sendo cada vez mais utilizado é conhecido como SURGE TESTE .

Um aparelho de teste oferecido ao mercado pela “Baker Instrument, uma empresa do grupo SKF” é apresentado em alguns modelos, como: ST103A, ST106A, ST112A ST203A, ST206A e ST212A.  Esses aparelhos possuem duas funções básicas: O Teste HiPot e o Teste de surto ou Surge Teste, conforme já foi batizado pelo nosso linguajar técnico. Essas funções permitem, através de testes não destrutivos, a realização de vários testes, importantes para atestar a conformidade dos motores, bobinas e outros dispositivos de dois terminais, descobrir os tipos de defeitos que apresentam e propor as soluções adequadas.

- Os testes de Hipot são semelhantes a aqueles que normalmente se fazem para cabos elétricos, ou seja aplica-se uma tensão relativamente alta que se pode ir variando crescentemente, monitorando-se a corrente de fuga e interrompendo o teste logo que essa comece a aumentar muito mais acentuadamente, mas bem antes do ponto de ruptura do isolamento.

- O Surge Teste é outro tipo de teste, que detecta a a indutância da bobina e apresenta numa tela a forma de onda de resposta quando essa bobina é submetida a um sinal pulsante. Como pode testar duas bobinas simultaneamente, permite que se possa comparar suas formas de onda e verificar se estão idênticas. Quando essa comparação informa que as três bobinas de um motor trifásico estão idênticas o motor é considerado bom.

- Princípio de funcionamento:

- Surtos de tensão bem curtos ou pulsos, ( daí o nome “Surge” ), são aplicados à bobina e produzem um campo eletromagnético nesta. Como se sabe, os pulsos são seqüência de sinais “ligado-desligado”. No intervalo de tempo entre o “desliga” e o próximo “liga”, acontece o conhecido fenômeno do eletromagnetismo: a bobina, cuja alimentação foi desligada, está mergulhada no seu próprio campo magnético, que está caindo, mas ainda não foi extinto, então aparecerá nos seus terminais uma tensão proporcional a essa variação.

- Alem disso, o circuito equivalente da bobina sendo testada é uma bobina, que representa a indutância do enrolamento de fios e um capacitor que representa a capacitância interna do aparelho de medição.

- Uma bobina e um capacitor em paralelo é um circuito conhecido como tanque, muito discutido quando se estuda o assunto osciladores.

- Um circuito tanque quando submetido a um pulso fornece como sinal de resposta uma onda senoidal amortecida, ou seja, começa com uma amplitude máxima e esta vai decaindo até a completa extinção, como a da figura seguir:

- A forma de onda observada durante um surge teste é diretamente relacionada à indutância da bobina. ( Existem outros fatores, mas a indutância é o principal ).

- A freqüência da onda é determinada pela fórmula:

- Essa fórmula implica em que quando a indutância diminui a freqüência aumenta.

- O surge teste pode detectar um defeito entre espiras que seja devido a um baixo isolamento.

- Se a tensão for maior do que a rigidez dielétrica do isolamento da espira, uma ou mais espiras podem ser curtocircuitadas e ficar fora do circuito, o que diminui o número de espiras, reduz a indutância e aumenta a freqüência da forma de onda amortecida para o aparelho medir.

- A tensão ou amplitude dessa onda é tambem reduzida devido a queda da impedância da bobina com o defeito entre espiras, que é determinada pela fórmula a seguir:

Onde a corrente ( i ) varia de acordo com os pulsos no tempo ( t ).

- Quando um isolamento entre bobinas é deficiente, ocorre um arco elétrico de baixa energia e uma mudança na indutância.

- Quando isso acontece a forma de onda torna-se instável, podendo deslocar-se rapidamente para esquerda e direita e retornar a posição original.

- A redução na indutância ocorre devido a: Defeitos entre espiras, entre fases, fechamento interno incorreto, conexões abertas, etc.

- O surge teste é muito usado tambem para testar isolamento entre espiras de bobinas ou bobinados singelos ou únicos, como: bobinas comuns, bobinas de partida e parada, bobinados com conexões múltiplas (multitaps).

- O surge teste serve tambem para comparar novas bobinas com bobinas padrão e atestar sua conformidade.

- Os motores trifásicos ilustram perfeitamente a idéia do teste de comparação.

- Um motor trifásico típico é projetado para ser fabricado com três bobinas idênticas. Assim o resultado de teste em cada uma das três fases deve ser igual. Se existe alguma diferença, uma ou mais fases pode conter um defeito.

- Uma diferença qualquer numa bobina, como: mais ou menos espiras, isolação rompida, orientação, erros de fechamento, etc, resultaria numa forma de onda diferente durante o surge teste. Essas diferenças são muitas vezes devido a problemas no bobinado.

- O aparelho realiza o teste mostrando simultaneamente as ondas de dois Surge Testes.

- Quando mostradas simultaneamente, pode acontecer duas situações:

- Aparecimento de uma única onda na tela, devido as duas ondas estarem perfeitamente sobrepostas. Nesse caso, as indutâncias das três fase são iguais. Em outras palavras, possuem o mesmo numero de espiras, isolação, orientação, etc, e são consideradas boas.

- Se aparecem ondas distintas ou até mesmo pequenas separações, as indutâncias das fases sob teste não são iguais e provavelmente existe um defeito em uma das bobinas ou existe alguma outra causa para essa diferença de indutâncias.

- Mas existe uma exceção que é quando ocorre um fenômeno conhecido como acoplamento devido o rotor estar montado dentro do estator, isto é há um acoplamento eletromagnético, fazendo o rotor parte do circuito. Nesse caso a diferença apresentada não deve ser interpretada como erro.

- Ver figuras comparativas de formas de onda para os dois casos citados acima:

Ver fotos das conexões de estator e motor montado para testes:

Aplicação: O aparelho consegue realizar vários testes como: Testes de isolamento, Polarização, degrau de tensão e Surge teste em Motores trifásicos de indução, Transformadores, motores síncronos e geradores, motores de rotor bobinado, Campo e armadura de motores CC, Motores montado no campo, fechados em triangulo ou estrela, Estatores de motores trifásicos, bobinas singelas quaiquer, bobinas de solenóides, de partida e parada, etc.

Fonte: SURGE TESTE E HIPOT – MANUAL DE USUÁRIO

Tradução do original: Roberto Vasco – 07/2011, robertovasco@hotmail.com

                                                                                                                    27/07/2011

Se o circuito dessa espira for fechado, circulará corrente. Se fechado em curto circuito como é o caso citado acima a corrente será elevada e a energia se dissipará em forma de calor. Então a análise do fato observado levou a única conclusão possível conforme foi dito acima. O curto circuito para a massa e entre fases foi ocasionado por deficiência no isolamento do cabo, causado pela degradação térmica da camada isolante deste, devido a alta temperatura alcançada nessa região que por sua vez foi conseqüência do aquecimento na periferia do furo na chapa de aço por onde os cabos transpassavam. É notável o encadeamento de causas e efeitos e como um fenômeno natural como a indução eletromagnética culmina num curto circuito. A resposta é relativamente simples: como os fenômenos não mudam temos que criar condições necessárias e suficientes para minimizar ou neutralizar seus efeitos danosos.
No presente caso algumas medidas possíveis foram pensadas:
Alargar os furos até 3 ou 4 vezes o diâmetro dos cabos e centralizá-los de modo a afastá-los da fonte de calor.
Fazer um furo único e suficiente para passar ao mesmo tempo todos os cabos organizados em trifólio, com o fim de neutralizar o campo eletromagnético resultante eliminando esse aquecimento por causa da indução.
Rasgar uma janela na região onde os cabos passam e mantê-los o mais centralizados possível, completando o espaço vazio da chapa com uma chapa isolante de fibra de vidro. Ver figuras.

Pela praticidade, facilidade de execução no local e tempo a ser despedido na tarefa, optou-se pela alternativa “c”. Como a medida surtiu um excelente efeito foi tomada como referencia para novos casos semelhantes de montagem de circuito de força em painéis.

Essa historinha baseada em fatos reais que aconteceram, foram analisados e resolvidos apesar de muito simples, traz em suas entrelinhas conhecimentos específicos de eletrotécnica que sempre ajudam na análise e solução de problemas. Mas a coisa não fica por aí, na verdade é apenas aquele fiapinho de linha do tapete que se puxado pode desmanchá-lo todo. Nos dias de hoje existem outras implicações em torno dessa história. Podemos citar duas que tambem se encadeiam:
- A primeira é uma séria não conformidade, pois as normas técnicas hoje proíbem esse tipo de montagem.
- Os painéis de força recomendados para as subestações devem ser os do tipo CCM dotados de gavetas totalmente estanques onde cada circuito de força é alojado separadamente, alem de atender a vários outros detalhes como permitir que a gaveta seja totalmente removível, que possa ser afastada do barramento de modo a seccionar completamente o circuito de força mas fique com o do comando ligado e em condições de ser acionado para testes simulados sem a carga. Devem permitir ligar e desligar o disjuntor de alimentação do circuito de força externamente por acionamento de mecanismo isolado e permitir o rearme das proteções tambem por acionamento externo totalmente isolado eletricamente dos componentes internos. Deve ser dotado de mecanismos de bloqueio e intertravamento de modo que o circuito de força só seja ligado após a gaveta estar totalmente inserida e que desarme se for tentado retirar a gaveta estando o circuito ligado. Todas as conexões de força e comando devem possuir acoplamento tal que não fique nenhuma abertura, para garantir a estanqueidade.
- A razão é simples: quando ocorre um curto circuito, uma radiação ultravioleta muito intensa provoca a ionização do ar circundante que se torna excelente condutor de eletricidade tornando o meio totalmente condutor e disseminando o curto circuito. Alem disso a geração de calor intenso provoca o derretimento das partes metálicas que não raramente produz respingos metálicos à sua volta.
- Nessas condições, quando os circuitos de força são montados em painéis não estanques (abertos dos lados, em cima e embaixo) o ar ionizado vai se propagando e o curto circuito sendo disseminado e generalizado, podendo queimar uma subestação inteira devido a um curto em apenas um circuito de força.
- A segunda mexe diretamente no bolso. A primeira coisa que uma seguradora faz antes de propor as condições do seguro é contratar uma empresa certificadora cujos engenheiros e técnicos fazem uma inspeção minuciosa a fim de atestar a conformidade das instalações com as normas técnicas e ou relatar não conformidades importantes que precisam ser corrigidas. O relatório que produzem serve de base para discussão e negociação entre as partes.
- É claro que numa instalação totalmente não conforme como a montagem de circuitos de força em painéis abertos como o caso citado ou superpopulação de cabos sobre um bandejamento ou montagens desarrumadas que acarretem efeitos indesejáveis entre muitas outras, leva a seguradora a aumentar muito o preço do seguro sob a presunção de que o risco é muito maior e que em caso de sinistros os danos serão tremendamente maiores e o dinheiro a ser reembolsado ao cliente na mesma medida.

robertovasco@hotmail.com – 12/06/2011

- Os projetistas possuem métodos de trabalho fundamentado em critérios técnicos a serem observados e atendidos, que vão desde ao atendimentos de todas as normas técnicas envolvidas, até os mínimos detalhes que normalmente passariam despercebidos mas que podem fazer a diferença, seja em custos, segurança e prazos de entrega.

- Dentre os vários critérios úteis à concepção e desenvolvimento do projeto podemos citar: Os 5W e 1H e os 6M:

- No artigo anterior “Degradação térmica” alguns tópicos remetem a considerações de projeto importantes ao caso. Analisando algumas das frases contidas nesse artigo podemos facilmente chegar às considerações de projeto que foram feitas para atender a vários quesitos:

1 – Alterar as características químicas ou físicas de um produto, tornando-o impróprio ao uso a que se destina ou até mesmo inviabilizando totalmente o seu uso.

- Nesse ponto, pesando algumas possíveis considerações técnicas provavelmente feitas por quem projetou a estufa, resolvi não fazer e respeitar o tempo e o desenvolvimento de temperatura conforme sugeria o circuito da estufa

2 – Degradar tambem pode ser entendido como estragar, caso o processo seja irreversível.

3 – A degradação térmica é um tipo específico ocasionado por ação da temperatura, seja por choque térmico, caracterizado pela variação brusca de temperatura, que pode ter um efeito imediato, seja por repetidos processos de aquecimento e resfriamentos, causando sucessivas dilatações e contrações na estrutura do material causando fadiga que pode deixá-lo quebradiço ou ressecado fazendo perder algumas propriedades que originalmente possuía.

4 – No momento que o operador acionou o comando ocorreu um curto circuito na parte superior e começou a sair fumaça.

5 – O sistema de aquecimento da estufa é composto de 16 grupos de resistências de cerca de 2,26KW cada um, divididos em dois circuitos e localizados de tal forma que nas laterais esquerda e direita ficavam dois grupos na frente e dois mais atrás …

6 – Quando é dado partida no sistema os dois circuitos são acionados. Passados 12 minutos um dos circuitos é desligado por um relé temporizador. Quando a temperatura alcança o valor escolhido, em torno de 120 a 150 graus, o relé controlador começa a controlar essa temperatura dentro de uma pequena faixa de variação, ligando e desligando o circuito que ficou programado para funcionar.

7 – Equilíbrio de carga por fase.

8 – O melhor fio que consegui para executar o serviço foi um com classe de isolamento de 180 ºC, que os revesti com espaguete de fiberglass e na região do transpasse da carenagem passei outro espaguete mais grosso reunindo tolos eles para conferir maior resistência mecânica e proteção.

9 – As emendas foram feitas com conectores daqueles aparafusáveis para aperto do condutor.

10 – Nos primeiros 12 minutos, com os dois circuitos ligados a temperatura ambiente interna chegou em poucos minutos a 78ºC, depois baixou ate 76 quando um dos circuitos foi desligado e depois voltou a subir lentamente de modo que depois de 40 minutos ainda estava com 87ºC.

11 – Grande quantidade de peças e quantidade de energia para aquecer a massa existente é bastante grande.

12 – O que poderíamos fazer para elevar mais rápido no inicio de marcha seria eliminar a ação do temporizador, by-passando seu contato de modo a manter o circuito auxiliar pelo dobro ou triplo do tempo se necessário até alcançar uma temperatura maior.

13 – Então porque não fazemos isso?

14 – A questão é que eu não conhecia a temperatura crítica do esmalte dos fios magnéticos nem do verniz aplicado na impregnação.

15 – Geralmente os sistemas de aquecimento são projetados de forma a produzirem uma curva de aquecimento de tal forma que contemplem esse detalhe, então, na região adjacente à temperatura crítica, a elevação de temperatura em relação ao tempo é muito menor que na região anterior e posterior.

16 – Considerações parecidas tambem são feitas a respeito do material que é inserido no forno ou estufa: Nunca se pega um corpo frio e coloca no ambiente totalmente aquecido. Ou se coloca dentro do ambiente e o aquece gradativamente ou existe algum processo que permite a inserção gradativa ou em zonas menos quente até a total inserção.

17 – Muitos fornos industriais de processo contínuo possui um forno relativamente comprido, com várias zonas de temperatura diferente e possuem carros que transladam dentro dele com velocidade adequada, carregando as peças a serem aquecidas.

18 – Costuma haver um processo parecido para o resfriamento.

19- recolocamos as chapas do interior que haviam sido removidas

ANALISANDO:
- Pela citação 1 vemos que existe uma preocupação fundamental em executar o trabalho que é preciso sem alterar as características e ou propriedades físicas e químicas do produto que está sendo produzido ou tratado. Quando não se sabe exatamente as considerações feitas em projeto e porque, deve-se respeitar estritamente as condições estabelecidas como seguras.

- Pela citação 2, sabe-se que muitas alterações são danos irreversíveis.

- Pela citação 3 percebe-se que os danos tanto podem acontecer por choque térmico como por fadiga, ambos causados pelo efeito da temperatura, ainda que de modo diferente.

- A citação 4 tambem é interessante com respeito a alguns cuidados. No caso analisado, se houvesse material combustível na região adjacente ao curto circuito, certamente teria ocorrido um incêndio. Ali, apesar de estar tudo à volta incandescente, não houve porque o material existente no local era lã de rocha. Como o equipamento fica ligado durante a noite sem ninguém por perto, um pequeno incêndio pode propagar-se e produzir conseqüências catastróficas. A fumaça teria sido provavelmente da queima do isolamento de plástico anti-chama que fica abaixo da camada de fiberglass, mais alguma matéria orgânica de poeira e umidade do ar condensada.

- A citação 5 tambem é intrigante pois a primeira vista os cálculos de energia gasta durante o tempo citado, não fecham com a variação de temperatura naquele período. Ou seja: Se considerarmos um grupo de resistores totalizando 36KW por determinado tempo e compararmos com 2000Kg de Ferro mais 2000Kg de Cobre de calor específico 0,11 e 0,094 respectivamente, dentro de uma estufa alimentada com esses resistores, considerando a relação M.C. Δt = E(joule), a temperatura atingida no tempo que ficar ligado não bate com a calculada. Isso remete a idéia de enormes perdas devido a causas diversas, entre elas a ventilação ou exaustão, procedimento operacional imprescindível. É claro que sempre fica aquela idéia de que tudo pode ser melhorado e que possivelmente estudos mais aprofundados poderiam levar a otimização do projeto em termos de dispêndio de energia.

- A Citação 6 tambem é muito interessante porque remete a uma idéia de um procedimento operacional que permite ao sistema de aquecimento evitar o choque térmico devido ao chegar em determinada temperatura, começar a aumentar numa taxa bem inferior a anterior, fazendo a temperatura aumentar muito vagarosamente a partir daí.

- A frase do item 7 tambem reflete uma condição que pode ser proveitosa, desejável e até recomendável em alguns casos. Isso pode ser útil em termos de coordenação de proteções, dimensionamento de bitolas de cabos. Tambem pode ser considerado que num sistema trifásico equilibrado, estando as correntes equalizadas e os cabos juntos e arrumados em trifólio, a resultante de campos magnéticos em torno do conjunto é praticamente nula. Em alguns casos, a presença de campos magnéticos ao redor de um cabo pode ter efeitos indesejáveis. Por exemplo: se um cabo singelo carregado passa por um furo numa chapa metálica, a periferia do furo se comporta como uma espira curtocircuitada onde será desenvolvida uma fem que fará circular uma corrente alta e produzirá calor suficiente para degradar o isolamento do próprio cabo que passa por ali, culminando com curtos circuitos. Isso é um caso real que já aconteceu várias vezes em vários circuitos de força e não parou de acontecer até que se rasgasse uma abertura suficiente para passar os 3 cabos das fases juntos e a certa distancia das bordas.

- A citação 8 tambem é interessante porque reflete uma preocupação com o material adequado ao trabalho que será realizado em determinado ambiente e sob determinadas condições. Reflete ainda a preocupação com um reforço no isolamento térmico de cada condutor e tambem de todo o conjunto nas regiões mais críticas.

- A frase do item 9 fala sobre uma condição que sempre tem que se ter muito cuidado. Às vezes é preferível ter um barramento onde todos os cabos do mesmo circuito estejam conectados, num painel de distribuição local ou mesmo no painel de origem a fim de evitar emendas que podem representar numa sequência: maus contatos, aquecimentos e rompimentos.

- No item 11 percebe-se que a questão é de dimensionamento, que conforme já comentamos acima deve levar em conta todas as perdas.

- As citações de 12 a 15 são questões importantes que acontecem no dia a dia da manutenção onde algumas vezes são cometidos alguns abusos, não raramente assumindo riscos a respeito dos quais muitas vezes se desconhece. Muitas burlas de procedimentos e condições de segurança não tiveram um final feliz em termos de segurança pessoal e patrimonial. Muitas vezes sabe-se o que deveria ser feito para burlar determinada condição. Mas é preciso conhecer os riscos envolvidos, saber se vale a pena corrê-los e decidir sensatamente. Claro, todas as condições de projeto contemplam algo importante mesmo que quem analise a primeira vista não perceba o que é, para que e porque.

- Nos itens 16 a 18 constam uma preocupação que muitos não conhecem ou não se dão conta de sua importância, que em alguns casos é vital.

- No item 19 menciona um detalhe que no caso de estufas é tremendamente importante. À frente dos grupos de resistores sempre tem que haver uma chapa metálica para evitar a incidência direta da onda de calor nas peças que forem colocadas internamente, alem de equalizar a distribuição de calor interno. Já vi peças queimarem-se dentro de uma estufa por causa disso e por falha do sistema sensor/controlador de temperatura.

- Apesar de não terem sido citados, os sensores de temperatura devem ser protegidos contra danos e os relés controladores que recebem os sinais desses devem estar operando perfeitamente. È comum colocar uma segurança adicional, como um termostato com a temperatura acima da do controle máximo para desligar o sistema alimentador caso o controle de temperatura falhe.

Enfim, cada projeto possui inúmeros detalhes a serem considerados. Falamos aqui de um “minimorum”.

10/06/2011 – robertovasco@hotmail.com

- Degradar é um termo que significa alterar as características químicas ou físicas de um produto, tornando-o impróprio ao uso a que se destina ou até mesmo inviabilizando totalmente o seu uso. Em alguns casos essa degradação é de certa forma reversível, se os efeitos puderem ser tratados por algum processo químico ou físico, como decantação, filtração, adição de algum produto que reaja com o agente degradante e permita num segundo momento aplicar um processo físico como o mencionado para reaproveitamento ou recuperação.

Degradar tambem pode ser entendido como estragar, caso o processo seja irreversível.

- A degradação térmica é um tipo específico ocasionado por ação da temperatura, seja por choque térmico, caracterizado pela variação brusca de temperatura, que pode ter um efeito imediato, seja por repetidos processos de aquecimento e resfriamentos, causando sucessivas dilatações e contrações na estrutura do material causando fadiga que pode deixá-lo quebradiço ou ressecado fazendo perder algumas propriedades que originalmente possuía. Alem disso aparecem efeitos secundários como aumento da porosidade, acelerações de processos químicos, como oxidações, formação de outros produtos contaminantes, aumento e redução de massa, etc e efeitos terciários decorrentes desses. Enfim, a variedade é enorme e cada caso é um caso.

- Semana passada, tive que fazer uma análise de um caso desses e decidir como proceder. Uma estufa para secagem de motores e cura de verniz isolante apresentou um problema: No momento que o operador acionou o comando ocorreu um curto circuito na parte superior e começou a sair fumaça. O pessoal desligou e me chamou para avaliar o que ocorrera e resolver o mais rápido possível, pois havia cerca de 10 estatores de motores de tamanhos diversos, desde carcaça 100 até 315, todos com igual urgência devido aos prazos de entrega assumidos com os clientes.

- O sistema de aquecimento da estufa é composto de 16 grupos de resistências de cerca de 2,26KW cada um, divididos em dois circuitos e localizados de tal forma que nas laterais esquerda e direita ficavam dois grupos na frente e dois mais atrás conforme figura: (vista de cima).

- Quando é dado partida no sistema os dois circuitos são acionados. Passados 12 minutos um dos circuitos é
desligado por um relé temporizador. Quando a temperatura alcança o valor escolhido, em torno de 120 a 150 graus, o relé controlador começa a controlar essa temperatura dentro de uma pequena faixa de variação, ligando e desligando o circuito que ficou programado para funcionar.

- Verifiquei na região onde ocorreu o curto e constatei que dois grupos montados na mesma plataforma lateral tiveram seus cabos completamente seccionados e os cabos não eram marcados. Como o dano ocorrera exatamente na região do orifício da carenagem onde passavam os cabos, ficava difícil uma emenda naquele lugar, alem de ter que fazer mais uma mais adiante. Resolvi então substituir o lance de cabos dos bornes dos resistores até uma boa distancia depois do orifício e fazer uma emenda só do lado de fora aos cabos alimentadores. Nesse ponto foi necessário fazer um levantamento para saber quem era quem e a qual circuito era ligado. Examinando os fios partidos no lado do alimentador foi possível entender que num dos cabos estavam ligados dois condutores numa fase e dois na outra. No outro cabo. Dois condutores numa fase, um numa outra e um na restante. Claro, isso permitiu deduzir que a metade daquele banco de resistores da parte dianteira direita era ligado a um circuito alimentador e a outra metade ao outro. Apenas o equilíbrio de carga por fase não era perfeito, pois no primeiro caso as cargas estavam ligadas só entre duas fases. Ver figura do circuito de um dos bancos, o da direita dianteiro. Os outros são parecidos:

O melhor fio que consegui para executar o serviço foi um com classe de isolamento de 180 ºC, que os revesti com espaguete de fiberglass e na região do transpasse da carenagem passei outro espaguete mais grosso reunindo tolos eles para conferir maior resistência mecânica e proteção. As emendas foram feitas com conectores daqueles aparafusáveis para aperto do condutor. Concluído as ligações e aprovados os testes recolocamos as chapas do interior que haviam sido removidas para o serviço nos resistores e partimos para os ensaios de evolução da temperatura. A temperatura foi inicialmente escolhida em 120ºC e dado partida no sistema. Nos primeiros 12 minutos, com os dois circuitos ligados a temperatura ambiente interna chegou em poucos minutos a 78ºC, depois baixou ate 76 quando um dos circuitos foi desligado e depois voltou a subir lentamente de modo que depois de 40 minutos ainda estava com 87ºC. O companheiro que esteve junto estranhou aquele comportamento. Eu que nunca perco a mania de conjecturar teorizei: Provavelmente, devido a estufa ter ficado muito tempo desligada e estar com uma grande quantidade de peças a quantidade de energia para aquecer a massa existente é bastante grande. O que poderíamos fazer para elevar mais rápido no inicio de marcha seria eliminar a ação do temporizador, by-passando seu contato de modo a manter o circuito auxiliar pelo dobro ou triplo do tempo se necessário até alcançar uma temperatura maior. Então porque não fazemos isso?Disse.

- Nesse ponto, pesando algumas possíveis considerações técnicas provavelmente feitas por quem projetou a estufa, resolvi não fazer e respeitar o tempo e o desenvolvimento de temperatura conforme sugeria o circuito da estufa.

- A questão é que eu não conhecia a temperatura crítica do esmalte dos fios magnéticos nem do verniz aplicado na impregnação. Geralmente os sistemas de aquecimento são projetados de forma a produzirem uma curva de aquecimento de tal forma que contemplem esse detalhe, então, na região adjacente à temperatura crítica, a elevação de temperatura em relação ao tempo é muito menor que na região anterior e posterior.

- Observado a curva de aquecimento verifica-se um degrau ou dois caso haja duas zonas críticas. Na primeira fase do aquecimento a curva tem uma inclinação bem maior, enquanto na zona crítica bem menor, ou seja a curva muda de direção.

- Já vi um caso onde a curva de aquecimento de um forno que trabalhava até 1200ºC , tinha uma inclinação de 45º até a faixa próxima de 600ºC, considerada crítica para o refratário. Entre 600 e 650ºC inclinava cerca de 15º , aumentava depois e por volta de 800º reduzia outra vez a inclinação. Com isso, é claro, o tempo que gastava para subir de 600 a 650º era muito superior ao das outras faixas.

- Considerações parecidas tambem são feitas a respeito do material que é inserido no forno ou estufa: Nunca se pega um corpo frio e coloca no ambiente totalmente aquecido. Ou se coloca dentro do ambiente e o aquece gradativamente ou existe algum processo que permite a inserção gradativa ou em zonas menos quente até a total inserção.

- Muitos fornos industriais de processo contínuo possui um forno relativamente comprido, com várias zonas de temperatura diferente e possuem carros que transladam dentro dele com velocidade adequada, carregando as peças a serem aquecidas. Costuma haver um processo parecido para o resfriamento.

– Pois é gente, alem dos conhecimentos técnicos da eletricidade, às vezes o técnico tem que sacar alguma coisa a mais que adquiriu pela convivência com gente de outras áreas e observação do trabalho deles.

Vamos esclarecer:

1. As Três Fase L1, L2 E L3 Só Entram No Relé Falta De Fase. Não Há Saída De Fases Para Ligar Motor Ou Qualquer Outra Coisa.

2. A numeração restante, como: 11-12-14, ou 21-22-24, ou 15-16-18 são correspondentes às ligações aos contatos de um micro relé interno ao relé falta de fase. São esses contatos que serão utilizados num circuito de comando para fazer o desligamento do circuito de força quando faltar uma ou mais fases.

3. Na figura abaixo, por exemplo a primeira superior esquerda, vemos: L1, L2 e L3 são onde entram as três fases. Os contatos do relé interno são:11-C = comum, 12-NF = Normalmente fechado, 14-NA = Normalmente aberto.

Esse rele de proteção contra a falta de fases funciona assim: Quando se energiza o relé com as três fases o relé auxiliar interno a ele atraca, ou seja: O contato normalmente fechado abre e o contato normalmente aberto fecha.

Se faltar uma ou mais fases, esse relé interno volta a condição inicial de antes de ser energizado com as três fases, ou seja: O contato normalmente fechado volta a fechar e o contato normalmente aberto volta a abrir.

Essa é a situação utilizada para a proteção. Mas aí entra a outra afirmação:

- O relé falta de fase não trabalha sozinho, ele sempre precisa de atuar sobre o comando de um circuito de força, por exemplo em série com a bobina de um contator que liga as três fases.

Vamos dar um exemplo prático:

É claro que o relé falta de fase tem que ser especificado para a tensão da rede de alimentação.

A bobina do contator tambem tem que ser especificada. No Caso idealizei que a alimentação era de 220VCA e especifiquei uma bobina de 220VCA. Se fosse 380 ou 440VCA poderia continuar sendo 220VCA porem deveria ser usado um transformador de comando para adequar a tensão.

O contator tem que ser especificado conforme a potência do motor.

O relé térmico deve ser especificado conforme a potência do motor e feito o ajuste na sua corrente nominal.

robertovasco@hotmail.com

- Circuito de comando convencional

- Circuito de comando por PLC – Diagrama Ladder

- Circuito de comando por PLC – Diagrama de blocos lógicos

No artigo anterior, atendendo pedidos apresentamos o fechamento de motores nas formas série e paralelo que permite funcionar com uma determinada tensão ou o dobro desta conforme o fechamento que for feito. Informamos que para isso é necessário um motor de no mínimo 9 pontas.

Agreguemos agora um maior valor prático, apresentando um circuito de comando de força que permite partir com a tensão menor e depois comutar para a tensão nominal das bobinas. O desenho a seguir mostra o circuito de força:

Aqui se observa a presença de dois reles térmicos, o que se explica porque em cada tipo de ligação há uma corrente característica e bem diferente uma da outra. Quando funciona com dupla estrela cada um térmico protege um grupo de bobinas.

Aqui falamos de tempo. Esse tempo é determinado pelo tempo de aceleração do motor e para contá-lo há um relé temporizado no circuito de comando que executa a seqüência de ligação e desligamentos dos contatores, mencionadas no quadro da figura acima.

F1, F2, e F3 são os fusíveis do circuito de força. K1,K2,K3 e K4 são os contatores que alimentam e/ou fazem os fechamentos necessários.

Os relés térmicos possuem os bornes de força por onde circula a corrente do motor e também os de comando que comutam quando a corrente escolhida foi atingida.

O circuito de comando na forma convencional utiliza os próprios contatos auxiliares dos contatores para fazer a lógica de programa. Por isso não foi necessário nenhum outro componente além do relé temporizado.

Ver figura abaixo:

Aqui esse KT1 é o relé temporizado. FT1 e FT2 são os contatos de comando dos relés térmicos, dos quais foram utilizados os contatos fechados.

Liga e desliga são botões de comando para essa finalidade. SH1 é uma lâmpada de sinalização que indica o final do processo de partida.

Aquele retângulo acima sem marcação é o fusível de comando.

Observem a seqüência:

Estando o fusível de comando em perfeito estado e os contatos de comando dos reles térmicos fechados, indicando que não desarmaram e o botão desliga em perfeito estado, contato fechado, o circuito está apto a iniciar seu processo de partida.

Assim, ao apertar momentaneamente o botão liga, o contator K4 é ligado através do contato fechado do relé temporizado e do contato fechado do contator K2 que por enquanto ainda não ligou.

Quando K4 ligou, imediatamente ele abre um contato fechado auxiliar impedindo a ligação de K3 e K2 e fecha outro contato auxiliar fazendo o contator K1 ligar e também o relé temporizado através do contato fechado de K2.

Quando K1 ligou, ele fecha dois contatos auxiliares: um provê a auto alimentação depois que o botão liga for liberado e abrir seu contato. O outro mantém K1 ligado quando K4 desligar.

Quando o relé temporizado concluir sua contagem de tempo o seu contato comuta, fazendo K4 desligar.

Quando K4 desliga, o contato normalmente fechado que estava aberto volta a fechar permitindo a ligação do contator K3.

Quando K3 ligou, seu contato auxiliar liga o contator K2 que o mantém ligado juntamente com K3 e a lâmpada de sinalização, pois ele também desligará o temporizado fazendo seu contato voltar a posição inicial.

Esses circuitos são os sugeridos no manual “Chaves de partida”.

Vários fabricantes de componentes elétricos possuem manuais de treinamento de cursos que administram para as empresas.

Peguei um que tinha em mãos no momento.

Agora vamos agregar um pouco mais de valor.

Vamos utilizar o mesmo exemplo, porem, construindo a lógica de comando da forma como os PLCs utilizam.

Existem duas possibilidades:

O diagrama Ladder(escada), aquele que parece com circuito de comando na norma NEMA, e o diagrama de blocos lógicos.

Essa parte eu tive que desenvolver e o fiz baseado num equipamento que tinha em mãos.

Usei o programa de um micro controlador ou um micro PLC modular.

Nesse caso o circuito ficou um pouco mais extenso porque o programa admite no máximo três entradas e uma saída por linha.

Assim quando temos mais de três entradas na mesma linha, temos que recorrer a uma saída interna intermediária e associá-la com as entradas restantes.

O mesmo acontece com os blocos lógicos que só admitem no máximo 3 entradas. Ver o desenho:

Aqui as entradas físicas, contatos de comando dos reles térmicos e dos botões liga e desliga são representados por I01, I02 e I03.

Como são dois térmicos, arbitrei que seriam ligados em série externamente e então conectados à entrada I01. Q1,Q2,Q3 e Q4 são respectivamente as saídas externas onde serão ligadas as bobinas dos contatores K1,K2,K3 e K4. T01 é o temporizado KT1 e Y01,Y02 e Y03 são saídas internas.

A vantagem desses micro controladores é que se pode simular o funcionamento.

Isso é ótimo, pois no computador assim como no papel não fecha curto, não queima, não da tiro nem nada, é como um jogo, se acerta tudo bem é só partir para a montagem física, caso contrário a gente tem a oportunidade de acertar até que funcione.

Como se observa, fisicamente só precisou das entradas (chaves, botões, etc) e as saídas onde são conectados aquilo que será ligado ( contatores, solenóides, etc).

Todos os contatos de reles e contatores adicionais que os circuitos possuem só servem mesmo para executar seqüências lógicas, ou seja, fazer a lógica de programa.

Isso é uma tarefa ótima para ser executado por um computador cujo serviço é exatamente esse: executar instruções de programa.

Aí surgiram os PLCs ou CLPs ou controladores lógicos programáveis que na verdade são computadores dedicados a esse tipo de serviço.

Um dos diagramas simbólicos mais conhecidos são os diagramas Ladder, ótimo para adaptar aos que já trabalhavam com circuitos elétricos dessa forma.

Vale dizer então que as barras paralelas que simbolizam os contatos abertos ou essas intercaladas por um traço oblíquo que representam contatos fechados, na verdade não o são.

São apenas símbolos chamados examine ON e examine OFF respectivamente.

Cada um deles na verdade é um bit de uma palavra digital formada pelo conjunto de entradas ou as internas.

Se além das entradas e saídas tudo então não passa de instruções lógicas então podemos utilizar um diagrama de blocos lógicos para realizar a representação dessa mesma seqüência de comando. Ver o desenho:

Somos totalmente livres quanto a forma de conceber o circuito de comando, elaborar um diagrama Ladder ou arrumar os blocos lógicos, desde que executem a mesma função que seja necessária e é claro, no final das contas funcione bem na simulação e depois quando for montado tudo fisicamente.

Da mesma forma somos livres para escolher o fabricante e produto que nos seja conveniente.

Existe muita coisa no mercado: desde aqueles PLCs grandões para atender subestações inteiras até os modulares com até 60 entradas e saídas e até os pequeninos como esse usado aqui de seis entradas e quatro saídas.

Outra vantagem desses pequeninos é que a programação também pode ser feita diretamente no frontal dele com as teclas que possui alem de serem fixados em trilho no painel como os relés comuns.

Os grandes admitem muito mais entradas por linha de programa o que torna os circuitos menos extensos.

Os circuitos lógicos aqui representados em blocos com três entradas e uma saída, também são representados de outras formas, como aparecem nos data sheets dos fabricantes de chips eletrônicos contendo esses circuitos, que quem quiser pode montar usando esse mesmo programa para interligá-los.

Olha gente, esse assunto de lógica é coisa antiga mesmo.

Nasceu como filosofia na Grécia antiga, passou pela matemática, eletrônica e agora já está no mundo dos computadores.

Mas isso é assunto para outra oportunidade.

robertovasco@hotmail.com

Surgiram algumas dúvidas quanto a numeração das pontas das bobinas em
letras ou números, padrão antigo e novo nos serviços de bobinagem.

Padrão antigo	Padrão novo
1	1U
2	1V
3	1W
4	2U
5	2V
6	2W
7	3U
8	3V
9	3W
10	4U
11	4V
12	4W

]]> http://www.gustavoroberto.blog.br/2010/05/23/consideracoes-sobre-numeracao-de-bobinas/feed/ 0 http://www.gustavoroberto.blog.br/2010/01/11/resistencia-de-isolamento-x-norma-da-abnt/?utm_source=rss&utm_medium=rss&utm_campaign=resistencia-de-isolamento-x-norma-da-abnt http://www.gustavoroberto.blog.br/2010/01/11/resistencia-de-isolamento-x-norma-da-abnt/#comments Mon, 11 Jan 2010 23:41:52 +0000 Gustavo Roberto Rodrigues Gonçalves http://www.gustavoroberto.blog.br/?p=1736 Perguntas mais frequentes X Respostas da norma ABNT

1) Quais são as normas que tratam de resistência de isolamento de motores?
As normas são:
NBR5165-Ago/1981, Máquinas de Corrente contínua, Ensaios gerais, Métodos de ensaio.

NBR 5383-1-Fev/2002, Máquinas elétricas girantes, Parte 1: Motores de Indução trifásicos – Ensaios.

2) O que é exatamente a resistência de isolamento de um motor?

Conforme NBR 5383-1-Fev/2002, item 6.2.1: Resistência de isolamento é o termo geralmente utilizado para definir o quociente da tensão contínua aplicada, pela corrente em função do tempo, medido a partir da aplicação da tensão.

Assim será encontrada referência à resistência de isolamento para 1 minuto ou 10 minutos.

3) Quais os fatores que a influenciam?

Materiais estranhos, pó, unidade, temperatura, Ver NBR 5383-1-Fev/2002, itens 6.3 até 6.3.3.6.

4) Qual é o valor mínimo recomendado?

A resistência de isolamento mínima recomendada para enrolamentos de motores de indução pode ser determinada pela equação: Rm = KV +1, onde: Rm é a resistência de isolamento mínima recomendada, em Megohms, com o enrolamento do motor a 40ºC e KV é a tensão de linha nominal do motor( ex: 440V = 0,440 KV), Ver: NBR 5383-1-Fev/2002, itens 6.8 até 6.8.5.

5) Quais são os valores mais comuns para isolamentos em bom estado?

10 a 100 vezes o valor mínimo recomendado, conforme item 6.8.2.4.

6) Que valores são exigidos comercialmente?

Baseando-se no item 6.8.2.4 que diz que para isolação em bom estado não são incomuns leituras de resistência de isolamento de 10 a 100 vezes o valor mínimo recomendado, os contratantes de serviços de manutenção em motores, entre muitos outros itens, estabelecem os valores de resistência de isolamento dos motores a serem entregues a eles pelos contratados após a manutenção, valores dezenas de vezes superior ao valor mínimo, exemplo: contratante A exige 100 Megohms.
Nesses casos, sempre prevalecem os valores estabelecidos em contrato.

Normalmente o contratante mantem fiscais policiando o cumprimento dos critérios estabelecidos e são comuns as penalidades de retrabalho sem ônus para o contratante e glosas no pagamento por itens não cumpridos.

7) Para que se mede a resistência de isolamento?

Conforme 6.7.3, o valor da resistência de isolamento encontrado, é útil na avaliação do estado do enrolamento do motor.

Não deve ser considerado como um critério exato pois tem várias limitações, conforme sub itens 1 e 2. Ver itens 6.7 até 6.7.5.4.

Qual é a tensão de ensaio recomendada?

Conforme o item 6.3.4.2, as medições de resistência de isolamento são geralmente feitas com tensões contínuas de 500 a 5000 volts.

O valor de resistência de isolamento pode diminuir algo com um aumento na tensão aplicada, entretanto para isolação em bom estado e totalmente seca, de modo geral a mesma resistência de isolamento será obtida para qualquer tensão de ensaio, até o valor de pico da tensão suportável, nominal. Ver itens 6.3.4 até 6.3.4.3.

9) Qual é a duração da aplicação da tensão contínua de ensaio?

O ensaio é feito em 1 minuto anotado o valor e continua até 10 minutos e anota-se outra vez para calcular o índice de polarização.

10) E se a resistência de isolamento diminuir com o aumento da tensão aplicada?

Pode ser uma indicação de imperfeições ou rachaduras na isolação agravadas pela presença de sujeira e umidade, podendo ser também somente por sujeira e umidade ou mesmo por outro fenômeno de deterioração, conforme item 6.3.4.3.

11) Como é feita a medição?

Conforme o item 6.5.3, A isolação fase para fase é ensaiada, quando uma fase é ensaiada por vez, com as outras fases aterradas.

Quando o enrolamento for submetido a mais de um teste de resistência de isolamento como no caso do estator com 6 ou mais cabos, os enrolamentos devem ser aterrados por um tempo não inferior à 4(quatro) vezes o tempo de duração do teste anterior, para descarregamento de cargas residuais que podem alterar a leitura do teste seguinte.

12) O que é índice de polarização?

Conforme item 6.3.5.2 o índice de polarização é a razão entre o valor da resistência de isolamento para 10 minutos e o valor da resistência de isolamento para 1 minuto.

É útil na avaliação do enrolamento para a secagem e para os ensaios dielétricos. As figuras 2 e 3 elucidam bem essa idéia.

13) Qual é o valor mínimo recomendado?
Conforme o item 6.8.3, o índice de polarização mínimo recomendado para motores de indução é:

- para classe A: 1,5;

- Para classe B: 2,0;

- Para classe F: 2,0.

14) Que tipo de providências se toma quanto aos resultados dos testes?

Conforme item 6.8.2.5, é considerada uma boa prática iniciar o recondicionamento se a resistência de isolamento, após ter sido bem acima do valor mínimo, dado pela equação do item 6.8.2, cair para próximo desse valor.

Nas melhores oficinas de manutenção, é adotado o seguinte critério:

Motor com valor de medição, convertida para 40ºC, inferior à 1,0 (um) megohm, deve ser rejuvenescido para que, em um teste posterior, possa ser definido se o isolamento está em boas condições.

15) O que é Teste de degrau de tensão?

Nas melhores oficinas também é adotado como critério ensaiar os motores com um teste conhecido como degrau de tensão.
Este ensaio determina o estado de degradação do isolamento do motor.

O procedimento consiste na aplicação de cinco degraus tensão com intensidades crescentes, com duração de 1 minuto, de forma que o primeiro e o último tenham uma relação de 1:5. Os valores de resistência de isolamento são registrados. O teste de degrau de tensão é aplicado na posição RST x Massa.

Valores de DT superiores a 1,25 sugerem isolamento em más condições.

Valores da tensão de ensaio:

Para ensaios aplicados em fábrica:
Vca = (2 x V + 1000) [Volts]
Vcc = (2 x V + 1000) x 1,6 x [Volts]

Máxima Tensão CA: Vca [V]
Máxima Tensão CC: Vcc [V]

V=Classe de tensão do isolamento em Volts

Para ensaios aplicados em motores novos fora de fábrica e motores rebobinados:

Vca = (2 x V + 1000) x 0,8 [Voltz]
Vcc = (2 x V + 1000) x 1,6 x 0,8 [Voltz]

Para ensaios aplicados em motores em operação e motores rejuvenescidos:

Vca = (2 x V + 1000) x 0,6 [Voltz]
Vcc = (2 x V + 1000) x 1,6 x 0,6 [Voltz]

Onde:

Máxima Tensão CA: Vca [V]
Máxima Tensão CC: Vcc [V]

V=Classe de tensão do isolamento em Volts

16) O que é ensaio dielétrico?
É um ensaio realizado nas instalações do fabricante, usando tensão alternada de freqüência industrial com forma de onda praticamente senoidal.

A tensão de ensaio para motores novos é mostrada na tabela 15 (por exemplo: Motores de potência nominal inferior a 10.000 KW ou 14.000 CV, 1000 V + 2 vezes a tensão nominal com um mínimo de 1500 Volts.

Para motores com enrolamentos parcialmente substituídos, 75% da tensão de ensaio prevista para um motor novo.

Para motores revisados, após limpeza e secagem, 1m5 vezes a tensão nominal, com um mínimo de 1000 Volts se a tensão nominal for igual ou superior a 100 V. Ver itens 17.2 até 17.3.2

17) Como proceder para obter as normas ABNT?

Escreva para o e-mail: rj@abnt.org.br faça seu cadastro e pedidos para comprar os exemplares requeridos na forma escrita ou e-book.

Se o leitor é um técnico responsável pela área de manutenção, não se furte a oportunidade de adquirir e ler as normas técnicas que regem sua área de atividade.

As respostas aqui contidas são pequenos trechos da norma correspondente a ensaios de motores de indução trifásicos. Quem puder consultar na íntegra verá que tem muito mais coisas que o assunto aqui abordado.

robertovasco@hotmail.com – 10/01/2010.

Pelo numero de consultas que tenho recebido, creio que atende pelo menos o público que procura esse tipo de assunto.

Peço desculpas aos leitores de outras áreas, pois cada matéria nova que entra aparece como artigo de capa e não é de interesse para os leitores que não são dessa área.

MAS ESSE BLOG POSSUI VÁRIAS COLUNAS DE VÁRIAS ÁREAS, o que certamente atende a um público bastante variado.

TESTES DE TIRISTORES
Recebi recentemente para descobrir o defeito e reparar, três conversores CA/CC, dois para reparar o mais rápido possível e um, já meio depenado, para retirar peças para o reparo dos dois, inicialmente. Esses são equipamentos que transformam a corrente alternada em contínua, de modo controlado e fornecem em sua saída valores de zero ao máximo, cuja finalidade é acionar um motor de corrente contínua, conforme já expliquei anteriormente no artigo “conversores CA/CC, publicado há algum tempo nesse blog. Ver figura:

- As principais queixas eram:
“Não alcançam a tensão de saída esperada” e “Um deles só funciona em um dos sentidos”, claro, eram do tipo quatro quadrantes, então a tensão de saída vai de zero ao máximo em cada um dos sentidos, porem, com polaridade invertida uma em relação a outra, como também já explicado no artigo “conversores CA/CC”.
- Inicialmente testei os tiristores da forma como também já expliquei no artigo “reminiscências” publicado também nesse blog há algum tempo. Ver figura:

Ótimo, funcionaram todos, nos dois conversores recebidos para testes e reparos.
A seguir passei a reproduzir os testes feitos por outro técnico a mando do dono do equipamento, cujo contrato não compreendia os serviços nos conversores em si.
- Pude observar que naquele que aceitava a reversão, alem de não alcançar a tensão máxima, também desarmava a chave geral de alimentação segundos após a conclusão do final da rampa, Além disso o osciloscópio mostrava que a partir de 60% ocorria uma deformação importante na forma de onda de saída.
- No outro, alem de não aceitar a reversão e da tensão também não alcançar o valor previsto, desarmava também a chave de alimentação algumas vezes e também havia aquela deformação na forma de onda de saída.
- Comecei então a verificar as conexões, tomadas, etc. Percebi que havia uma das tomadas mal conectadas (só uma carreira de pinos estava conectada). Encaixei corretamente e pensei que havia descoberto o problema pois essa tomada era exatamente a que alimentava os Gates de uma das pontes retificadoras controladas.
- Ao energizar novamente constatei que a chave de alimentação desarmava instantaneamente, evidenciando claramente um curto circuito.
- A seguir fiz o inverso, deixei essa tomada conectada e desconectei a outra correspondente a da ponte que estava ligado antes. Funcionou, Voltei a conectar as duas, houve novamente o desarme. Concluí então que cada uma trabalhava sozinha, mas com as duas conectadas dava curto. Assim aparecia um punhado de hipóteses a serem analisadas:
a- Resistência Ôhmica do Gates de cada tiristor.
b- Condução de cada um tiristor em CC, após aplicado o pulso e retirado o mesmo.
c- Algum defeito nos transformadores de pulsos e demais componentes de sua malha.
d- Alguns dos snubbers (circuitos RC, supressores de dv/dt), abertos.
e- Algum curto circuito entre trilhas ou componentes.
- Tudo isso foi minuciosamente testado, tudo normal. Então porque não funciona? Será que algum item foi esquecido? Perguntava-me tentando lembrar de algo. Sim, é claro que sim, concluí finalmente: A resistência de isolamento entre anodo e catodo. Essa foi a chave para a solução do problema.
- Após realizar todas a medições, constatei que nesse conversor que não aceitava a reversão devido a tomada mal encaixada, havia dois tiristores de um mesmo bloco correspondente a pontes diferentes com uma resistência bem abaixo da tolerada: um deles estava com 0,7 megohms e outro com 5 megohms. No outro conversor havia um com 6 Megohms. Valor ideal: Maior que 20Megohm em 1000 VCC (alimentação 440 VCA). Valor tolerado para essa aplicação (alimentação 220 VCA) = 10 Megohm em 500VCC: Veja a figura:

- Aí foi fácil, verifiquei no conversor reserva quais dos tiristores estavam com a resistência de isolamento entre anodo e catodo com valor pelo menos tolerável, retirei desse e coloquei nos outros e repeti os ensaios. Funcionaram. As formas de onda do sinal de saída estavam conforme esperado.
- Restava a questão do valor da tensão máxima na saída. Antes de efetuar tal ajuste mediante incremento de valor no parâmetro correspondente, tive o cuidado de utilizar um motor CC disponível na oficina naquele momento e de potência equivalente a da aplicação. Só com essa providencia, um deles praticamente normalizou. O outro precisou apenas de um pequeno ajuste. A razão é simples: o tipo de realimentação utilizada era FCEM, Como os testes iniciais foram feito com um grupo de lâmpadas, carga resistiva, as variações de amplitude do sinal de saída entravam no circuito de realimentação de onde sai o sinal de referência para o controle de velocidade. Quando se aplica um motor à saída, carga indutiva, esse serve também de filtro passa baixa, ou seja “aplaina” as ondulações tornando o sinal mais estável. Então o sinal de realimentação daí procedente, estabiliza também o sinal referencia e o controle fica muito melhor, saindo então uma tensão correta.
- Quem quiser estudar melhor os tiristores ou esses SCRs comentados aqui podem consultar alguns trabalhos como citados abaixo:

http://www.gta.ufrj.br/grad/01_1/scr/

http://www.mspc.eng.br/eletrn/semic_120.shtml

e vários outros.
robertovasco@hotmail.com, 02/01/2010.

Geralmente essas respostas tem sido sempre de modo genérico emitindo o mínimo de conceitos possíveis e menos ainda de cálculos, curvas e outros artifícios, prevendo que possivelmente o solicitante não tenha conhecimentos prévios específicos sobre o tema. Quando a demanda do solicitante excede a essa premissa geralmente indicamos fontes onde os assuntos requeridos podem ser encontrados, no nível requerido.

No entanto essa abordagem genérica pode ser nociva pela pobreza ou omissão de conceitos importantes e talvez por ocultar diferenças construtivas que alteram profundamente o produto com respeito as características e ao desempenho (por exemplo: diferenças construtivas nas barras rotóricas, nos enrolamentos, etc).

Listo abaixo alguns conceitos que respondem as perguntas mais freqüentes;

1- Variações no projeto da barra do rotor produz uma grande alteração nas características de desempenho do motor, especialmente nas características de conjugado e corrente versus rotação.

2- Essas variações levam a construção de:“Motores de conjugado de partida e corrente de partida normal tipo K (equivalente a categoria B da norma NEMA MG1); alto conjugado de partida, corrente de partida normal tipo KG (ou NEMA categoria C); e alto conjugado e alto escorregamento, tipo KR (ou NEMA categoria D)

a- O conjugado do motor de indução varia aproximadamente com o quadrado da tensão
aplicada aos seus terminais. A 90% de tensão de partida, o conjugado de partida será reduzido a aproximadamente 81% do valor à tensão nominal.

b- Baixa resistividade das barras do rotor (resistência rotórica) resulta em alta rotação nominal (baixo escorregamento) e resulta em alto rendimento. Perdas rotóricas são proporcionais ao escorregamento.

c- Alta resistência rotórica fornece alto conjugado de partida com baixa corrente de partida, mas resulta em baixo rendimento nominal. Um motor tipo KR tem uma alta resistência rotórica.

d- O escorregamento no conjugado máximo é proporcional a resistência rotórica.

e- A freqüência e tensão rotórica são proporcionais ao escorregamento; assim, ambas são iguais a zero na rotação síncrona, mas atingem valor máximo na rotação zero.

f- As Perdas rotóricas são proporcionais ao escorregamento e estão todas confinadas dentro do rotor de um motor de gaiola, mas num motor de anéis (tipo M), a perda secundária se divide proporcionalmente entre a resistência do enrolamento do rotor e a resistência externa conectada ao circuito do rotor.

g- Ao final do período de aceleração a energia cinética das partes rotativas à rotação nominal é
exatamente igual ao calor gerado nos condutores do rotor de um motor de indução pelos componentes de aceleração do conjugado e da corrente secundária. Esta equivalência é independente do formato da curva conjugado-rotação e assim não depende se o motor é tipo K, KG, KR, ou M. (Notar que embora isto seja verdadeiro, outros fatores tais como tempo de operação à baixa rotação fazem com que seja importante que o motor de gaiola acelere razoavelmente rápido de modo a se beneficiar de um resfriamento mais eficiente à rotação nominal).

Tipo K – conjugado de partida normal, corrente de partida normal

O alumínio de baixa resistência ( ou cobre) nas barras do rotor garante baixo escorregamento (aproximadamente 0.5 a 1.5 por cento à potência nominal) e, por causa da baixa perda rotórica, um alto rendimento. O conjugado de partida normal se situa entre 60 e 100 por cento do nominal dependendo da potência e rotação

Tipo KG – Alto Conjugado de Partida, Corrente de Partida Normal

Devido à características construtivas especiais da gaiola do rotor o motor tipo KG não é adequado para cargas de alta inércia.

Tipo KR – Alto Conjugado de Partida, Alto Escorregamento.
Neste caso também o motor é controlado pelo projeto das barras rotóricas. Pelos princípios descritos anteriormente pode-se concluir que o motor KR tem barras do rotor de alta resistência e como conseqüência baixo rendimento em regime nominal; entretanto ele tem a vantagem de uma baixa corrente de partida. A alta perda rotórica (maior calor a ser dissipado) afeta o tamanho deste tipo de motor, obrigando o projetista a usar uma carcaça maior em relação a do motor tipo K ou KG para uma mesma potência.

Tipo M – Motor de Rotor Enrolado
O motor de rotor enrolado, designado como tipo M pela GEVISA é um motor de indução com
características de conjugado-rotação ajustável.” (normalmente entre 200 e 250 por cento do
conjugado nominal) O escorregamento ou rotação na qual o conjugado
máximo ocorre é dependente da resistência do secundário.

Tipo KAF – Motores para Uso com
Inversores de Freqüência

Este é um motor especialmente projetado para operar com um acionador eletrônico o qual varia a tensão e a freqüência em uma larga faixa de rotações. Este motor, possui características de projeto especiais par uso com inversor de freqüência. algumas ou todas das seguintes modificações são incorporadas no motor tipo KAF:

a- Perfil especial da barra do rotor.

b- Enrolamentos com configurações especiais. Alguns motores tipo KAF são fornecidos com
duplo enrolamento os quais podem ter uma defasagem de 30 graus elétricos. Em alguns
casos, estes enrolamentos não podem ser conectados em paralelo para operação com
freqüência fixa sem danos ao motor.

c- Alta corrente de partida. Devido a operação em baixas rotações a deficiência de ventilação natural é compensada com o uso de um soprador acoplado ao motor. “

d- Isolamento de rigidez dielétrica mais alta para suportar os picos de tensão.

NÃO DEIXEM DE LER AS INFORMAÇÕES COMPLETAS SOBRE OS CONCEITOS

INDICADOS ENTRE PARÊNTESIS ASPAS NA FONTE INDICADA ABAIXO.:

http://www.geindustrial.com.br/download/artigos/nt01.pdf

robertovasco@hotmail.com – 29/10/2009

Os dados são:
1 – Tensão:440 volts, freqüência 60 Hz, 1740 rpm, partida direta.

2-Características do ventilador:

Momento de inércia J= 4,5 Kgm²

Peso do rotor = 29,5 Kg

Potência consumida = 4,2 KW

Como o conjugado nem o gráfico foram dados, arbitrei o conjugado em função do peso fornecido e um diâmetro hipotético, segundo o cálculo abaixo:

M = 29,5 Kg, g = 9,81, Raio = D/2

C = M . g Raio -> C = 29,5 . 9.81. 0,20 -> C = 57,88, para um diâmetro de 0,40m
Ou -> C = 29,5 . 9,81 . 0,25 -> C = 72,35, para um diâmetro de 0,50m

Escolhi um diâmetro de 0,40m

Por tratar-se de ventilador, característica quadrática, utilizei a do exemplo abaixo para a situação A.

No gráfico, as pintas azul e vermelha correspondem respectivamente a 100% de conjugado a 100% de velocidade, que no caso corresponde aos valores de 57,88 Nm relativo a Ccn(A) a-Velocidade da carga, nc = 1740 rpm,
b-Momento de inércia da carga, Jc = 4,5 Kg.m²
c-Acoplamento direto
d-Curva Conjugado x Rotação, gráfico acima
e-Conjugado nominal para a condição A, Ccn(A) = 57,88 Nm

Dimensionar um motor para a condição A.

Solução:
1-Velocidade do motor – (n) : n = no/R
Como foi dito que o acoplamento é direto, R=1, então: n = 1740/1 o que leva a n=1740rpm.
Expressando a velocidade em rps temos: n = 1740/60 que dá 29 rps.

2- Numero de pólos:
Para determinar o numero de pólos do motor, sabendo-se que n(rps) = f / P(pares de pólos), temos que 30 = 60 / 2. Então temos 2 pares de pólos ou 4 pólos.

3- Potência nominal do motor, (Pn): Caso fosse partida direta).
A potência requerida pelo ventilador é:
Pv = 0,001 x 2 x PI x 29 x 57,88 ou
Pv = 10,55 KW
Como foi dito que o acoplamento é direto então , hac=1 então Pn = Pv / hac
Pn = 10,55 / 1 ou
Pn = 10,55 KW
Para expressar em CV basta dividir por 0,736, então, 10,55 / 0,736 = 14,33 CV
No catálogo de motores a potência normalizada imediatamente superior é 11 KW ou
15 CV, que seria então a potência a ser especificada para o motor.

Potência do motor = 11KW ou 15 CV.

4- Conjugado resistente médio (Crmed) :
Pelo gráfico, Co = 0,11.Ccn(A) = 0,11 x 57,88 ou
Co = 6,37 Nm ( O que cai dentro da faixa desejável que é Co = entre 10% e 20% de Ccn).
O conjugado médio é expresso pela fórmula Ccmed = [(2 x Co) +(Ccn(A))] / 3 ou
[(2 x 6,37) +57,88)]/3 ou
Ccmed = 23,54 Nm
Como o acoplamento é direto sendo R=1, então: Crmed = R x Ccmed ou

Crmed = 23,54 Nm.

5- Conjugado motor médio (Cmmed):
Verifica-se no catálogo de motores que para um motor de 10 CV:
Cn = 6,10 Kgf, Cp/Cn = 2,3 e Cmax/Cn = 2,8.
O conjugado médio é expresso pela fórmula:
Cmmed = 0,45 x (Cp/Cn + Cmax/Cn) x Cn x 9,91 o que leva a:
Cmmed = 0,45 x ( 2,3+2,8 ) x 4,15 x 9,81 ou
Cmmed = 93,43 Nm

6- Tempo de aceleração (ta (s))
Verificando no catálogo para o caso em questão observa-se que Jm = 0,05815 Kgm².

Como foi dito que o acoplamento é direto, sendo R=1:
Jce = Jc x R² ou Jce = 4,5 x (1)² = 4,5 Kg.m²

O tempo de aceleração é dado pela fórmula:
ta = 2 x PI x n x [(Jm + Jce) / (Cmmed – Cmed) ou
ta = 2 x 3,1416 x 29 x [( 0,05815 + 4,5 ) / ( 93,43 – 23,54 )] ou
ta = 11,88 segundos.

Observando o catálogo para o caso, verifica-se que o tempo de rotor bloqueado(trb) é de 4,0 segundos, ou seja, o valor calculado é 297 % maior (quase três vezes). Acima em relação ao tempo de rotor bloqueado.

Considerando-se que o desejável é em torno de 80%, o motor considerado não pode trabalhar diretamente condição A (condição requerida).

Especificação do motor:

Nesse ponto cabe uma análise:

O caso inicialmente estudado foi de um acionamento com motor assíncrono trifásico com rotor gaiola e partida direta.

No presente caso caberiam algumas das decisões a seguir:

- Colocar um motor muito maior, só para atender a condição de partida. Isso não seria interessante pois após a partida concluída, durante todo o seu período de trabalho o motor trabalharia muito abaixo da potência nominal, situação desvantajosa porque trabalharia com um rendimento muito baixo e fator de potencia muito baixo sendo portanto dispendioso em termos de energia.

- Trabalhar numa região mais branda da curvam por exemplo, condição B, 60% do conjugado. Isso seria impraticável, pois fatalmente não atenderia a condição de trabalho necessária, 100% de conjugado a 100% da velocidade.

- Trabalhar com o motor escolhido, 15 CV ou talvez mesmo até 7,5 CV, com um soft starter para atender

sua condição de partida ou mesmo com um rotor bobinado e reostato se já dispuser desses na planta industrial. Essa seria a condição mais indicada, pois apesar de ter que fazer um investimento inicial maior, ele traria todas as vantagens em termos de melhor rendimento, melhor fator de potencia e maior economia de emergia. Com um soft starter é possível ajustar via parametrização uma curva de aceleração na partida da forma mais conveniente.

Comentário : pelo que foi dado o consumo é de 4,2 KW, assim, se não houvesse a condição de partida, quando se tem que vencer a inércia, teoricamente um motor de 4,5 KW = 6 CV daria. Da mesma forma seria possível como foi dito acima utilizar um soft starter ou rotor bobinado mais reostato para fazer a aceleração na partida e usar esse motor de potencia mais baixa. Mas por uma questão de segurança e prevendo a cobertura de perdas, sempre se adota o imediatamente acima , referindo-se a tabela de motores, do fabricante.

Eu adotaria um de 7,5 CV com soft starter e experimentaria u tempos de aceleração entre 15 e 20 segundos.

O motor seria de 7,5 CV, carcaça 112M, 4 pólos, 440 Volts.

Roberto Vasco, 09/10/2009

Existem vários tipos de excitatriz para geradores. Algumas são dispositivos eletromecânicos como geradores de corrente contínua com escovas ou alternadores com ponte retificadora na saída, geralmente montados no próprio eixo do gerador, o que permite o sistema brushless (sem escovas), como exemplifica um documento completo sob grupo gerador diesel, site: http://www.scribd.com/doc/6583490/Motor-Gerador .

Um exemplo do sistema brushless, é mostrado no site: http://www.geindustrial.com.br/download/manuais/motores/portugues/geep392p.pdf

O sistema de excitação também pode ser suprido por uma excitatriz estática. Um exemplo desse tipo é apresentado num documento do site:

http://www.grameyer.com.br/_en/produtos/manuais/MAN_GRT8-TH1.pdf

Vários tipos e concepções são encontrados no mercado.

AQUI ESTOU APRESENTANDO UM ESTUDO DE UM MODELO ANTIGO, cujo fabricante não consigo mencionar, pois em três peças estudadas, não havia placa de identificação nem esquema eletrônico, o que teve que ser cuidadosamente levantado e depois desenhado até o ponto mostrado na figura abaixo, onde também foi inserido uma chave “Liga Excitatriz” e um “relé auxiliar”, que fica fora da unidade e será montado no painel.

FUNCIONAMENTO INICIAL: quando o motor diesel movimenta o eixo do gerador, inicialmente não há tensão. No entanto existe um magnetismo residual (remanente) retida na “ferragem” das peças polares (característica dos materiais ferro magnéticos). Esse magnetismo remanente é suficiente para produzir uma pequena tensão na saída do gerador, que por um ramo do circuito da excitatriz (retificador não controlado – diodo), é transferido ao circuito das bobinas de excitação, que aumenta então o magnetismo, que por sua vez faz gerar uma tensão um pouco mais alta e assim sucessivamente, de modo que a tensão no gerador vai subindo, até chegar próximo da tensão nominal. Esse ramo é representado no circuito abaixo pelo diodo em série com o resistor de 1R(um ohm) e um fusível Dz25A. A malha completa é constituída da seguinte seqüência : Fase T1 Fusível UR63A J do campo K do campo diodo resistor 1R fusível Dz25A contato fechado do relé externo Fase R1.

Durante esse período, chamado escorva do gerador, o contator interno à unidade “K” ainda está desenergizado e seu contato fechado está mantendo o gate do tiristor em curto circuito, tornando-o inoperante.

Quando a tensão chega a um valor suficiente para atracar o contator “K”, cuja bobina é de 220VCA, aproximadamente 185VCA, o contato normalmente fechado se abre, elimina o curto circuito do gate e torna o tiristor hábil a receber pulsos.

Esse nível de tensão também comanda a entrada do relé externo que abre o circuito do diodo que antes alimentava o campo. Então o tiristor que já recebe os pulsos e está conduzindo proporcionalmente a freqüência destes, assume o trabalho de alimentar o circuito de campo.

A razão de usar um tiristor é fazer um retificador controlado de modo a manter a excitação do gerador num nível de estabilidade tal que garanta também a estabilidade da tensão em sua saída, principalmente em situações de adição de cargas que ao serem alimentadas provocam uma queda de tensão, que poderiam causar queda da excitação e outra vez queda de tensão sucessivamente até zerar a tensão de saída.

Então observa-se no esquema abaixo que existe um circuito que combina a referência de tensão vinda de um TP(transformador de potencial) e uma referencia de corrente, proveniente de um TC(transformador de corrente) instalado na fase S. Alem disso também estão presentes os potenciômetros de ajuste de min.(P4), max.(P5), aj.Grosso(P3), compensação(P1) e ajuste de tensão interno(P2) ou externo(P).

O sinal resultante dessa malha é que vai comandar o circuito eletrônico que produz os pulsos. Assim se for colocado mais carga na saída do gerador e a tensão cair, o sinal de resposta do TC inserido na malha compensará, pois o sinal “amostra de tensão” e o sinal de corrente transformado em queda de tensão no resistor de 1 ohm, estão em série. Ou seja um sinal diminuiu mas o outro aumentou, compensando-o. Assim o circuito produz mais pulsos para aumentar a tensão de excitação no campo fazendo com que a tensão de saída volte ao que era, até alcançar a estabilidade.

Notar que o TC está em paralelo com um resistor de 1R. Então a corrente que ele aplica sobre este produz um sinal de tensão. Uma amostra dessa é então retirada pelo potenciômetro (P1). A amostra da tensão, chega via potenciômetros (P5) e (P3) e (P2) ou (P). Esses dois sinais estão em série como foi dito. Uma idéia simplificada desse circuito seria a da figura a seguir:

Do meio de (P2) ou (P), sai o sinal de controle para o circuito eletrônico que produz pulsos.

Conclusão: A tensão de saída do gerador pode ser ajustada manualmente atuando-se o potenciômetro de ajuste de tensão, (P2) ou (P) e a elevação de corrente gera um sinal que fará a compensação, garantindo que a tensão de saída do gerador não cairá.

O circuito eletrônico é alimentado pela fase T1, via resistor de 22K e um diodo retificador, logo na entrada do cartão. Na saída deste, um diodo zener regula essa tensão em 22VCC.

O sinal referência proveniente da malha de realimentação acima citada, carrega um capacitor de 0,22uF. Quando a tensão deste alcança um nível suficiente, ocorre então sua descarga pelo circuito de base do transistor BC178, que então entra em saturação. Essa saturação provoca o carregamento de outro capacitor de 0,22uF interligada ao emissor do transistor de unijunção 2N4870. Quando essa tensão alcança um nível suficiente esse transistor conduz bruscamente, descarregando o capacitor, produzindo então um pulso. Então variando-se a amplitude do sinal na entrada do circuito eletrônico, os capacitores se carregam mais lento ou mais rápido o que significa que os pulsos produzidos podem deslocar-se no tempo de tal modo que é possível controlar o ponto da senoide onde o pulso se inicia,(ângulo de disparo). Uma vez que o disparo tenha ocorrido o tiristor fica conduzindo até zerar a corrente de manutenção dessa condução (próximo de onde a senoide passa por zero). Controlando-se o ângulo de disparo e então o ângulo de condução (período em que o tiristor fica conduzindo), controla-se então o valor médio da tensão VCC aplicada à carga.

Notar também a presença do diodo roda livre entre os pontos 19 e 20, paralelo com o circuito de campo. Isso protege o outro diodo e o tiristor contra picos de tensão reversa.

O OBJETIVO DOS ENSAIOS AQUI FOI:

- Verificar o funcionamento do retificador de meia onda sem o controle, com o diodo mencionado, aplicando-se tensões crescentes. No ensaio foi utilizada uma tensão escalonada de 50, 100 e 220 VCA.

- Verificar o funcionamento do retificador de meia onda controlado com o tiristor.

No ensaio foi utilizada uma tensão de 220 VCA e uma chave externa para comutar os pulsos. Como carga foi usado um grupo de lâmpadas 220 V, num total de 790 W.

As tensões de entrada (VCA) e de saída (VCC), foram medidas com um multímetro fluke true rms. As formas de onda da tensão de saída e dos pulsos de comando dos Gates do tiristor foram realizados com um osciloscópio ICEL – IC20, 20MHZ.

COMENTÁRIO:

A tensão de alimentação estava bastante baixa, cerca de 206 VCA, característico da fonte local. No entanto isso não comprometeu o funcionamento, porque o contator interno consegue atracar bem antes. Por outro lado a tensão de alimentação que a excitatriz efetivamente trabalha é de 190 VCA (tirada do fechamento do gerador, no meio das bobinas ou metade da tensão de 380 VCA).

As variações bruscas de cargas comutadas ao alimentador durante o período dos ensaios interferiram muito no funcionamento e por isso esses instantes foram desconsiderados.

DIAGRAMA DE CIRCUITO ELETRÔNICO COMPLETO

Autoria do desenho : Roberto Vasco, ( robertovasco@hotmail.com ) – 24/05/2009

FORMA DE ONDA NA SAÍDA E FORMA DE ONDA DOS PULSOS:

Primeiramente, algumas considerações são necessárias. O osciloscópio utilizado é de modelo mais antigo, IC20, analógico, 20 MHz. Alem disso estava bem descalibrado, não oferecendo boas possibilidades de ajustes de tensão e base de tempo. Mas isso não impediu que pudéssemos colher algumas informações importantes e deduzir o restante, baseado nas medições com um multímetro true rms e por cálculos feitos a partir das expressões matemáticas pertinentes. Na tela aparecem quatro ciclos. As formas de onda foram desenhadas manualmente da melhor forma que consegui fazer as proporções.

AJUSTES DO OSCILOSCÓPIO:

Para o Sinal de saída : 10 V/cm x 10 ; 5ms ; Para os Pulsos : 1V/cm ; 5ms

Por questão de comodidade na visualização e intenção de observar e comparar melhor as variações, foram colocados 4 ciclos na tela.

Como o osciloscópio não possui recursos de comunicação com um computador nem meios de fotografia, nem produz ao lado um relatório numérico dos valores de tensão e freqüência medidos, os dados foram copiado a mão observando a proporcionalidade em relação as quadrículas e feito o desenho que aparece abaixo.

CIRCUITO PARA AS MEDIÇÕES – LIGAÇÕES EXTERNAS :

A alimentação foi conectada ao alimentador trifásico, que estava em 206 VAC.

A carga foi um grupo de lâmpadas 220 VAC, total de 790 W.

O voltímetro usado foi um multímetro Fluke na escala de 200 VCC.

O Osciloscópio foi um ICEL, 20 MHz.

O potenciômetro foi um de 5KOhms, 10 voltas

A variação foi feita observando-se a saída, entre 0 e 80 VCC, embora o sistema trabalhe regulando em torno de 62,5 VCC.

Foram feitas três amostragens:65º 70,41VCC ; 127º 19,71VCC ; 155º  4,6 VCC

DIAGRAMA DE CIRCUITO – INTERNO

FORMAS DE ONDA – ANÁLISE

• O valor eficaz da tensão é o valor da tensão da rede medido com um multímetro na escala CA. No caso estudado foi considerado 220 VCA, para efeito de cálculos.

• O valor de pico máximo da senoide é 220 x raiz de 2 = 311 V

• Os valores de pico da onda no início, (logo que o tiristor foi gatilhado é:

• Vx = 331 x senx

• Para cada amostragem foi: 65º282V ; 127º248V ; 155º131V.

• O valor médio de tensão na carga, aquele medido com um multímetro na escala de CC, será dado conforme expressão a seguir, conforme: (http://www.dee.feis.unesp.br/gradua/elepot/cap3/fg1.html).

A área verde da senoide é o período de condução.

Considerando o ângulo de disparo, o valor médio de tensão na carga será:

Vm = 0,225 x Vo x (1 + cosAº), então para:

65º  70,41V ;

127º  19,71V ;

155º  4,64 V

Falta agora comentar sobre o sinal aplicado desde o início quando se começa com uma tensão gerada pelo remanente e vai subindo conforme descrito no início. Antes de atingir a tensão suficiente para atracar o contator, confome foi dito, a tensão que chega à carga procede do retificador de meia onda não controlado (diodo). Então essa tensão varia desse mínimo, cerca de 5 VCA.ef até aproximadamente 185 VCA.ef, quando então o contator interno atraca. O sinal que aparece na carga, é uma semi-senoide com essa variação. No desenho a seguir vemos então senoides de mesmo período porem de amplitdes diferentes. No desenho foi idealizado os valores eficazes de 22, 50, 110 e 220 VCA. Somente a parte do semi-ciclo positivo alimenta a carga.

O valor médio da tensão VCC que se mede na carga pode ser calculado com a expressão anteriormente apresentada, ou essa : VCC = Vp/π,

conforme: http://ivairsouza.com/circuitos_retificadores.pdf

Num segundo ensaio foi conectado no ponto correspondente do diagrama de circuito eletrônico, o devido TC e correntes de 3 e 5 A foram simuladas (O primário do mesmo (0 a 600 A) foi alimentado por uma fonte de corrente).

Observado na saída J;K da excitatriz a tensão ajustada em 62,5 VCC em situação de repouso (corrente = 0 A). Com o incremento de corrente (testado com 3 e 5 A), observou-se o incremento da tensão de saída, que logo se estabilizou pois a tensão de alimentação foi conservada em 220 VCA.

As condições disponíveis não permitiram reproduzir o teste ideal, ou seja, provocar uma queda de tensão causada pelo incremento de corrente, como aconteceria no funcionamento do gerador ao serem admitidas novas cargas. No entanto foi suficiente para observar que o circuito funciona perfeitamente a despeito da simplicidade do projeto, atendendo a finalidade a que se propõe.

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Método prático e simples de cálculo da bitola do fio e quantidade de espira de motores cujos originais sejam desconhecidos.

Sempre que possível, prefira copiar a bobinagem original, se esta ainda existir, pois os cálculos e medições de fábrica são mais precisos.

Os dados que devem ser copiados são:

-dados da placa de identificação

-numero de ranhuras,

-número de bobinas,

-tipo de ligação,

-número de espiras de cada bobina,

-forma e dimensões de cada bobina,

-Passo do enrolamento,

-Seção do condutor

Determinação do número de espiras:

Dados necessários:

Di – Diâmetro interno do estator (cm)

L – Comprimento do pacote (cm)

P – Numero de pólos

N – Numero de ranhuras do estator

B – Indução estimada do entreferro(Considerar 5000Gauss)

f – Freqüência da rede

V – Tensão da rede (V)

Procedimento:

-Localizar o esquema a ser utilizado, conforme instrução do capítulo 4, determinando o passo médio do enrolamento(p),

-A partir do passo médio, determinar o fator de enrolamento(ξ),pela tabela de dados técnicos para escolher ou modificar o passo do enrolamento(anexo 2)

Cálculo do passo polar (tp):

Tp = (3,14 x Di)/P (cm)

Fluxo magnético estimado (Ф):

Ф = (B x tp x L)/1000 (M Maxuel)

Numero de espiras por fase (ZF):

ZF = (50 x V)/2,22 x Ф x f x ξ x (k x k1)/k2

Onde:

K=1, para enrolamento em camada dupla,

K=2, para enrolamento em camada única,

K1= numero de ligações em paralelo para tensão especificada,

K2= 1 para ligação em triângulo

K2= 1,73 para ligação em estrela

Numero de espiras pó bobina (Z):

Z = (3 x ZF)/N ; O valor adotado deve ser o numero inteiro mais próximo.

Para valores muito pequenos de Z, quando este arredondamento for superior a 5%, é necessária a escolha de esquema com maior numero de ligações em paralelo, aumentando-se assim o numero de espiras e minimizando o erro.

Determinação da bitola do fio:

A seção do fio a ser usado, pode ser determinada pela formula:

S = ( I x k2)/((d x 1,73 x k1)

Onde:

S=seção do fio em mm²

I=Corrente nominal do motor (obtida da placa de identificação ou catálogo)

d= densidade de corrente, escolhida em função da potência do motor, conforme abaixo:

- Menores ou iguais a 10CV, 7 A/mm²

- de 10 a 50CV, no máximo 5,5 A/mm²

K1 e k2 conforme definido anteriormente.

A bobina do fio é obtida através da tabela do fio de cobre esmaltado (anexo 1) onde escolhe-se aquela correspondente à seção normalizada imediatamente superior a calculada. No anexo 3 está a tabela comparativa entre bitolas no sistema AWG e Métrico e a respectiva variação percentual da área da seção transversal.

Ajuste final – Fator de enchimento:

A relação entre a seção de cobre dos fios e a área da ranhura é chamada fator de enchimento, cujos valores ideais são apresentados a seguir para vários tamanhos de ranhuras.

Valores muito abaixo deixarão os fios muito soltos dentro das ranhuras. Muito acima aumentarão consideravelmente o tempo de inserção das bobinas.

No campo a determinação da área da ranhura é pouco prática, porem por experiência ou tentativas, poderá ser obtido o ajuste final do número do fio, caso o enchimento fique muito alto ou muito baixo.

OBS:

O ajuste na fábrica é feito a partir de ensaios e cálculos precisos sempre tomando-se em conta a elevação de temperatura do motor e buscando valores ótimos das demais características.

Por isso deve se desconfiar se o ajuste resultar em valores de densidade de corrente em completa discordância dos valores apresentados como típicos.

O máximo fator de enchimento executável, para fios de seção circular, está em torno de 0,45.

P = Passo médio do enrolamento

Z = % de espiras a mais por passo do enrolamento encurtado

ξ = Fator de enrolamento

Exemplo: Se encurtarmos o passo do enrolamento de um motor de 36 ranhuras, 4 polos de 1:10 para passo 1:8, deveremos aumentar as espiras 6,4%.

Esta tabela informa a equivalência entre o padrão Americano A.W.G. e o sistema métrico internacional.

A medida refere-se a bitola do fio ou a sua área da seção reta:

Fontes:

MANUAL DE BOBINAGEM WEG – CAT:541.17/022003

http://www.ufrgs.br/lmeae/arquivos_manuais/fios/fios.pdf

http://www.elbest.eng.br/tabelas/awgmm.htm

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Aliás essa é uma situação que deve ser muito bem apreciada por todos, pois principalmente quando há investigação policial, em casos mais graves e a coisa vai parar nos tribunais, os fatos são analisados em termos de “culpa” e “dolo”.

No linguajar comum, o leigo sempre diz: não tive culpa. Mas na justiça a coisa é bem diferente. Quanto a pessoa que praticou o ato causador de acidente, se for constatado que não houve a intenção, Atribui-se ao autor a culpa. Quando há a intenção, atribui-se dolo. Todos os dois casos são passíveis de punição, previstas no código penal. Aliás as condenações podem ser tratadas nas esferas civil e criminal.

A história abaixo ilustra um desses casos onde o executor do ato inseguro não previu o resultado da ação praticada, talvez por ignorância. A empresa também não possuía normas internas explicitas para aquele tipo de atendimento, nem foi abordado o assunto em nenhum dos cursos de segurança interno. Naquela época não havia ainda as exigências sobre a NR10, como hoje. Mesmo assim, após essa época foi dado um curso específico de segurança em eletricidade industrial. È sempre assim, às vezes tem que acontecer uma primeira vez para a gente descobrir que existem pontos falhos ou não previstos na segurança interna. As análises de acidentes servem para isso: levantar as causas e adotar medidas para que no futuro não aconteça. Mas vamos a história.

Ela é focada em segurança, tendo sido inclusive apresentada num seminário de segurança de manutenção há vários anos, possivelmente vinte, se não me falha a memória.

Começa com a solicitação de desligamento de todo o sistema elétrico de uma grande máquina de estocagem, que na verdade possui uma subestação, de onde parte alimentação para vários equipamentos, alguns alimentados com 4160 Volts, outros 440 Volts, fora as tomadas de serviço de 440 V e a iluminação e tomadas de serviço de 220 volts para equipamentos portáteis. O sistema elétrico é descrito sucintamente a seguir e pode ser acompanhado no desenho aqui apresentado, um diagrama unifilar simplificado (cada linha representa 3, visto que o sistema é trifásico):

Numa subestação, um barramento (1) com tensão de 4160 volts, chave seccionadora (2) e fusíveis (3).
Saindo da subestação, um lance de cabos 3x70mm² até uma caixa e depois dela um cabo trifásico extra-flexível, de mesma bitola (4), que termina num sistema enrolador de cabos motorizado, de acionamento automático. Na saída deste, um sistema anéis/escovas (5) faz a interconexão das partes fixa/móveis. Como a máquina possui a parte superior giratória e a subestação desta é na parte superior, outro sistema de anéis/escovas está presente (um jogo de 4 anéis de 4,5m de diâmetro e respectivas escovas (6). Chegando a subestação, uma chave seccionadora (7) seguida dos fusíveis (8) e então o barramento principal da máquina (9). A partir desse , são alimentados alguns equipamentos em 4160 volts e um transformador de 175KVA de 4160 para 440 volts (12) que por sua vez alimenta um barramento de força de 440 volts onde outros equipamentos são alimentados. Os itens (10) e (11) são respectivamente chave seccionadora e fusíveis. Alem dos motores este barramento alimenta também tomadas de serviço de 440 volts, transformadores de comando e transformador de 440/220volts (17) para o serviço de iluminação e tomadas para equipamentos portáteis.

O serviço de manutenção geral, elétrica, mecânica, etc, exigia o desligamento completo de toda a alimentação do sistema. Assim que recebeu os cartões de segurança devidamente preenchidos o eletricista foi para a subestação, desligou a chave seccionadora (2), retirou os fusíveis (3) e colocou a malha de aterramento nos cabos de saída. Assinou o cartão e deu o canhoto para o solicitante. Até aí tudo bem.

Todos os procedimentos foram cumpridos corretamente.

Mais tarde, havendo a necessidade de ligar equipamentos portáteis para utilizar na manutenção da máquina e esta estando desligada, houve um chamado para “a elétrica” disponibilizar alimentação 220 volts no local.

O eletricista que compareceu ao local, poderia ter orientado a cada equipe, que buscasse na ferramentaria uma extensão e ligasse numa tomada externa, existente no piso, sob a máquina em local relativamente próximo.

Mas na intenção de “quebrar o galho”, teve a “brilhante idéia”: alimentar as tomadas de serviço em 220 volts através da tomada externa, utilizando-se de um pequeno pedaço de fio que alguém tinha no local. Isso fez um enorme sucesso, pois com uma medida simples, todas as tomadas de serviço ficaram alimentadas e a iluminação toda disponível pra quem precisasse. Isso teria sido ótimo se outras equipes da elétrica e mecânica não estivessem trabalhando, cada qual em sua área de atuação, conforme se vê a seguir:

Alguns eletricistas de uma equipe iriam fazer a revisão nas conexões do transformador principal, outros do barramento, chaves seccionadoras, etc. Como a máquina estava totalmente desenergizada, acharam dispensável colocar as malhas de aterramento, criando as zonas protegidas nos locais a serem manuseados.

Do mesmo modo as chaves seccionadoras, manuais, não precisavam ser abertas. A chave do barramento do secundário do trafo ficava automaticamente desligada pelo comando de subtenção e precisava ser alimentada para aceitar o rearme manual. Enfim estava tudo certo e não havia tempo a perder, pois a parada para a manutenção tem um tempo previamente pactuado com a produção, findo o qual deve ser devolvida com tudo funcionando. A mecânica por sua vez tinha serviços internos ao corpo da máquina e forçosamente seus funcionários passariam pelo compartimento dos anéis de alta e baixa tensão.

O serviço começou animado e cada etapa vinha sendo cumprida dentro da meta traçada.

Em dado momento, pra sorte dos eletricistas, uma ferramenta escapuliu e projetou-se sobre um segmento do barramento e saiu uma grande faísca quase matando a turma de susto. A isso se seguiu um sentimento de revolta com a situação e comunicado aos que estavam no transformador, que por sorte tinham saído de lá há cinco minutos. Os mecânicos por sorte ainda não tinham entrado no interior da máquina porque precisavam abrir e providenciar iluminação.

“Ai meu Deus, a máquina não está desenergizada. Chamem a segurança”. A confusão estava formada.

Chamaram o eletricista que tinha feito o desligamento e este confirmou que havia desligado e comprovou o desligamento, levando todos os reclamantes na subestação e mostrando a chave seccionadora aberta, os fusíveis retirados e a malha de aterramento colocada, isentando-se da responsabilidade pela ocorrência.

Pediu reforço e seguiram para a máquina em questão. Chegando na subestação desta, mediram a tensão e confirmaram sua existência.

Como se poderia ter tensão se foi confirmado que a máquina estava desenergizada na subestação. Só cabia uma explicação: ela estava sendo alimentada em algum ponto externo do percurso da subestação até a máquina. A questão era descobrir onde e como.

Começaram a procurar fazendo uma inspeção detalhada em toda a periferia da máquina.

Quase por acaso alguém tropeçou num pedaço de fio paralelo, indo de uma tomada externa até um tomada da estrutura inferior da máquina, próxima do solo pouco mais de um metro. A princípio o eletricista que viu estranhou: Ligação de tomada para tomada?!

Aí caiu a ficha. Essa era provavelmente a causa do problema. Removeram a ligação, mediram novamente a tensão e esta tinha sumido, comprovando sua origem. Era quase inacreditável e novidade pois nunca havia acontecido coisa semelhante. Para compreender melhor a ocorrência, pegaram os diagramas de circuito elétrico para analisar e finalmente ficou esclarecido:

Quando se ligou a tomada externa (23) à tomada da máquina(21), através do fio paralelo(22) , energizou-se o transformador de iluminação com 220 volts. Este por sua vez energizou com a tensão de quase 440 volts o secundário do trafo principal, porque a alimentação do trafo de iluminação é independente da chave do secundário do trafo principal. Assim no primário do transformador principal apareceu a tensão alta.

Era incrível. Nunca ninguém havia pensado nesses termos. Bem, a partir daí é fácil imaginar a encrenca: registros de quase acidente, análises, medidas de controle para o futuro, alteração nos padrões de segurança vigentes para evitar novas ocorrências do gênero e reciclar a segurança da turma. Acabaram identificando o autor, mas como não houve dolo, nem machucou ninguém , não o puniram severamente.

No desenho abaixo está representado o diagrama unifilar simplificado conforme já mencionado onde as linhas em vermelho, no sentido da seta em baixo representa o caminho inverso da alimentação externa até o barramento.

O equipamento era um ventilador, cujo motor de acionamento era ligado por um Soft Starter 355 A em 440 volts.

Segundo a informação obtida conversando com o preposto do cliente no local,o
ventilador rodava sem nenhum problema até o dia em que parou para a manutenção. Depois disso, desarmava antes de concluir a rampa de aceleração.

Para complicar mais a situação, já estava atrasado o reinício de operação e não havia muito tempo a perder.

A corrente simplesmente subia muito durante a partida e a proteção por esta causa operava.

Então tentamos de várias formas otimizar sua curva de partida sem sucesso.

Antes de qualquer coisa, teríamos que descobrir porque antes funcionava e depois da manutenção geral não conseguia nem partir. Isso conduz imediatamente à idéia de que algo durante o processo de manutenção foi alterado de modo significativo a ponto de aumentar a corrente de partida.

Conversando com o cliente verificamos que o equipamento sofreu pequena alteração no angulo das aletas, pouco mais de 10%, mas que pelos seus cálculos ele ainda teria mais 20% de margem.

Na realidade ele pretendia incrementar sua produção sem repotenciar a máquina.

Imediatamente compreendemos que o momento de inércia fora alterado significativamente ou pelo menos o suficiente para inviabilizar a partida com aquele soft Starter, que fora especificado já no final da margem de sua classe, visando uma determinada carga.

Substituir o soft starter seria inviável, pelo menos naquele momento.

A saída encontrada foi desativar a proteção de sobrecorrente durante a partida, deixando ativa apenas a proteção de sobrecorrente para depois da rampa concluída e durante todo o seu funcionamento.

Aliás, esse é um tipo de funcionamento característico de máquinas centrífugas acionadas por soft starters, como as usadas em usinas açucareiras.

Comentários:

É importante colocar aqui, que existe a grandeza chamada Inércia à rotação ou momento de inércia, que alem de depender da massa do corpo, depende também de como essa massa está distribuída ao longo do eixo de rotação. Isso quer dizer que um mesmo corpo, sem alterar sua massa, muda seu momento de inércia se for mudada a distribuição de massa ao longo do eixo de rotação.

No presente caso foi exatamente o que aconteceu, isto é, a massa do rotor permaneceu a mesma, mas a abertura das aletas ainda que pretensamente pequena alterou a posição das massas em relação ao eixo o suficiente para alterar de modo significativo a solicitação de corrente, sem falar no deslocamento de maior quantidade do fluido (ar) que também aumentou a corrente quadraticamente com a velocidade.

Outra coisa interessante a ser comentada é com relação aos cálculos e em quais circunstâncias os dados para esse foram colhidos.

Alem disso nunca é demais lembrar que as relações envolvidas não são lineares, tanto para os momentos de inércia quanto para a energia cinética de rotação, conforme indicam as formulas seguintes:

Portanto cuidado ao aplicar as famosas regras de três simples sem analisar bem o que se pretende.

Outra coisa a considerar é que os dados para cálculos quando se pretende repotenciar devem ser os colhidos durante cada momento da partida, e também depois de funcionando normal, razão pela qual deve ser registrada uma curva de partida e de regime de funcionamento.

Alerta: Uma coisa que vale a pena ficar de sobreaviso é quanto à possibilidade do cliente ou seu preposto sonegar a informação, impedindo ou ficando mais difícil de se resolver o problema. Isso às vezes acontece quando a ação praticada é ilícita e invalida a garantia. No presente caso o cliente foi honesto e abriu o jogo, ajudando muito a gente a definir o problema e resolve-lo.

Roberto Vasco ( robertovasco@hotmail.com )

Inauguro aqui uma forma de exposição de assuntos relativos a eletricidade, que são contos baseados em fatos reais.

A nossa história de hoje, “degradação térmica em cabos elétricos” está fundamentada em um trabalho de pesquisa para a solução de um problema real, cujo relatório final deu origem a um tema de trabalho técnico, que foi apresentado no 21º Congresso de manutenção promovido pela Abraman, Associação Brasileira de Manutenção, onde em meio a vários concorrentes ficou em primeiro lugar.

Tudo começa quando uma grande empresa mineradora resolve contratar uma empresa de engenharia de manutenção para examinar alguns cabos visivelmente degradados, substituí-los se necessário, determinar as causas dessa degradação e finalmente adotar as medidas necessárias para evitar novas ocorrências.

Como primeiro passo, o diagrama de circuito elétrico foi examinado e verificado que o circuito compunha-se de um transformador de 17,5 MVA, de 34,5 KV para 4,16 KV, cujo secundário alimentava um barramento de serviço de força onde vários equipamentos industriais são alimentados. Essa alimentação, precedida de um disjuntor e feita através de um circuito trifásico constituído de 5 cabos singelos de 400mm², 3,6/6KV, isolado em EPR 105ºC, com extensão de 25m , por fase, perfazendo um total de 15 cabos.

No passo seguinte foi feita uma inspeção detalhada em cada cabo ao longo de todo o percurso e constatado que alguns deles estavam realmente muito ruins e não deveriam continuar em operação, sendo então decidido por sua substituição.

O próximo passo foi a determinação das causas e para isso a metodologia de pesquisa das causas de defeito sugere observações e medições que afinal produzam evidencias objetivas capazes de sustentar as afirmações a respeito delas. Foi então decidido fazer uma análise termográfica dos cabos, concomitantemente a medição de corrente em cada cabo.

A medição de corrente mostrou uma enorme diferença na distribuição desta, conforme tabela abaixo.

Tabela 1 – Intensidade de corrente em ampéres no secundário do trafo

“A distribuição largamente desigual da corrente dos condutores de fase decorre da impedância desigual destes condutores.”

“A variação da impedância é decorrente da desigualdade da impedância mútua dos vários condutores de uma fase, em razão da disposição inadequada destes condutores sobre o leito de cabos. O gráfico abaixo mostra elevadas intensidades de correntes nas zonas de transição entre as fases “R” e “S” e entre as fases “S” e “T”.”

“O relatório termográfico mostrado na figura IV registra a diferença de temperatura entre os condutores, resultante da enorme desigualdade de distribuição da corrente entre eles. A região de maior temperatura corresponde aos condutores “R5” e “S1”, de maior intensidade de corrente.”

“Os relatórios termográficos (outras figuras que não estão aqui) mostram aquecimentos nas partes metálicas e suportes dos leitos de cabos, motivados pela circulação de correntes induzidas pelos campos magnéticos.”

Figura IV – Termografia dos condutores lançados linearmente e justapostos.

Finalmente uma causa então ficou apontada: Impedância desigual dos condutores de cada fase .

Mas essa é derivada de outra: Disposição inadequada dos cabos sobre o leito.
Ver esquema abaixo:

Disposição dos condutores de forma linear e justapostos, sem preocupação com a indutância mútua.

Depois disso então restava indicar a melhor e mais eficaz solução para o problema. Assim foi concebido e implementado uma nova distribuição.(Abaixo)

“Comparando as figuras acima, observa-se que os condutores passaram da configuração linear para trifólio, com uma inversão entre os condutores das fases “R” e “T” e um espaçamento de 2d (d é o diâmetro externo do condutor) entre os trifólios.”

“Esta configuração faz com que as indutâncias mútuas entre os condutores sejam muito uniformes.”

Finalmente, tinha que ser demonstrado a eficiência da medida corretiva adotada. A evidencia objetiva que a sustenta é a tabela construída com os dados da nova medição de corrente realizada depois da aplicação dessa medida.

Ver abaixo:

Tabela 2 – Intensidade de corrente em ampéres no secundário do trafo após a nova configuração.

A título de comparação, veja o gráfico abaixo:

Gráfico da distribuição da corrente pelos condutores antes e após o reagrupamento.

Veja na figura abaixo o que mostra a análise termográfica com o novo reagrupamento :

Bem, a história é longa apesar de muito resumida e decidi ficar por aqui. Quem quiser ver na íntegra o conteúdo desse trabalho, pode consultar os anais da Abraman ou contatar-me por e-mail.

O grande mérito desse trabalho enquanto informativo técnico é colocar em linguagem muito simples e acessível um assunto extremamente complexo, que normalmente exige sólidos conhecimentos de engenharia elétrica e domínio de matemática superior, como cálculo, álgebra e outros, que são ministrados nos cursos de engenharia.

Eu já havia preparado um glossário com alguns conceitos sobre as grandezas físicas: auto-indutância e indutância mútua entre outros, mas decidi não colocar aqui. Quem quiser contate-me por e-mail.
Da mesma forma, as referencias consultadas, não citei aqui pelas mesmas razões. Cito apenas o presente trabalho, abaixo.

Referência:
LOPES Felipe Tavares Fialho, LOPES Paulo Tarcísio Fialho, VOLPATO Sinval Rosin, LACORTE Paulo Luiz, ACELERAÇÃO DA DEGRADAÇÃO TÉRMICA DO ISOLAMENTO DE CABOS EM PARALELO, ABRAMAN ,21º Congresso Brasileiro de Manutenção, Setembro 2006, Vitória,ES.

João Roberto Vasco Gonçalves – robertovasco@hotmail.com

Verifica-se acima que para as velocidades mais baixas o tamanho físico(carcaça) dos motores aumenta , para dissipar mais calor.

Esquemas de ligação Dahlander para 6 bornes :

Esquema de ligação Dahlander para 9 bornes :

Ligação Dahlander para 12 bornes :

Fonte: – Apostila – Curso DT- 01-WEG – Catálogo geral de motores WEG

Roberto Vasco
27/10/2008

Abaixo mostramos um diagrama de circuito elétrico de um megômetro de forma bem simples e uma explicação do princípio de funcionamento. O desenho foi tirado de um artigo no site www.tpub.com/content/doe/h1011v4/css/h1011v4_101.htm
, Mas o texto foi traduzido e complementado com mais informações e explicações.
Descrição do diagrama e princípio de funcionamento, acompanhem a figura:

Diagrama simplificado do megômetro, tipo analógico.

O aparelho é constituído basicamente de um gerador de tensão contínua e um medidor constituído de um imã permanente com dois pólos (Norte e Sul), na figura identificado por “M”, e um núcleo ferromagnético “C”, onde duas bobinas na disposição indicada estão sujeitas ao campo magnético. Uma bobina “B” recebe diretamente a tensão gerada enquanto a outra “A” recebe a corrente gerada pela resistência a ser medida (que não aparece aqui no desenho, mas está conectada entre “line” e “earth”), ao ser submetida à tensão gerada pelo gerador.

Quando uma bobina é percorrida por uma corrente elétrica, aparece em torno dela um campo magnético tanto mais intenso quanto maior for a corrente que a percorre. Se esse campo magnético está perto de outro, haverá uma força de atração ou repulsão, tanto mais intensa quanto maior for a corrente que circula pela bobina.

No caso desse tipo de medidor, existem duas bobinas montadas sobre o mesmo sistema móvel e o campo magnético resultante da subtração dessas duas é quem reage com o campo do imã fixo. Veja o desenho.

Funcionamento:
“A”, é uma bobina que produz no sistema móvel, um torque no sentido horário(sentido de giro dos ponteiros de um relógio).
Com os terminais identificados por “line” e “earth” (linha e terra), curtocircuitados (ligados em curto circuito, isto é ligados um ao outro direto, sem nenhuma resistência elétrica), a corrente que flui através da bobina “A” é suficiente para produzir torque bastante para superar o da bobina “B”. O ponteiro então se move para a posição extrema no sentido horário, onde está marcada resistência zero. A resistência R² protege a bobina “A” contra a corrente excessiva que flui nessa condição. Quando uma resistência desconhecida é conectada aos terminais de teste “line” e “earth”, o torque resultante da diferença entre os torques em oposição das bobinas “A” e “B” levam o ponteiro a uma determinada posição da escala. Essa escala é calibrada diretamente em valores da resistência a ser medida.
O terminal “Guard” ou proteção é usado para em alguns tipos de medida, conectar as partes do circuito ou componente que não participam da medida procurada, para não produzir interferências na medição.
A fonte de tensão, nos megôhmetros de baixa tensão é geralmente de 500 VCC. No caso da figura foi representado por um gerador de acionamento manual, aqui identificado como “hand generator”, mas pode ser motorizado ou do tipo eletrônico, onde um oscilador eletrônico produz corrente alternada que é elevada por um transformador e retificada, produzindo então os 500 VCC a partir de pilhas ou baterias de 9VCC, tendo também a possibilidade de ser alimentado pela rede elétrica em 110 ou 220VAC.

Necessidade de usar um megômetro para medir resistências de isolamento:

Para entender melhor vamos abordar o conceito de isolantes. Um material que é um excelente isolante para tensões mais baixas pode ser um péssimo isolante para tensões mais altas. Assim quando existe alguma referencia a isolantes ela sempre vem associada a classe de tensão que esse isolante vai estar submetido.

Por exemplo: compramos uma tomada para uso residencial: nela está especificado, tensão até 250 Volts. Material para circuito de força industrial em baixa tensão: especificado até 600Volts.

Todos os outros materiais como cabos elétricos, isoladores, etc, são especificados para determinadas classes de tensão, tipo: 250V, 600 V, 1KV(1000 Volts), 5 KV, 8 KV, 15 KV, 35KV, etc.

Assim, temos aparelhos medidores apropriados para a medição de resistência de isolamento para as classes de isolamento requeridas, como megôhmetro de 500V, 2500V e 5000V.

Resistência de Isolamento – Quando um material isolante separa dois condutores sob influência de uma diferença de potencial, aparecem correntes de fuga. A ‘resistência de isolamento’ corresponde à resistência que o isolante oferece à passagem dessa corrente de fuga. Esta corrente pode circular através da massa isolante ou pela sua superfície. À primeira corresponde a resistência de isolamento volumétrica e à segunda a resistência de isolamento superficial.

Quando medimos o isolamento de um motor estamos medindo a resistência de isolamento dos materiais isolantes (esmalte que cobrem os fios, e todos os materiais isolantes utilizados na confecção do enrolamento, como folhas isolantes que forram as ranhuras do pacote magnético onde as bobinas são acamadas, espaguetes, cadarsos, taliscas, etc. Em motores elétricos são medidas as resistências de isolamento das bobinas em relação a massa do pacote magnético(ferragem) e entre cada jogo de bobinas.

Comentário: Falamos aqui de um aparelho com um tipo de medidor chamado de analógico, aquele que tem um ponteiro que se desloca sobre uma escala graduada. Existem também os do tipo digital, aqueles que tem um mostrador alfa numérico e são dotados de um circuito eletrônico para o processamento do sinal medido e apresentação no mostrador. Mas esse é um tema para outro artigo.

Roberto Vasco.

Mas existe também um método empírico de grande praticidade para verificar se o motor está fora de sua linha neutra. Consiste em folgar os parafusos de fixação do porta escovas, aplicar uma tensão CC reduzida na armadura, cerca de 15 a 20 % da tensão nominal, por um breve tempo, porque a corrente fica altíssima. Se o motor tiver tendência a girar para algum sentido ele estará fora da linha neutra. Para encontrar a linha neutra, desloca-se um pouco o porta-escovas no sentido contrario à tendência de giro e repete-se a aplicação da tensão CC e a observação do movimento. Quando se aplicar a tensão e não houver mais nenhum movimento, nessa posição será a linha neutra, então fixa-se o porta escova nessa posição pelo aperto dos parafusos.

Nota: Existem casos onde não se consegue a linha neutra com 100% de eficiência, por esse método, ou seja na melhor posição conseguida ele ainda tem uma leve tendência ao movimento. Nesse caso fixa-se na melhor posição conseguida e coloca-se o motor para rodar com a velocidade nominal e observa-se se não existe um centelhamento apreciável.
O centelhamento também pode aumentar um pouco com o aumento de carga.
Nessa questão de centelhamento estamos considerando que o comutador esteja em perfeito estado, com mica rebaixada e patina formada, pois isso também determina o aparecimento de centelhas ao funcionar.

Continuando o assunto sobre motores, falemos agora dos motores de alto rendimento.

Esses são motores que produzem a mesma quantidade de trabalho na ponta de seu eixo, consumindo no entanto menor quantidade de energia elétrica.

Isso é conseguido, diminuindo as perdas.

Para conseguir isso vários itens de matéria prima e fabricação são otimizados, como abaixo:

- Chapas magnéticas de melhor qualidade (aço silício).

- Maior volume de cobre, o que reduz a temperatura de operação

- Enrolamentos especiais que produzem menos perdas estatóricas.

- Rotores tratados termicamente reduzindo perdas rotóricas.

- Alto fator de enchimento das ranhuras que possibilita a melhor dissipação do calor gerado.

- Anéis de curto circuito dimensionadas para produzir menores perdas por efeito joule.

- Os projetos de ranhuras do motor são otimizados para incrementar o rendimento.

A NBR8441 da ABNT padroniza em termos de potência, polaridade, carcaça, para facilitar a intercambiabilidade.

A qualificação mínima para motores de alto rendimento é especificada pela NBR7094 da ABNT.

O que justifica o uso dos motores de alto rendimento é a necessidade de economizar energia pela eliminação dos desperdícios, pois sabe-se que o uso maciço de motores está no ramo industrial, com um consumo de 45,6% em relação ao total dos consumidores e que o consumo de energia é em torno de 119TWh.

Faz parte do PROCEL, programa nacional de conservação de energia elétrica, de 30/12/85, o incentivo ao uso de motores de alto rendimento alem de outras medidas.

Como o custo do motor de alto rendimento é maior que o do motor standard, mas tem a vantagem do consumo de energia, há um cálculo por onde se chega ao retorno do investimento, como abaixo:

Retorno em anos = DC / 0,736 x CV x Nh x CKWh x (100 / h%n – 100 / h%ARP)

Onde:

DC = Diferença de custos entre o motor standard e o alto rendimento plus,

CV = Potência do motor em CV,

Nh = Numero de horas de trabalho do motor em um ano,

h%n = Rendimento do motor normal,

h%ARP = Rendimento do motor de alto rendimento plus,

CKWh = Custo médio do KWh.

O estudo é feito com motores funcionando a plena carga, ou seja funcionando a 100% de sua potência nominal(ponto ótimo de rendimento e funcionando em regime contínuo.

Fonte: WEG

Escrito por : João Roberto Vasco Gonçalves.

Tensão da rede de alimentação: 440 Volts,

Freqüência da rede de alimentação: 60 Hz,

Partida direta.

Atmosfera limpa(normal, sem agressividade),

Características construtivas: Horizontal, proteção térmica classe B, sentido de rotação Horário.

Características da bomba: conforme o gráfico e dados fornecidos abaixo:

nc = 1780 rpm,

Jc = 6 Kgm² ,

Acoplamento direto,

Curva conjugado rotação conforme o gráfico acima,

Conjugado Nominal, Cn = 480Nm

Cálculos:

Velocidade do motor :

n = nc / R

Como foi dito que o acoplamento é direto R=1, então: n = 1780 / 1 , ou

n = 1780 rpm

Transformando para rps: 1780 / 60 = 29,6 ou

n = 29,6 rps, aproximadamente 30.

Número de pólos do motor:

n = F / P, ou P = F / n, onde P é pares de pólos, F a frequência e n a velocidade, então:

P = 60 / 30 ou P = 2 que leva a p = 4 pólos .

Potência nominal do motor (Pn):

Pb = 0,001 x 2 x PI x n x Jc, então:

Pb = 0,001 x 2 x 3,1416 x 29,7 x 480 ou

Pb = 89,6KW ou em CV: 89,6 / 0,736 ou

Pb = 121,7 CV

O motor escolhido será o normalizado imediatamente superior na tabela, que é de 90 KW ou 125 CV.

Conjugado resistente médio (Crmed)

Examinando a curva dada, observa-se que:

Co = 0,12 x 480 ou

Co = 57,6Nm

O conjugado médio da carga é dado por:

Ccmed = {(2 x Co) + Ccn] / 3 = [(2 x 57,6) + 480] / 3

Ccmed= 198,4 Nm

Como foi dito que o acoplamento é direto, sendo então R=1, o conjugado resistente médio é: Crmed = R x Ccmed ou 1 x 198,4 ou

Crmed = 198,4

Conjugado motor médio (Cmmed)

Consultando o catálogo observa-se que para um motor de 90 KW/125 CV:

Cn = 50Kgm

Cp/Cn = 2,2

Cmax/Cn = 2,3

Então o cojugado motor médio é dado por:

Cmmed = 0,45 x (Cp/Cn) + (Cmax/Cn) x Cn x 9,81 ou 0,45 x (2,2 + 2,3) x 50 x 9,81 ou

Cmmed = 993,3 Nm

Tempo de aceleração (ta) :

Consultando o catálogo outra vez para o mesmo motor observa-se que o momento de inércia é:

Jm = 1,8495 Kg.m² e como foi dito que o acoplamento é direto, sendo então R=1 e sabendo-se que: Jce = Jc x R² ou

Jce = 6 Kg.m²

O tempo de aceleração (ta) é dado por:

ta = 2 x PI x n(rps) x [(Jm + Jce) / (Cmmed – Cmed)] ou

ta = 2 x 3,1416 x 29,7 x [(1,8495 + 6) / ( 993,3 – 198,4)] ou

ta = 1,84 s

Consultando o catálogo observa-se que o tempo de rotor bloqueado é :

trb = 12 s o que comparando-se ta a esse valor constata-se que o motor está apropriado para acionar a bomba, pois está bem abaixo do desejável que é menor que 80%.

Especificação do motor:

Baseado nos dados fornecidos e nos resultados obtidos nos cálculos a especificação do motor é como escrita abaixo:

Motor trifásico de indução, rotor gaiola

Potência: 92 Kw / 125 CV

Polaridade: 4 polos

Tensão: 440 volts

Freqüência: 60Hz

Carcaça 280 s/m

Forma construtiva: B3D

Grau de proteção IP54

Classe de isolamento: B

Categoria: N

Regime de serviço : S1

Se existir alguma condição a mais deverá também ser especificada.

Comentários: Aqui falamos em dimensionamento do motor conhecendo-se os dados da carga, o que não deve ser confundido com os cálculos para especificação de uma bomba, pois aí os dados são outros e as variáveis e formulas também, o que oportunamente poderemos abordar em outro artigo.

Fonte: WEG

Roberto Vasco – 06/08/2006

Proposta: Determinar o motor que deverá ser empregado para acionar um compressor com as seguintes características:

Tensão de alimentação : 440 Volts

Freqüência : 60 Hz,

Partida direta,

Ambiente normal,

Forma construtiva : Horizontal,

Proteção térmica : classe B,

Sentido de rotação Horário,

Características do compressor:

Momento de inércia: Jc = 2,5 Kgm²,

Conjugado de partida: 37 Nm,

Conjugado nominal: Ccn24 Nm,

Velocidade : nc = 1125 rpm,

Redução do acoplamento: R = 0,65,

Rendimento do acoplamento : nac = 97%

Cálculos:

Velocidade do motor:

n = Nc / R = 1125 / 0,65 ou

n = 1730 rpm ou

ns = 1730 /60 = 28,83 rps, ou aproximadamente 30.

Polaridade:

2P = 2f / ns ou P = 2 x 60 / 30 ou

P = 4 polos.

Potência nominal do compressor

Pc = 0,001 x 2 x PI x nc x Ccn ou Pc = 0,001 x 2 x 3,1416 x (1125 / 60) x 24 ou

Pc = 2,82 KW

Potência nominal do motor:

Pn = Pc / nac = 2,82 / 0,97 ou

Pn = 2,91 KW.

Consultando no catálogo um motor imediatamente superior, encontramos um de 4CV/3KW.

Conjugado resistente médio:

Primeiro calculemos o conjugado da carga médio, que é dado por:

Ccmde = 1,15 x Cn = 1,15 x 24 ou Ccmed = 27,6 Nm., então o conjugado resistente médio é dado por:

Crmed = R. Ccmed ou 0,65 x 27,6 ou

Crmed = 17,94 Nm.

Conjugado motor médio:

Consultando o catálogo observa-se:

Cn = 1,6 Kgfm

Cp/Cn = 2,7

Cmax/Cn = 3,2

Então Cmmed será:

Cmmed = 0,45 x [(Cp/Cn) + (Cmax/Cn)] x Cn x 9,81

Cmmed = 0,45 x (2,7 + 3,2) x 1,6 x 9,81 ou

Cmmed = 41,67 Nm

Tempo de aceleração:

Consultando o catálogo verifica-se:

Jm = 0,0085 Kgm²

A inércia do compressor referida ao motor é:

Jce = R² x Jc

Jce = (0,65)² x 2,5 ou

Jce = 1,06 Kgfm²

O tempo de aceleração é dado por

ta = 2 x PI x nm x [(Jm + Jce) / (Ccmed – Crmed)]

ta = 2 x 3,14 x 28,83 x [(0,0085 + 1,06) / (41,67 – 17,94)]

ta = 8,15 s

consultando o catálogo vemos que o tempo de rotor bloqueado trb = 6,0 seg e que

ta > 0,8trb. Isso indica que tem que ser escolhido um motor de maior potência. Verifica-se no catalogo que o imediatamente superior atende, possuindo as seguintes características:

Cn = 2,1 Kgf

Cp/Cn = 3,0

Cmax/Cn = 3,0

Jm = 0,0091 Kgm²

trb = 6 seg

nm = 1710 rpm

nc = R x nm = 0,65 x 1710 = 1112 rpm ou 18,52 rps

Cmmed = 0,45 x (3,0+3,0) x 2,1 x 9,81 = 55,6 Nm

ta = 2 x PI x 28,5 [(0,0091 + 1,06) / (55,6 – 17,94)] ou

ta = 5 s que é menor 0,8 x 6 s

servindo portanto este motor.

Então a especificação completa do motor será:

Motor trifásico de indução, rotor gaiola,

Potência : 3,7 Kw/5CV

Polaridade : 4 polos

Tensão 440 V

Freqüência : 60Hz

Carcaça 100L

Forma construtiva : B3D

Grau de proteção IP54

Classe de isolamento : F

Categoria : N

Regime de serviço : S1

Se existirem outras condições importantes essas deverão ser informadas.

Fonte : WEG

O tempo de aceleração pode ser determinado de maneira aproximada pelo conjugado médio de aceleração:

ta = 2.PI.. n . J1 / Ca = 2.PI..n .(Jm+Jce) / (Cmmed – Cmed)

onde:

ta: tempo de aceleração em segundos

Jt: momento de inércia total em Kg.m²

rps: Rotação nominal em rotações por segundo

Cmmed: Conjugado médio de aceleração do motor em Nm.

Cmed: Conjugado médio de aceleração da carga em Nm.

Jm: Momento de inércia do motor.

Jce: Momento de inércia da carga referida ao eixo do motor.

Ca : conjugado médio de aceleração da carga

n = Velocidade em rps

Em alguns casos o momento de inércia é tão grande na partida que só para arrancar a carga teríamos que ter um motor com uma potência muitas vezes superior a de trabalho, caso fosse usado um motor de indução com rotor gaiola.

Aplicação de motores com rotor bobinado e reostato

Relembrando os conhecimentos de máquinas elétricas de CA, (item final) observa-se que os motores assíncronos possuem uma resistência rotórica muito baixa. Isso é ótimo, durante o funcionamento normal, mas é péssimo durante a partida, pois nesse momento, o escorregamento é de 100%, pois o eixo da máquina ainda está parado, então a freqüência no rotor é igual a da rede e o efeito indutivo é muito grande e porisso a corrente fica muito defasada em relação a tensão. Nessas condições , mesmo que a corrente seja muito elevada, não produz potência ativa e porisso não produz torque suficiente para arrastar a carga. Então é necessário que se produza ao mesmo tempo uma redução da tensão para que a corrente diminua e também um refasamento dessas grandezas. Para conseguir isso, um resistor deve ser conectado eletricamente ao circuito do rotor.

Quando a velocidade do rotor começa a aumentar, a frequencia rotórica começa a diminuir e o efeito indutivo também, diminuindo o refasamento da corrente, então, o resistor que fora benéfico no início, vai se tornando inconveniente. Na verdade, é necessário um valor de resistência para cada valor de velocidade e quanto mais essa velocidade aumente menor deve ser o valor da resistência.

O dispositivo capaz de apresentar uma resistência variável em seus terminais é o Reostato. Então, quando um motor assíncrono de indução necessitar partir com uma carga que tenha um momento de inércia muito elevado, este deverá ser de rotor bobinado e um Reostato de partida deverá ser interligado ao mesmo. Tudo isso leva a conclusão que :

O Reostato de partida serve para limitar a corrente de partida e produzir a condição de torque máximo a cada valor de velocidade da máquina. Uma vez concluída a partida o reostato não tem mais utilidade. Assim existe um contator que o curtocircuita. Adicionalmente existe tambem no motor um dispositivo que curtocircuita os aneis e as levanta as escovas.

( Veja a seguir a curva torque x velocidade durante a partida ) – Clique na figura para poder ampliá-la

Aqui observa-se que é produzida uma condição de torque máximo a cada valor de velocidade da máquina. Durante a partida.

Cálculo de um reostato

Sabe-se que mantendo-se constante a torção motora, o escorregamento é diretamente proporcional a resistência rotórica.

Assim, se S1 é o escorregamento relativo a resistência rotórica R1, capaz de criar uma torção C. (Torção = Torque = conjugado).

Desejando-se criar a mesma torção com o escorregamento S2, por exemplo, maior do que S1, é preciso que a resistência rotórica tenha um valor total Rt definido pela seguinte proporção: Rt:R2 = S2:S1 .

O valor da resistência a ser inserida em cada fase é: R = Rt – R1.

O valor dessa resistência pode ser obtido através dessa proporção:

[(Rt – R1)/R1] = [(S2 – S1)/S1]

Donde: R = Rt – R1 = R2 . (S2-S1)/S1,

Em se tratando da partida, quando S1=1 (escorregamento 100%),a resistência de partida será: Ra = R1. (1-S1)/S1.

Considerando agora o escorregamento nominal Sn, ou a plena carga:

Ra = R2 . (1-Sn)/Sn.

Exemplo:

Se um motor funciona a plena carga com um escorregamento de 3% e deseja-se acelerar o motor com uma torção igual ao da plena carga:

Ra = R1 . (1-0,03)/0,03 = R1 . 32,3.

Isso quer dizer que o valor da resistência de partida que deverá ser inserida em cada fase do rotor é 32,3 vezes maior que a resistência por fase do enrolamento rotórico.

Se um motor deve partir com uma torção máxima, é preciso obter-se, por exemplo, através do traçado do diagrama circular, o valor do escorregamento que fornece a torção máxima. (não será mostrado aqui como se constrói esse diagrama, pois foge ao objetivo principal). Os interessados deverão procurar na bibliografia indicada).

Supondo que a torção máxima se verifica com o escorregamento 10 %, o valor de resistência a ser inserido em cada fase do rotor no momento da partida é:

Ra = R2 . (1 – Sm ) / Sm = R2 (1 – 0,1)/ 0,1 = R2 . 9.

Isto significa que nas condições descritas, o valor da resistência de partida, deve ser proporcional ao valor da corrente que produz uma torção desejada. Isso tambem é obtido no mencionado diagrama circular.

Uma vez obtido o valor da resistência de partida, esse deve ser subdividido em partes de forma que a partida se processe com uma torção quase constante (conforme se viu no gráfico acima), ao aumentar as rotações do motor e ao diminuir o valor da resistência Ra inserida.

Teoria dos Motores elétricos CA:

Clique na figura abaixo para ampliar:

L1 Indutância Estatórica

L2 Indutância Rotórica

R1 Resistência Estatórica

R2 Resistência Rotórica

A fem rotórica E₂ com o motor funcionando com escorregamento “s”, é expressa por:

E₂(s)= 10^-8.2,22. f_M.N₂.f1.s = E₂.(1).s

A impedância rotórica é dada por: (Clique na figura para ampliar )

por esta expressão, a corrente de fase rotórica, com o motor funcionando com escorregamento “s”, é a mesma que se obteria, mantendo o rotor parado e aumentando o valor da resistência de fase rotórica para o valor R2/s.

Sendo s < 0 , R2/s > R2.

A rotação mecânica do rotor, produz o mesmo efeito do aumento da resistência de fase rotórica.

No transformador concebido acima:

V1 = – E1 e E2(1) = E1/m

Onde m = E1/E2(1) e E2(1) é a fem que se induz em cada fase rotórica quando o rotor ainda estiver parado, ou seja, s = 1.

O fluxo f1, que é o produto da indutância pela corrente que a atravessa, fica inalterado, tanto a vazio quanto com carga.

Se o motor funcionar com carga, em cada fase circulará a corrente:

Fontes:

MARTIGNONI, Afonso. Máquinas de corrente alternada. Editora Globo.Porto Alegre. RS.1968

GONÇALVES, João Roberto Vasco. Curso de reostatos líquidos. Vitória. ES. 2006

Roberto Vasco – 12/08/2007

Comentários:

Na figura 1, é possível observar, um pouco depois da saída das bobinas da ranhura uma região escurecida, evidenciando o curto circuito entre espiras que pode ser entre espiras de uma mesma bobina ou preferencialmente de duas bobinas diferentes que estejam sobrepostas.

Na figura 2 um lado inteiro da “cabeça” da bobina queimado.

Na figura 3 é possível perceber uma região escurecida logo à saída da bobina da ranhura , caracterizando o curto contra a massa.

Na figura 4, da pra ver uma região escurecida sobre uma ranhura, evidenciando o curto circuito dentro da ranhura.

Na figura 5, percebe-se um ponto escurecido na parte superior do bobinado que sugere curto circuito numa conexão.

Na figura 6 observa-se um escurecimento do bobinado como um todo caracterizando a queima por sobre-carga.

A figura 7 é bem parecida, onde se vê o bobinado queimado totalmente, bem escuro, caracterizando as condições de rotor bloqueado.

A figura 8, caracteriza queima por pico de tensão onde em determinado ponto uma parte mais susceptível do enrolamento tem seu isolamento rompido“furado”.

Na figura 9 nota-se uma região mais escurecida exatamente na sobreposição de duas cabeças de bobina de fases diferentes, evidenciando curto entre fases.

As figuras 10 e 11 apresentam um jogo de bobinas queimado, alternadamente, a diferença está na posição onde estão escurecidas, mostrando que houve falta de fases, em ligação estrela para a figura 10 e triângulo para a figura 11. Nesses casos um jogo de bobinas não sofreu avaria.

Na figura 12, um jogo de bobinas está mais escurecido que os demais mostrando que houve desbalanceamento de fases.

Os casos das figuras 13 e 14 são típicos de motores monofásicos, onde na figura 13 quem está escurecido é o enrolamento mais interno na figura, mostrando a queima do bobinado auxiliar. No da fig 14 é o bobinado mais externo mostrando a queima no bobinado principal, como se vê nas figuras abaixo:

No caso das figuras 1,2,3,4,5,9, a causa mais provável é a presença de impurezas, abrasão ou oscilações da tensão.

No caso da figura 6 a origem está em sobre-carga do motor ou sobre-tensões e sub-tensões.

No da figura 7 a causa pode ser por rotor bloqueado e também por partidas e reversões sucessivas.

No caso da figura 8 os picos de sobre-tensão que foi escrito acima, pode ser originado de comutação de circuito de força, descargas atmosféricas, descarga de capacitores e circuitos comutados com semicondutores.

Nos da figura 10 e 11 as causas de falta de fase são geralmente um fusível queimado no circuito de alimentação trifásica, um contator com um dos contatos inoperantes ou mesmo uma fiação interrompida.

O caso da figura 12 tambem pode ser ocasionado por maus contatos nas conexões ou desequilíbrio na rede de distribuição devido a cargas desbalanceadas.

O caso da figura 13 por ter como causa um defeito no interruptor centrífugo ou impurezas sobre o mesmo provocando mau contato e fazendo com que o bobinado auxiliar permaneça por mais tempo do que o projetado para ele.

No caso da figura 14, é possível que o bobinado auxiliar não tenha sido conectado para fazer a partida ou que tenha ocorrido sobre-tensões ou sub-tensões.

Alguns fatores deverão ser levados em conta no momento da análise para a escolha: custo, capacidade da rede, necessidade de correção do fator de potência, conjugados requeridos, efeitos da inércia da carga, necessidade ou não de regulação de velocidade e ambientes, como: umidade, poeira, atmosfera corrosiva, etc.

A aplicação de motores assíncronos de gaiola cobre a maioria dos casos, no entanto, algumas aplicações exigem motores de rotor bobinado e anéis, nos casos de partida de cargas de alta inércia (pesadas), acionamentos de velocidades ajustáveis, ou quando é necessário limitar a corrente de partida e manter o conjugado.

Alem do mais é necessário verificar o tipo de carga a ser acionada pelo motor e seu comportamento quanto a potência e conjugado.

Antes de apresentar e comentar as curvas características, vamos conceituar alguns termos:

a- Conjugado de partida: É requerido para vencer a inércia estática da máquina a ser acionada e produzir movimento. Para que uma carga, partindo de sua velocidade zero atinja a velocidade nominal é necessário que o conjugado do motor seja sempre superior ao conjugado da carga.

b- Conjugado de aceleração: Necessário para acelerar a carga à velocidade nominal. O conjugado motor deve ser sempre maior do que o conjugado da carga, em todos os pontos entre o zero e a rotação nominal. No ponto de interseção o conjugado de aceleração será nulo. É o ponto de equilíbrio onde a velocidade permanece constante. Esse ponto deve corresponder a velocidade nominal do motor. A figura a seguir ilustra os modos correto e incorreto:

O Conjugado de aceleração assume valores bastante diferentes na fase de partida. O conjugado médio é a diferença entre o conjugado do motor e o da carga.

a- Conjugado Nominal: Necessário para mover a carga em condições de funcionamento à velocidade específica. O conjugado para funcionar normalmente uma carga pode ser constante ou variar de formas distintas características de cada tipo de máquina. Para conjugados variáveis, o motor deve ser suficiente para suportar os picos de carga. A seguir mostraremos os principais tipos de conjugados das cargas.

Conjugado Constante: O conjugado permanece constante durante a variação de velocidade e a potência aumenta proporcionalmente a esta.

Conjugado Variável: existem três casos diferentes.

Primeiro caso:

o conjugado resistente é proporcional ao número de rotações e

a potencia é proporcional ao numero de rotações ao quadrado.

Segundo caso:

O conjugado resistente é proporcional ao quadrado de rotações e

A potência é proporcional ao cubo do número de rotações. Ver Figura abaixo:

Terceiro caso:

O conjugado resistente é inversamente proporcional ao número de rotações e

A potência é constante. Ver figura abaixo:

Abaixo alguns tipos de máquinas e conjugados correspondentes:

Conjugado quadrático – Ventiladores, bombas centrífugas, etc

Conjugado constante – Moinho, guindaste, britador, transportador,etc

Conjugado Hiperbólico – Fresadora, Torno, bobinador, etc.

Conjugado linear – Calandra, centrífuga, moinho de bolas, etc.

Conjugado não definido – Bomba cavalo de pau, mesa alimentadora de cana, etc.

Fonte: WEG

Escrito por : João Roberto Vasco Gonçalves.

Agora vamos abordar um assunto relacionado ao uso racional de energia da energia elétrica, que é gerada a partir de recursos como quedas d’água, óleo combustível ou outro produto queimado em caldeiras cujas turbinas acionam geradores.

Vamos entender a energia:

A energia total ou aparente é composta de energia ativa e energia reativa conforme o esquema a seguir:

KVAR é a energia reativa, resultado de KVAR indutivo menos KVAR capacitivo.

KW é a energia ativa

KVA é a energia total ou aparente

j é o ângulo entre a potência ativa e a total.

O FATOR DE POTÊNCIA é o co-seno do ângulo entre a potencia ativa e a aparente, assim: cos j = KW / KVA, que pode ser expresso também em percentual da energia total.

Comentários:

- A energia reativa não realiza trabalho, no entanto ela é necessária para a magnetização do campo dos motores, geradores e transformadores.

- A energia ativa é quem efetivamente realiza os trabalhos requeridos, por exemplo, o esforço de torção na ponta do eixo de um motor.

- Em ultima análise, o fator de potência indica se a energia está sendo bem utilizada. Quanto mais próxima da unidade melhor. Em suma, quem tem um melhor fator de potência está utilizando melhor a energia e economizando dinheiro, uma vez que se paga uma multa a fornecedora de energia, que custa o valor da conta de consumo, vezes a relação do fator de potencia estabelecido como padrão e o fator de potencia medido na instalação.

- De acordo com a legislação em vigor(resolução ANEEL 456/2000) o fator de potencia padrão foi estabelecido em 0,92, então, Multa = Consumo normal(R$) x 0,92 / F.P. medido.

CAUSAS DE UM BAIXO FATOR DE POTÊNCIA

- Motores e transformadores operando “em vazio” ou com cargas muito pequenas.

- Motores e transformadores superdimencionados.

- Grande quantidade de motores de pequena potência.

- Utilização de máquinas de solda.

- Utilização de lâmpadas de descarga, como vapor de mercúrio, vapor de sódio e fluorescente sem o uso de reatores de elevado fator de potência.

- Capacitores ligados quando eles não sejam mais necessários para a correção do fator de potência .(Quando o fator de potência está muito baixo por excesso de cargas indutivas como motores, transformadores em vazio, etc, são utilizados capacitores ligados na instalação para fornecer reativo capacitivo que será subtraído do reativo indutivo, diminuindo o reativo total na instalação, KVAR, que poderemos abordar especificamente em outro assunto).

CONSEQUÊNCIAS DE UM BAIXO FATOR DE POTÊNCIA:

- Aumento de perdas elétricas.

- Flutuação da tensão que pode causar a queima de motores e outros equipamentos.

- Sobrecarga nos equipamentos.

- Aumento do desgaste dos dispositivos de proteção e manobra.

- Aumento do investimento em condutores e equipamentos elétricos sujeitos a limitação térmica.

- Obstrução na capacidade dos equipamentos, impedindo a instalação de novas cargas.

MEDIDAS PARA MELHORAR O FATOR DE POTÊNCIA:

- dimensionar corretamente os motores elétricos, transformadores e outros equipamentos: Por exemplo se a potencia necessária para acionar um equipamento é de 25 CV, você pode aplicar um motor de 25 CV e nada justifica por exemplo que se use um de 100 CV, pois isso é jogar energia fora e gastar mais dinheiro de conta de energia desnecessariamente.

- Utilização de motores de fator de potência mais alto e de rendimento mais alto.

- Utilizar para as lâmpadas, reatores de alto fator de potência.

- Instalar, depois de um estudo técnico feito por empresa competente e idônea, bancos de capacitores para correção do fator de potencia onde for realmente necessário e se possível com comando automático para que sejam sempre utilizados a medida que o fator de potencia baixe, de modo a manter sempre o mesmo igual ou maior a 0,92.

O QUE SE GANHA MELHORANDO O FATOR DE POTÊNCIA:

- Diminuição das variações de tensão, aumentando a vida útil dos equipamentos

- Diminui o consumo.

- Os condutores aquecem menos e com isso diminuem-se as perdas de energia elétrica na instalação.

MELHORANDO O FATOR DE POTENCIA VOCE ECONOMIZA ENERGIA E COM ISSO AJUDA A PRESERVAR OS RECURSOS NATURAIS, ALEM DE CONTRIBUIR PARA A MELHORIA DO SISTEMA DE GERAÇÃO E DISTRIBUIÇÃO, SEM FALAR QUE ECONOMIZA DINHEIRO.

Fontes: WEG, COPEL, CEMIG.

Escrito Por : João Roberto Vasco Gonçalves

Os fabricantes fornecem os dados característicos como: tensão de alimentação, consumo, corrente máxima do relé de saída, precisão de repetibilidade de operação.

Sua função é proteger as instalações contra falta de fase, assimetria modular e inversão de fase. Isso é muito importante no caso de motores, porque um motor trifásico queima se rodar com duas fases. Alem disso quando se inverte duas fase(troca uma pela outra) o motor trifásico inverte seu sentido de rotação. Isso não queima o motor mas alguns equipamentos sofrem danos sérios se o seu sentido de rotação for invertido e quando é reversível ele pode rodar pra um sentido quando o comando é para outro, causando sérios problemas no processo.

Quando é usado o relé de proteção, assim que haja uma condição anormal na rede o relé interno dele comutará desligando o sistema a ser protegido.

Como funcionam

Falta de fase: Conectam-se as três fase da rede, L1,L2 e L3 para a entrada. Estando presente as três fase o rele interno é energizado fechando seu contato NA(normalmente aberto) e abrindo o NF(normalmente fechado). Quando ocorre uma falta de fase este é desenergizado e seus contatos realizam a operação inversa. Normalmente o contato NA é usado para permitir a ligação de um rele de comando ou diretamente um contator que deverá ser desabilitado se houver falta de fase. O desenho abaixo da uma idéia do funcionamento. As área escuras referem-se a situação dos contatos NA, as em branco a do NC.

Seqüência de fases:

Ao se energizar o relé, o relé de saída só sera energizado se a seqüência de fase estiver correta. Caso contrário é desenergizado, não permitindo que o circuito a ser protegido funcione.

A seqüência direta é L1L2L3, L2L3L1 ou L3L1L2

A seqüência invertida é L2L1L3,L1L3L2 ou L3L2L1

O desenho abaixo da uma idéia do funcionamento.

Assimetria de fases.

Conectam-se as três fases a entrada do rele. Quando ocorre a energização o rele de saída é energizado e seu contato NA fecha permitindo que o circuito a ser protegido opere. Quando ocorre uma assimetria entre fases maior que a ajustada via botão frontal do rele, o rele de saída dele é desenergizado e seu contato NA volta a ficar aberto desabilitando o circuito a ser protegido. Geralmente os reles encontrados no mercado possibilitam um ajuste de até 20%. A figura abaixo da uma idéia disso.

Os contatos do rele de saída desses reles geralmente possuem um retardo em sua ação que gira em torno de 1 a 60 segundos (que deverá ser escolhido no ato da especificação porque o tempo é fixo) para prevenir operações indevidas durante flutuações. Podem ser retardados na ligação ou no desligamento.

Como o relé é eletrônico ele deve ser alimentado por duas das fases. Assim, se houver falta de fase e ao retornar a fase L1 ou L2 estiver com amplitude menor que 70%, o relé de saída é imediatamente desenergizado.

Existem três tipos de arranjos de ligação, que fornecem três situações: Conjugado constante, Potência constante e Conjugado variável. A escolha depende do tipo de carga que será acionada. Por exemplo: nas bombas centrífugas e ventiladores, o conjugado aumenta quadraticamente com a velocidade, portanto é variável.

Na modalidade conjugado constante, o conjugado nas duas rotações é constante e a relação de potência é de 0,63:1. Exemplo: Motor 0,63/1CV, IV / II pólos D / YY.

Na modalidade Potência constante, a relação de conjugado é de 1:2 e a potência permanece constante. Exemplo: Motor 10 / 10 CV, IV / II pólos, YY / D.

Na Modalidade Conjugado Variável a relação de potencia é de 1:4. Exemplo: Motor 1 / 4 CV, IV/II pólos, Y / YY.

Na página seguinte está o desenho com o resumo das ligações.

Comentários: Algumas dicas são úteis no trabalho com projetos, montagens e manutenção.

Em Primeiro lugar, no circuito de comando deve estar previsto o intertravamento elétrico entre os contatores que se energizados juntos causam curto circuito e se possível até intertravamento mecânico.

Igual cuidado deve ser tomado nos serviços de montagem, evitando-se inversões que podem causar curtos circuitos, sentidos de rotação diferentes entre a alta e a baixa velocidade que pode causar avarias mecânicas nos equipamentos.

Nos serviços de manutenção para troca de motores ou desligamentos para serviços mecânicos é prudente fazer uma boa marcação para se evitar os problemas citados.

Outra observação é com relação aos reles térmicos que como aparece no diagrama de circuito de força, são dois. Isso decorre da necessidade de ajustes de corrente diferente e devido mudar o lado de alimentação, quando então o térmico não tem mais função.

Os motores são oferecidos ao mercado em tensões de 220, 380 e 440 Volts, com potências de 0,25 a 160 CV, e classes de rotação de 900/1800 e 1800/3600 rpm, 60 Hz.

Agora vamos resumir os fechamentos das situações de alta e baixa velocidade:

A seguir, está um exemplo de um circuito de força para a situação de Conjugado constante. Para construir os outros é só observar atentamente o quadro acima e efetuar o diagrama.

A numeração de 1 a 6 é padrão americano. No padrão europeu encontrado na literatura e sites de origem européia a marcação é com letras. Ver quadro abaixo:

Escrito por : João Roberto Vasco Gonçalves

Neste artigo vamos apreciar como calcular a potência da carga, o que pode ser feito de três formas diferentes:

- Conhecendo-se a vazão e a altura manométrica,

-Conhecendo-se o conjugado nominal da carga, como já discutimos e

- Conhecendo-se a vazão e a pressão total

Conhecendo-se a vazão e a altura manométrica :

Aplicável a bombas

Se a vazão (Q) for dada em m³/s e a altura (h) em metros, a potencia requerida pela bomba será dada em KW, conforme formula abaixo:

Pc = 0,001 x (Q x d x g x h) / nb, onde:

Pc = Potência da carga em KW,

Q = Vazão em m³/s,

D = densidade do líquido em Kg/m³,

G = aceleração da gravidade em m/s²,

H = altura manométrica em m,

nb = rendimento da bomba.

A rigor seria n = rendimento do sistema de bombeamento, que seria o produto do rendimento do motor, da bomba e da transmissão.

A altura manométrica h, é calculada por :

H = [(pd – ps) / (d x g)] + Hg + h, conforme indicação da figura a seguir

Onde:

pd = Pressão de descarga,

ps = Pressão de sucção,

d = densidade do líquido,

Hg = altura geomértica,

Ho = altura entre sucção e descarga,

G = aceleração da gravidade, aproximadamente 9,81m/s²

Conhecendo-se o conjugado nominal da carga:

Aplicável a bombas e ventiladores

A equação que expressa a potencia é:

Pc = 0,001 x 2 x PI x nc x Ccn ,

onde :

Pc = Potência da carga em KW

0,001 = fator para o resultado ser dado em KW,

PI = 3,1416, aproximado,

nc = velocidade da carga,

Ccn = Conjugado nominal da carga em Nm

Conhecendo-se a vazão e a pressão total:

Aplicável a bombas e ventiladores

A equação que expressa a potencia é:

Pc = 0,001 x (p x Q) / (rc),

onde :

Pc = Potência da carga,

p =  Pressão total (se for dado em mmH2O temos que 1 mmH2O=9,81m/s² se for dado em atmosferas temos que 1 atm = 1,033mmH2O = 100000N/m²)

Q = Vazão em m³/s,

0,001 = fator para o resultado ser dado em KW

rc = rendimento da carga

No caso de bombas centrífugas :

0,45 < r < 0,85

No caso de bombas de pistão

0,75 < r < 0,85

No caso de ventiladores:

Ventiladores cuja pressão total seja maior que 400mmH2O:

0,50 < r < 0,80

No caso de ventiladores cuja pressão total está entre 100 e 400 mmH2O:

0,35 < r < 0,50

No caso em que a pressão total seja menor que 100 mmH2O:

0,20 < r < 0,35

Fonte WEG

                                                           Roberto Vasco 06/08/07

No exemplo a seguir, pretende-se especificar um motor elétrico para acionar diretamente um ventilador.

Os dados disponíveis são:

1-característica da rede de alimentação:

Tensão:440 volts, freqüência 60 Hz, partida direta.

2-característica do ambiente: Atmosfera indusatrial

3-Características construtivas:

a-Horizontal, b-Proteção térmica classe B, c-sentido de rotação Horário.

4-Características do ventilador conforme o gráfico e os dados a seguir:

No gráfico, as pintas azul e vermelha correspondem respectivamente a 100% de conjugado a 100% de velocidade, que no caso corresponde aos valores de 320Nm e 270Nm relativos a Ccn(A) e Ccn(B)

a-Velocidade da carga, nc = 1780 rpm,

b-Momento  de inércia da carga, Jc = 20 Kg.m²

c-Acoplamento direto

d-Curva Conjugado x Rotação, gráfico acima

e-Conjugado nominal para a condição A, Ccn(A) = 320Nm

f- Conjugado nominal para a condição B, Ccn(B) = 270Nm

Dimensionar um motor para a condição A e outro para a condição B.

Solução:

Para a condição A:

1-Velocidade do motor – (n)  : n = no/R

Como foi dito que o acoplamento é direto, R=1, então: n = 1780/1 o que leva a n=1780rpm.

Expressando a velocidade em rps temos: n = 1780/60 que dá 29,7 rps., aprox 30.

2- Numero de pólos:

Para determinar o numero de pólos do motor, sabendo-se que n(rps) = f / P(pares de pólos), temos que 30 = 60 / 2. Então temos 2 pares de pólos ou quatro pólos.

3- Potência nominal do motor, (Pn):

A potência requerida pelo ventilador é:

Pv = 0,001 x 2 x PI x 29,7 x 320  ou

Pv = 59,7 KW

Como foi dito que o acoplamento é direto então , hac=1 então Pn = Pv / hac

Pn = 59,7 / 1 ou

Pn = 59,7 KW

Para expressar em CV basta dividir por 0,736, então, 59,7 / 0,736 = 81,2 CV

No catálogo de motores a potência normalizada imediatamente superior é 75KW ou 100CV,que será então a potencias a ser especificada para o motor.

4- Conjugado resistente médio (Crmed) :

Pelo gráfico, Co = 0,11.Ccn(A) = 0,11 x 320  ou

Co = 35,2Nm  ( O que cai dentro da faixa desejável que é Co = entre 10% e 20% de Ccn).

O conjugado médio é expresso pela fórmula Ccmed = [(2 x Co) +(Ccn(A))] / 3 ou

[(2 x 35,2) +320)]/3  ou

Ccmed = 130,1 Nm

Como o acoplamento é direto sendo R=1, então: Crmed = R x Ccmed ou

Crmed = 130,1 Nm.

5- Conjugado motor médio  (Cmmed):

Verifica-se no catálogo de motores que para um motor de 100 CV:

Cn = 40 Kgf, Cp/Cn = 3,0 e  Cmax/Cn = 3,0.

O conjugado médio é expresso pela fórmula:

Cmmed  = 0,45 x (Cp/Cn + Cmax/Cn) x Cn x 9,91 o que leva a:

Cmmed = 0,45 x (3,0+3,0) x 40 x 9,81 ou

Ccmed = 1059,5 Nm

6- Tempo de aceleração (ta (s))

Verificando no catálogo para o caso em questão observa-se que Jm = 0,9843Kgm².

Como foi dito que o acoplamento é direto, sendo R=1:

Jce = Jc x R²  ou Jce = 20 x (1)² = 20 Kg.m²

O tempo de aceleração é dado pela fórmula:

ta = 2 x PI x n x [(Jm + Jce) / (Cmmed – Cmed) ou

ta = 2 x 3,1416 x [(0,9483 + 20) / (1059,5 – 130,1)] ou

ta = 4,2 segundos.

Observando o catálogo para o caso, verifica-se que o tempo de rotor bloqueado(trb) é de 6,0 segundos, ou seja, o valor calculado, 4,2, é 70%.

Considerando-se que o desejável é em torno de 80%, o motor escolhido para trabalhar na condição A atende plenamente a condição requerida.

Resumindo numa tabela de características temos:

Especificação do motor:

Motor trifásico de indução, rotor gaiola.

Potencia: 75 KW ou 100CV,

Polaridade: 4 Polos

Tensão 440 volts,

Freqüência:60 Hz,

Carcaça: 250 s/m (do catálogo),

Forma construtiva: B3D (Montagem horizontal caixa de ligação a direita),

Grau de proteção: IP55,

Classe de isolamento:B,

Categoria N,

Regime de serviço:S1

A posição da caixa é arbitrada como direita(D),quando não é especificada.

A condição B fica a título de exercício para o leitor.

Para que se der ao trabalho de fazer a especificação para a condição B será:

Motor trifásico de indução, rotor gaiola.

Potencia: 55 KW ou 75CV,

Polaridade: 4 Polos

Tensão 440 volts,

Freqüência:60 Hz,

Carcaça: 225 s/m (do catálogo),

Forma construtiva: B3D (Montagem horizontal caixa de ligação a direita),

Grau de proteção: IP55,

Classe de isolamento:B,

Categoria N,

Regime de serviço:S1

Se houver outras condições essas deverão ser especificadas.

Escrito por : João Roberto Vasco Gonçalves

Para algumas aplicações é importante identificar e relatar condições ambientais especiais para especificar corretamente um motor que irá trabalhar nessas áreas. Nesse artigo abordaremos essas condições.

Altitude – São consideradas condições usuais de serviço, segundo a NBR7094, altitudes não superiores a 1000m de altitude em relação ao nível do mar e o meio refrigerante o ar natural.

Acima de 1000m o ar vai ficando rarefeito e a capacidade de arrefecimento cai. Assim são necessárias algumas providências como:

Utilizar materiais isolantes de classe de isolamento superior,

Utilizar motores com o fator de serviço superior a 1,0 e trabalhar utilizando só até a potencia nominal na temperatura até 40ºC,

Reduzir a temperatura ambiente, que deve ser de 1% dos limites de elevação de temperatura para cada 100m acima da altitude de 1000m.

Por exemplo: Um motor de 160CV, isolamento classe B(elevação de temperatura máxima=80), não confundir dom a da classe de isolamento, trabalhando a 1500m de altitude. Aqui a temperatura de trabalho de 40ºC deverá ser reduzida de 5% da elevação máxima de temperatura, ou 0,05 x 80 = 4. Assim a temperatura ambiente tem que ser levada a 40 – 4 = 36ºC.

Temperatura ambiente – A temperatura ambiente é igualmente importante, pois a uma temperatura muito alta o isolamento começa a degradar causando problemas futuros.

Na temperatura muito baixa, ocorrem condensação da umidade exigindo a utilização de drenos e resistências de aquecimento para períodos fora de uso. Alem disso pode ocorrer o endurecimento da graxa, exigindo lubrificantes especiais, anti-congelantes.

Para o caso de redução de potencia útil do motor em função da altitude e temperatura, há uma tabela indicando um fator de redução para cada altitude e temperatura, ver abaixo.

Por exemplo, um motor de 100 CV, trabalhando a 50ºC a 3500m de altitude deverá ter sua de potencia útil reduzida para 100 x 0,80 = 80 CV.

Ambientes agressivos -  Em ambientes como os navais, industrias químicas, petroquímicas etc, há uma exigência de motores com características de fabricação especiais, quanto a qualidade dos componentes e os processos de fabricação e montagem. Como impregnação dupla para os enrolamentos, pinturas externas e internas resistentes ao ambiente, placas de identificação em aço inox e muitos outros detalhes.

Ambientes contendo poeiras e fibras – Nesse caso, para se avaliar um motor apropriado deve-se anotar o tamanho e quantidade existentes em suspensão no ar. Isso porque essas impurezas em grande quantidade pode se depositar nas aletas de ventilação, atuando como isolante térmico e prejudicando o arrefecimento. Podem também obstruir a ventilação. Quantidade é muito grande e existe constantemente, um plano de limpeza periódica dos filtros deve ser estabelecido e executado com a freqüência correspondente as impurezas existentes. As medidas de contenção são: Utilizar motor sem ventilação ou utilizar dutos de ventilação, com vazão de ar correspondente ao deslocado pela ventoinha do motor, alem de filtros.

Ambientes perigosos – Atmosferas explosivas, que contenham grande quantidade de gases ou vapores inflamáveis ou fibras ou pó inflamável exigem motor específico para essa utilização. Um estudo específico dessas áreas está no artigo sobre isso.

Graus de proteção – referem-se aos tipos de agentes que seus invólucros podem suportar. Ver tabela abaixo conforme NBR6146:

Uma boa escolha que geralmente é feita é especificar na maioria dos casos uma proteção IP55 que cobre quase a totalidade dos casos e é facilmente encontrado no mercado sendo artigo comum de prateleiras.

Fontes:

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

WEG motores.

                                                                       Roberto Vasco – 03/08/2007

A tabela abaixo mostra exatamente essa idéia:

Equipamentos para área de risco:

No quadro abaixo está a seleção dos equipamentos para as áreas classificadas conforme IEC79.14 e VDE0165:

De acordo com a NEC a relação dos equipamentos é conforme tabela abaixo:

.

Equipamentos de segurança aumentada, Proteção E(x)e

É o equipamento elétrico que sob condições de operação não produz arcos, faíscas ou aquecimento suficiente para causar a ignição de atmosfera explosiva para o qual foi projetado.

Equipamentos com invólucros a prova de explosão,E(x)d:

È um tipo de proteção em que as partes que podem inflamar uma atmosfera explosiva, fica confinado num ambiente , capaz de suportar a explosão e de não transmitir ao meio externo onde haja outra atmosfera explosiva.

O momento de inércia é a resistência que um corpo oferece a mudança de seu movimento de rotação em torno de um eixo. Depende desse eixo, da forma do corpo e de como a massa está distribuída em torno desse. Sua unidade de medida é o KG.m².

O momento de inércia é uma característica fundamental para verificar através do tempo de aceleração, se um motor consegue acionar uma carga, atendendo a estabilidade térmica do material isolante.

O momento de inércia total é a soma do momento de inércia do motor mais o da carga:

Jt = Jm + Jc.

Quando a carga tiver uma rotação diferente do motor, por estar a ele acoplada por correias ou engrenagens, deve-se fazer referência para a velocidade no eixo do motor.

Figura 1 – Momento de inércia em rotações diferentes:

Jce = Jc / (Nc/Nn)² Kg.m²

Figura 2 – Momento de inércia em velocidades diferentes

Jce = Jc (Nc/Nn)² + J1(N1/Nn)² + J2(N2/Nn)² + J3(N3/Nn)²

Onde:

Jce: Momento de inércia da carga referido ao eixo do motor.

Jc : Momento de inércia da carga.

Nc: Rotação da Carga.

Nn: Rotação do eixo do motor

Nesse caso , Jt = Jm + Jce

A inércia total é muito importante para determinar o tempo de aceleração.

Tempo de aceleração:

É necessário para determinar se um motor consegue acionar uma carga ou para dimensionar um sistema de partida.

O tempo de aceleração pode ser determinado de maneira aproximada pelo conjugado médio de aceleração:

ta = 2.PI.rps.J1 / Ca = 2.PI.rps.(Jm+Jce) / (Cmmed – Cmed)

onde:

ta: tempo de aceleração em segundos

Jt: momento de inércia total em Kg.m²

rps: Rotação nominal em rotações por segundo

Cmmed: Conjugado médio de aceleração do motor em Nm.

Cmed: Conjugado médio de aceleração da carga em Nm.

Jm: Momento de inércia do motor.

Jce: Momento de inércia da carga referida ao eixo do motor.

Ca : conjugado médio de aceleração da carga

O conjugado médio de aceleração pode ser obtido pela diferença entre o conjugado motor e o conjugado da carga. No entanto é possível e suficiente que se obtenha de forma gráfica, ver figura 3, onde é média do conjugado motor menos a média dos conjugado da carga, ou seja a soma das áreas A1 e A2 é igual a área A3 e a área b1 é igual a área B2.

Escrito por : João Roberto Vasco Gonçalves

Forma construtiva:

Esses dados dizem respeito a posição de instalação do motor conforme elucida a tabela acima. Isso é padronizado e seguido por todos os fabricantes.

Classes de Isolamento. Dizem respeito a temperatura máxima que os materiais isolantes podem suportar. Isso também é regido pelas normas ABNT

Grau de proteção:

Dizem respeito as condições ambientais que os motores podem trabalhar, conforme normas

Categorias: Dizem respeito conjugado , as correntes e o escorregamento que definem as características de partida e regime.

Modelo ou carcaça: diz respeito ao desenho mecânico da carcaça do motor com todos os dados dimensionais e define o seu tamanho. São representados por siglas alfanuméricas:

63, 71, 80, 90S, 90L, 100L, 112M, 132S, 132M, 160M, 160L, 200M, 200L, …350M/L.

Polaridade: diz respeito ao número de pólos e por conseqüência a velocidade do motor para uma determinada freqüência. São comumente encontrados com 2, 4, 6 e 8 pólos. A velocidade síncrona correspondente, numa freqüência de 60 Hz é respectivamente: 3600, 1800, 1200 e 900 rpm. No entanto a velocidade no eixo da máquina é um pouco menor devido ao escorregamento.

Potência: corresponde a potência que o motor é capaz de entregar na ponta do eixo em condições normais sem aquecimento exagerado. É claro que devido ao rendimento ser sempre menor do que a unidade, o motor não consegue transformar toda a energia elétrica em energia mecânica, então a potência na rede é sempre maior do que a fornecida no eixo.

Rendimento: É a relação entre a Potência útil na ponta do eixo e a potência absorvida da rede. Conforme já vimos em artigo anterior.

Tensão e freqüência: São a tensão e a freqüência da rede onde o motor vai trabalhar.

Corrente nominal: É a intensidade de corrente para cada tensão e tipo de ligação das bobinas do motor, que o motor apresenta quando está a plena carga e a velocidade plena.

Ip/In: É a relação entre a corrente de partida e a corrente nominal.

Fator de serviço: è um fator que indica o percentual de sobrecarga que o motor pode suportar se danos. É uma reserva de potência.

Fator de potência: É a relação entre a potencia ativa e a potência aparente. Um fator de potência mais alto indica que se está aproveitando melhor a energia. È característico de cada motor. Nos últimos tempos vem se trabalhando para fabricar motores e outros equipamentos com fator de potencia mais alto.

Regime: é o grau de carga que o motor é submetido. Os motores normais são projetados para o regime contínuo.

Escrito por : João Roberto Vasco Gonçalves

De acordo com essas premissas, o motor deve ser capaz de:

-         Acelerar a carga em tempo suficientemente curto para que o aquecimento não venha a danificar os materiais isolantes.

-         Funcionar no regime especificado sem que a temperatura de sua diversas partes ultrapasse a classe do isolamento ou que contaminantes ambientais o destruam.

-         Funcionar com valores de rendimento e fator de potência dentro da faixa para o qual foi projetado.

Para a correta especificação, são necessários, no ato da consulta as seguintes informações:

Com essas informações e estudos criteriosos teremos um motor corretamente especificado para se adequar ao serviço e a carga a ser acionada.

Fonte: WEG

Escrito por : João Roberto Vasco Gonçalves

Antes, vamos conceituar rendimento e apresentar sua fórmula de cálculo.

Rendimento:

É a grandeza que define a eficiência com que a energia elétrica é transformada em energia mecânica.

O motor elétrico absorve energia elétrica da linha de alimentação e transforma em energia mecânica..

Seu cálculo é :

h = Pu(W) / Pa(W)

ou 736 x P(CV / Raiz3 x V x I x Cosj

ou 1000 x P(KW) / Raiz3 x V x I x Cosj ou

h% = 736 x P(CV) / Raiz3 x V x I x Cosj x 100

onde:

Pu é a potência disponível no eixo,

Pa é a potência absorvida da rede,

V é a tensão,

I é a corrente,

Raiz3 é a raiz cúbica.,

cosj é o fator de potência.

Relação entre conjugado e potência.

Quando a energia mecânica é aplicada sob a forma de movimento rotativo, a potência desenvolvida depende do conjugado (C) e da velocidade de rotação (n). As fórmulas que relacionam são:

P (CV) = C(Kgfm) x n (rpm) / 716 = C(Nm) x n(rpm) / 7024 ou

P(KW) = C(Kgfm) x n(rpm) / 974 = C(Nm) x n(rpm) / 9555

Inversamente:

C(Kgfm) = 716 x P(CV) / n(rpm) = 974 x P(KW) / n(rpm) ou

C(Nm) = 7024 x P(CV) / n(rpm) = 9555 x P(KW) / n(rpm)

Fonte: WEG

Escrito por : João Roberto Vasco Gonçalves.

Nos assuntos anteriores mencionamos várias vezes a palavra conjugado e definimos com simples palavras, No artigo de hoje vamos ter uma idéia mais palpável sobre conjugado e também potência e energia.

O exemplo prático mais comum é aquele do balde de tirar água do poço, acionado por uma manivela, como esquematiza a figura abaixo:

A força F necessária para içar o balde depende do comprimento da manivela. Quanto maior , menor a força. No exemplo em questão o diâmetro do tambor é de 0,20 m e o peso do balde com carga é de 20 N. então o peso está aplicado a 0,10 m. Assim a força x distância da manivela, deverá ser equilibrada pelo peso vezes o raio do tambor (20N x 0,10m = 2,0 N.m). Abaixo as relações de força aplicada para comprimentos de manivela:

Força (F) distância (d)

5 N 0,40 m

10 N 0,20 m

20 N 0,10 m

A equação: C = F.d , representa bem o exposto.

Agora vamos dar um outro conceito bem diferente desse, que é a energia mecânica. Apesar de ter a mesma medida do torque ou conjugado, ESSES CONCEITOS NUNCA DEVERÃO SER CONFUNDIDOS.

Potência e energia mecânica:

A potência mede em quanto tempo a energia é aplicada ou consumida. No exemplo anterior, se o poço tem 24,5 m, a energia despendida para içar o balde é sempre a mesma ou seja: 20 N x 24,5 m = 490 N.m., que é então representado pela equação: W = F.d., sendo d nesse caso a profundidade do poço até a água. Notar a equivalência a seguir:

1 N.m = 1J = W.t

que se lê: 1 Newton.metro = 1 Joule(lê-se Jaule) = 1Watt.segundo

A potência é a rapidez com que a energia é aplicada e se calcula dividindo-se a energia ou trabalho total pelo tempo gasto para realiza-lo.

Assim, se for usado um motor capaz de elevar o balde em 2 segundos, a potência será:

P1 = 490 / 2 = 245W.

Se esse tempo fosse de 1,3 segundos a potencia seria:

P2 = 490 / 1,3 = 377W.

Para representar essa mesma medida em CV(cavalo Vapor) ou HP(Horse Power) devemos dividir respectivamente por 736 e 746, porque 1 Cv = 736 Watts, ou 0,736 KiloWatts e 1 HP = 746 watts, ou 0,746 KiloWatts.

Assim:

P1 = 245 / 736 = 1/3 CV e P2 = 377 / 736 = ½ CV.

No exemplo foi usado a profundidade de 24,5m para o calculo final cair em um valor comercial de motor. Quando usado um número aleatório, toma-se o valor final do cálculo e utiliza o número imediatamente superior na tabela de motores.

Escrito por : João Roberto Vasco Gonçalves.

O motor de indução tem conjugado igual a zero, à velocidade síncrona. Como já foi mencionado, conjugado ou torque é aquele esforço de torção no eixo do motor que pode ser expresso em N.m ou percentual em relação ao valor nominal deste.

A medida que a carga vai aumentando, a velocidade do motor vai caindo gradativamente, até o ponto em que o conjugado atinge um valor máximo em relação ao que pode dar na rotação nominal.

Se o conjugado da carga aumentar mais a velocidade do motor cai bruscamente, podendo travar o motor. A curva a seguir expressa esse comportamento:

Co – Conjugado básico. É calculado em função da potência e da velocidade síncrona:

Co = 716 x P(CV) / ns(rpm) ou 974 x P(KW) / ns(rpm)

Cn – Conjugado nominal ou de plena carga

Cp – Conjugado com rotor bloqueado ou de partida ou conjugado de arranque – é o conjugado mínimo desenvolvido pelo rotor bloqueado para todas as posições do rotor sobre tensão e freqüências nominais.

O conjugado pode ser expresso em N.m ou em % em relação ao conjugado nominal:

Cp = Cp(Nm) / Cn(Nm) x 100 (%).

Cmin – Conjugado mínimo é o menor conjugado produzido pelo motor desde a partida até o ponto de início do conjugado máximo.

Cmax, – é o maior conjugado desenvolvido pelo motor sob tensão e freqüência nominal sem queda brusca de velocidade.

Tudo isso é regido pela NBR7094 da ABNT.

Outras considerações a respeito de motores são:

O motor deve conseguir vencer picos de carga sem grandes dificuldades como ocorre em equipamentos como britadores e calandras.

O motor não deve perder bruscamente a velocidade(arriar) quando houver quedas de tensão momentaneamente e excessivas.

Os motores são oferecidos ao mercado nas categorias, N, H e D, de torque x velocidade. A tabela abaixo mostra.

A figura a seguir mostra uma comparação dessas categorias de conjugado x velocidade.

Ainda temos as características:

- NY que são motores de categorias como a N porem preparadas para partida Y/D,

- HY que são motores de categorias como a H porem preparadas para partida Y/D,

Fonte: WEG

Escrito por: João Roberto Vasco Gonçalves.

Primeiramente os motores nessa situação são próprios para trabalhar com diversas causas e velocidades. Assim o regime de funcionamento geralmente é o S9. Em artigos posteriores falaremos sobre regimes.

Quanto as condições usuais de serviço, sempre que ocorrerem situações que requeiram modificação na construção dos motores o fabricante desse deve ser consultado. Um exemplo dessas condições são: a- atmosferas agressivas ou áreas classificadas, que em outro artigo poderemos falar sobre elas.

b-Funcionamento em que: 1-Há uma excessiva relação V/F na partida, 2-Baixos níveis de ruídos sejam requeridos, 3-A tensão na rede é desbalanceada em mais de 1 %.

c-funcionamento em velocidades acima da máxima definida por considerações mecânicas. d- Funcionamento em salas com pouca ventilação ou posições muito inclinadas.

e- Funcionamentos sujeitos a impactos torcionais provocados pela carga ou sobrecargas anormais repetitivas.

Quanto ao desempenho dos motores, esses são afetados pelas características de desempenho dos inversores e pelas condições de operação de carga. Vamos considerar aqui a influência da harmônicas de tensão do inversor e as influências da velocidade de rotação sobre o motor.

As harmônicas influenciam o comportamento térmico, o rendimento, os critérios para a correção do fator de potência, o ruído sonoro de origem magnética e a geração de corrente pelo eixo do motor.

A variação de rotação influencia o comportamento térmico para motores auto-ventilados, o rendimento e o ruído sonoro produzido pelo ventilador.

As tensões harmônicas aplicadas em um motor de indução trifásico, produzem correntes Harmônicas que provocam perdas por efeito Joule(aquecimento) no bobinado do estator, tendendo a aumentar a temperatura de estabilização térmica fazendo cair o rendimento.

O sobre aquecimento pode ser evitado de dois modos: reduzir o torque nominal caso isso seja exeqüível ou superdimensional o motor. Claro que o comportamento térmico é diferente para cada tipo de motor e inversor. A figura 1 relaciona o fator de redução de torque com o fator de harmônicos de tensão.

A respeito do rendimento podemos dizer que este diminui devido ao aumento das perdas causadas pelas correntes Harmônicas. È possível obter o novo rendimento através da formula a seguir: h_c = (DFH²) / (1/h) + DFH² – 1 ,

Onde :

h= Rendimento do motor, sem conteúdo harmônico, h_c = rendimento do motor alimentado pelo inversor e DFH + Fator de redução de torque em função do conteúdo harmônico.

Para contornar os efeitos da temperatura quando o motor tem que funcionar em baixas velocidades, é possível utilizar um motor especial, com ventilação forçada ou construir um sistema de refrigeração auxiliar.

Quanto ao isolamento, esse é um item especialmente quando se fala de motor alimentado com inversor. Os altos picos de tensão provocados pela rapidez do crescimento dos pulsos gerados pelo inversor e também a alta freqüência que estes pulsos são produzidos podem romper a integridade dielétrica“furar o isolamento” dos fios do bobinado, pois o memo isolamento do fio que funcionava bem num motor alimentado sem inversor não tem o mesmo desempenho para motores por ele. Existem mores especiais para serem usados com inversores, que são os chamados inverter duty.

Quanto a degradação térmica já comentada, o isolamento pode ter em muito a sua vida útil diminuída se submetido a altas temperaturas.

Para fechar, falando-se sobre a vida útil dos bobinados, esses podem ser afetados por picos de tensão, sobrecorrentes, sobrecargas, umidade, atmosferas agressivas, ou esforços mecânicos internos por exposição a picos de carga.

Fonte : WEG

Escrito por : João Roberto Vasco Gonçalves

Conforme já foi dito anteriormente a velocidade pode ser expressa pela fórmula:

N = 120 x f x (1-s) / p.

O inversor de freqüência é um equipamento que pode oferecer uma freqüência variável se for comandado para isso.

Assim é possível manter contínua a relação conjugado x velocidade na maior parte da faixa.

O funcionamento do inversor pode ser expresso por duas fórmulas:

C = F_m x I _{2 e} F_{m =} V_{1 /} f _{1 ,} onde: C=conjugado, F=Fluxo, I ₂=corrente rotórica, V₁=tensão estatórica e f ₁=Freqüência estatórica.

Pelas equações acima, para manter o torque, ou conjugado C, constante, deve-se manter o fluxo constante. Assim a tensão tem que variar ao mesmo tempo que a freqüência.

A variação é feita segundo uma rampa cuja inclinação pode ser definida mediante comando.

Na verdade o torque só é constante numa faixa determinada. Abaixo de 30 Hz o torque, por questões de características magnéticas do núcleo o torque fica menor que o nominal. Também acima dos 60 Hz o torque começa a cair porque quando chega a tensão nominal essa não deve mais subir e assim o aumento da velocidade se verifica com o aumento da freqüência e assim o fluxo cai e o torque também. Essa região da curva é conhecida como de enfraquecimento de campo. A figura a seguir mostra esses efeitos:

Assim podemos ver que entre 30 e 60 Hz o torque ou conjugado é constante.

Na figura seguinte está representado o comportamento da potência em relação a velocidade.

É possível verificar aí que a potência vai aumentando conforme a velocidade aumenta até que na velocidade nominal a potência é nominal. Depois disso, permanece constante.

Constituição básica. O inversor é constituído basicamente de uma ponte retificadora trifásica de onda completa, um filtro capacitivo constituído de um banco de capacitores e um circuito inversor em forma de ponte trifásica constituída de tiristores ou transistores. A ponte retificadora transforma a tensão alternada em contínua que é entregue a um filtro e depois a um inversor que produz uma tensão alternada numa freqüência cujo valor pode variar mediante comando. Ver desenho a seguir.

Aqui o bloco do circuito de controle não foi representado.

Existem muitas considerações a serem feitas sobre o comportamento dos motores com inversores, mas isso será apreciado em artigos posteriores.

• Fonte : WEG

Escrito por : João Roberto Vasco Gonçalves

Isso é decorrente da relação entre freqüência, numero de pólos e escorregamento, expressa pela fórmula: n = ( 2/2p) x f x 60 x (1-s), onde n = velocidade em rpm; f = freqüência em Hz; p = numero de pólos e s = escorregamento.

A variação do número de pólos se consegue de três formas: Enrolamentos separados no estator, Um enrolamento com comutação de pólos e combinação desses dois casos. Nos três casos a regulação de velocidade é discreta e sem perdas, no entanto a carcaça deve ser maior que a de um motor de velocidade única.

No caso de enrolamentos separados pode-se combinar enrolamentos com qualquer numero de pólos. Mas tudo fica limitado ao dimensionamento eletromagnético do núcleo( rotor e estator).

O caso de motor de duas velocidades com enrolamento por comutação de pólos é o que foi discutido no artigo anterior (motor Dahlander).

Na combinação dos casos anteriores pode ser obtida mais de duas velocidades. Esse tipo é muito raro de ser encontrado. Só em aplicações muito especiais.

Variação de escorregamento: Aqui a velocidade do campo girante é mantida e a velocidade do rotor é alterada de três modos diferentes: Variação da resistência rotórica, variação da tensão do estator ou a variação simultânea dessas.

Para variar a resistência rotórica é necessário utilizar motor de anéis. Inserindo-se uma resistência em série com o rotor faz com que aumente o escorregamento (s), diminuindo a velocidade.

A formula a seguir exprime essa relação:

S = (3RI²) / (w.T) = P/ (w.T)

Onde:

P= Perdas Rotóricas (W); w= Rotação síncrona em rd/s; T= Torque ou conjugado do motor(N.m); R= Resistência rotórica em ohms e I= Corrente rotórica em Amperes.

A figura a seguir, conjugado x resistência rotórica, mostra o comportamento do motor com o aumento da dessa resistência.

A variação da tensão no estator é muito pouco utilizada, até porque causa perdas rotóricas e a variação de velocidade é pequena.

A ultima situação que comentamos é a variação da tensão e da freqüência simultaneamente, utilizando inversores de freqüência. Mas isso é assunto para outro artigo.

Escrito por : João Roberto Vasco Gonçalves

Vamos considerar dois casos, quando a corrente é mais alta que a maior faixa dos reles térmicos ou quando por questões de espaço ou estética prefere-se usar um rele de pequeno porte. Também pode acontecer da tensão de alimentação do motor ser muito alta e devido ao nível de isolação o térmico não poder ser conectado diretamente às fases. Nesses casos o mesmo deve ser ligado através de TC (Transformador de corrente).

No primeiro desenho vemos um térmico ligado direto no circuito do motor trifásico, no segundo, ligado através de TC.

A proteção da sobrecarga pode também ser realizada por um relé eletrônico, que da mesma forma que esse, recebe o sinal do TC.

Seu princípio de funcionamento é baseado num dispositivo bimetálico, onde duas lâminas de metais de coeficientes de dilatação diferentes são afixadas geralmente por um processo de soldagem. Essas são isoladas e por sobre as mesmas montado um resistor que aquece ao ser percorrido pela corrente elétrica, que é a mesma que aciona o motor.

Pelo efeito do aquecimento e devido a dilatação ser diferente, uma lâmina fica com o comprimento maior que a outra e há uma deformação (o conjunto entorta). Essa deformação serve então para empurrar uma haste chamada de piloto, que por sua vez aciona um contato elétrico. Quando o sistema é trifásico existem três conjuntos desse montados num mesmo invólucro e atuam sobre um único piloto de forma que qualquer das três fases que apresentar sobre-corrente, pode fazer acionar o contato elétrico de comando, que é único, embora possam haver dois conjuntos de contatos(comum, normal aberto e normal fechado).

Existem muitos fabricantes no mercado e várias faixas de ajuste de corrente.

Alem disso os relés térmicos possuem curvas características que relacionam os múltiplos da corrente de ajuste e o tempo de desarme, alem de ter curvas a frio, tendo a temperatura ambiente sem carga como referencia e curvas a quente, com as lâminas aquecidas com a corrente de ajuste, como mostrada na figura 2 .

Na figura 1 a seguir está o símbolo de um relé térmico trifásico, com contatos de comando: Comum, Aberto e fechado.

Os vários fabricantes que comercializam esses produtos colocam a opção de rearme automático e manual. No rearme automático o contato retorna a posição inicial tão logo ocorra o resfriamento.

No rearme manual, mesmo depois de resfriado é necessário que seja apertado um botão situado na parte frontal do relé, para esta finalidade.

Na figura 2, a seguir está a curva de ajuste, conforme comentado.

De acordo com a curva, com 1,5 x a corrente de ajuste o relé desarmaria com 200 s, na curva a quente com a mesma corrente o desarme ocorre com 50 s. Ou seja, a cada vez que se rearma após uma sobrecarga que permanece, o rele desarma cada vez mais cedo. Isso serve para proteger o motor de partidas sucessivas com sobrecarga, ainda mais que o calor é cumulativo na carcaça do motor.

Escrito por : João Roberto Vasco Gonçalves

Outra forma de comandar é fazer os capacitores serem ligados em paralelo com os motores, não esquecendo nesses casos de recalcular a atuação das proteções elétricas em função da corrente compensada.

De preferência o controle deve ser feito por um sistema automático, gerenciado por um computador com programas aplicativos específicos para isso, que ao mesmo tempo controla a demanda e o fator de potência, desligando cargas eleitas pelo usuário para manter a demanda no limite definido e ligando ou desligando capacitores conforme seja necessário para manter o fator de potencia igual ou maior a 0,92.

Abaixo, algumas considerações sobre cálculos:
Como já foi abordado um sistema de potências pode ser representado por um triangulo, onde a potência aparente é a hipotenusa , a potência ativa o cateto adjacente e a potência reativa o cateto oposto.

Se chamarmos a potencia ativa de P , a reativa de Q , a aparente de S e  o ângulo entre a potencia aparente e a ativa, podemos expressar que Q = P x tg(teta).

Agora, consideremos que tenhamos um Q1, dado em KVAR indutivo de tamanho tal que o ângulo esteja grande o suficiente para causar um baixo fator de potência. Para corrigir, conforme já foi falado deve-se aplicar a instalação Um Q2, KVAR capacitivo, que para efeito de análise fica oposto ao Q1 existente, subtraindo-se deste.

É claro que conforme foi mencionado tudo deve ser feito automaticamente por um sistema medidor e gerenciador
.
Cálculos do controlador: O controlador faz constantemente vários cálculos que permitem alcançar valores de demanda e fator de potência, a cada intervalo de integração, dentro dos limites estabelecidos pela legislação em vigor, sem desligar inutilmente as cargas, sem sobrecarregar os capacitores, e sem prejudicar a produção.

Os cálculos são feitos da seguinte forma:

“A concessionária registra a DEMANDA ATIVA consumida a cada 15 minutos, o chamado intervalo de integração e também a DEMANDA REATIVA a cada 15 minutos, e com base nestes valores, calcula o FATOR DE POTÊNCIA médio da instalação em cada intervalo de uma HORA, ao longo do mês.

A forma como é feita essa medição é assim:

Entrada de Dados: Os pulsos emitidos pelo medidor REP, utilizado pela concessionária para fazer os registros que servirão ao faturamento de sua energia, são os mesmos que o controlador utiliza para fazer cálculos e controles. Isto torna o controle 100% compatível com a sua medição. Estes pulsos são recebidos pela placa de interface do sistema, especialmente desenhada para este fim.

Atuação do controlador: O controlador atua sobre as cargas e sobre os capacitores obedecendo aos critérios definidos pelo usuário, e garante que a demanda e o fator de potência alcançados no final de cada intervalo estarão dentro do limites prefixados.”

Mantendo o fator de potência conforme conforme determinado pela legislação evita-se gastar muito dinheiro com as multas, alem de contribuir para a melhoria na utilização da energia elétrica.

Escrito por : João Roberto Vasco Gonçalves.

O Fator de Carga é um índice que permite verificar o quanto que a energia elétrica é utilizada de forma racional.

É a razão entre a demanda média, durante um determinado intervalo de tempo, e a demanda máxima registrada no mesmo período.

O fator de carga varia de 0 a 1, e, quanto maior este índice, mais adequado e racional é o uso da eletricidade.

Fc = Dméd (kW ou kVA) / Dmáx (kW ou kVA)

ou

Fc = kWh / kW x nº Horas

Deve-se sempre buscar a melhoria do fator de carga. Isso pode ser feito de duas formas:

- conservar o consumo e reduzir a demanda, ou

- aumentar o consumo e manter a demanda.

Os programas de conservação de energia desenvolvidos pela AES Eletropaulo focam na combinação otimizada destas alternativas ou seja, a manutenção da quantidade de produto fabricado pela empresa – manutenção do consumo útil (kWh) – porém com efetiva redução de picos de demanda (kW) deslocando a operação de certas máquinas para outros intervalos de baixo consumo na curva de carga da instalação e na otimização dos sistemas de iluminação e refrigeração do sistema – reduzindo o consumo não operacional ou reativo (kWh ou kvarh).

Fórmulas para o cálculo:

Fator de carga convencional:

Fc = consumo mensal (KWh) / demanda (KW) x 730 h

Fator de carga Horo-sazonal:

- Fator de carga THS 65 h

FCP = Consumo mensal de ponta (KWh) / Demanda de ponta (KW) x 65 h

- Fator de carga THS fora de ponta: 665 h

FCFP = consumo mensal fora de ponta(KWh) / Demanda fora de ponta(KWh) x 665h

Veja gráfico abaixo para analisar melhor :

MELHORAR O FATOR DE CARGA, SIGNIFICA CONTRIBUIR PARA A ESTABILIDADE DO FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA.

Roberto Vasco, 21/06/2007

Fonte: http://www.eletropaulo.com.br/portal/page

“Demanda é o consumo de energia da sua instalação dividido pelo tempo em que o mesmo foi registrado.

Para faturamento de energia pela concessionária, se utilizam intervalos de integração de 15 minutos. Assim, a sua demanda de energia (medida em kW), é igual ao consumo a cada 15 minutos (medido em kWh) dividido por 0,25 (15 minutos é igual a 0,25 da hora). Em um mês, ocorrem quase 3000 desses intervalos. Assim, a sua demanda será medida quase 3000 vezes ao longo do mês.

A concessionária de energia elétrica escolherá o valor mais alto, ainda que tenha ocorrido apenas uma única vez”.

A cobrança é sempre em função da demanda contratada e o consumo. Quando se contrata uma demanda, na verdade se está solicitando que a empresa fornecedora disponibilize uma determinada quantidade de energia para ser consumida. Como existem períodos do dia onde o consumo é maior e outros menor, nos períodos de maior consumo a energia fica mais cara. Há basicamente três tipos de tarifação: Convenciona, horo-sazonal azul e horo-sazonal verde. Se sua empresa estiver enquadrada na tarifa horo-sazonal azul, terá uma demanda registrada para o horário fora de ponta, e outra demanda registrada para o horário de ponta. Estes valores, quando elevados, podem ocasionar pesados acréscimos à sua fatura de energia.

Alem disso devemos lembrar que a maior parte da energia gerada vem de hidrelétricas. Assim, nos períodos úmidos, quando ocorrem mais chuvas, meses de dezembro, janeiro fevereiro março e abril a energia fica mais barata que nos períodos secos, quando ocorrem a escassez de chuva, meses de junho a novembro.

Assim, para o faturamento do consumo, acumula-se o total de kWh consumidos em cada período: fora de ponta seca ou fora de ponta úmida, e ponta seca ou ponta úmida. Para cada um destes períodos, aplica-se uma tarifa de consumo diferenciada, e o total é a parcela de faturamento de consumo.

Alem disso devemos lembrar que a energia elétrica é cobrada segundo o enquadramento tarifário, podendo os consumidores estarem nos grupos A ou B.

Grupo A: Engloba os consumidores que recebem energia em tensões acima de 220V. Possui três tipos de tarifação: convencional, horo-sazonal azul e horo-sazonal verde. Nesta categoria, os consumidores pagam pelo consumo, pela demanda e por baixo fator de potência.

Grupo B: Engloba os demais consumidores, divididos em três tipos de tarifação: residencial, comercial e rural. Neste grupo, os consumidores pagam apenas pelo consumo medido.

A maioria das pequenas e médias empresas (industriais ou comerciais) brasileiras se encaixa no Grupo A, onde são cobrados pelo consumo, pela demanda e por baixo fator de potência. Estes consumidores podem ser enquadrados na tarifação convencional, ou na tarifação horo-sazonal (azul ou verde).

Os custos por kWh são mais baixos nas tarifas horo-sazonais, mas as multas por ultrapassagem são mais pesadas. Assim, para a escolha do melhor enquadramento tarifário (quando facultado ao cliente) é necessária uma avaliação específica.

Tarifação:

Na tarifação convencional, o consumidor paga à concessionária até três parcelas: consumo, demanda e ajuste de fator de potência. O faturamento do consumo é igual ao de nossas casas, sem a divisão do dia em horário de ponta e fora de ponta. Acumula-se o total de kWh consumidos, e aplica-se uma tarifa de consumo para chegar-se à parcela de faturamento de consumo.

Na tarifação horo-sazonal (azul ou verde), os dias são divididos em períodos fora de ponta e de ponta, para faturamento de demanda, e em horário capacitivo e o restante, para faturamento de fator de potência. Além disto, o ano é dividido em um período seco e outro período úmido.

Assim, para o faturamento do consumo, acumula-se o total de kWh consumidos em cada período: fora de ponta seca ou fora de ponta úmida, e ponta seca ou ponta úmida. Para cada um destes períodos, aplica-se uma tarifa de consumo diferenciada, e o total é a parcela de faturamento de consumo. Evidentemente, as tarifas de consumo nos períodos secos são mais caras que nos períodos úmidos, e no horário de ponta é mais cara que no horário fora de ponta, conforme já foi dito.

Na tarifação horo-sazonal azul, o faturamento da parcela de demanda será igualmente composto por parcelas relativas à cada período: fora de ponta seca ou fora de ponta úmida, e ponta seca ou ponta úmida. Para cada período, o cálculo será o seguinte:

Caso 1 – Demanda registrada inferior à demanda contratada. Aplica-se a tarifa de demanda correspondente à demanda contratada.

Caso 2 – Demanda registrada superior à demanda contratada, mas dentro da tolerância de ultrapassagem**. Aplica-se a tarifa de demanda correspondente à demanda registrada.

Caso 3 – Demanda registrada superior à demanda contratada e acima da tolerância**. Aplica-se a tarifa de demanda correspondente à demanda contratada, e soma-se a isso a aplicação da tarifa de ultrapassagem correspondente à diferença entre a demanda registrada e a demanda contratada. Ou seja: paga-se tarifa normal pelo contratado, e tarifa de ultrapassagem sobre todo o excedente.

Na tarifa verde, o consumidor contrata apenas dois valores de demanda, um para o período úmido e outro para o período seco. Não existe contrato diferenciado de demanda no horário de ponta, como na tarifa azul. Assim, o faturamento da parcela de demanda será composto uma por parcela apenas, relativa ao período seco ou ao período úmido, usando o mesmo critério acima.

Para o cálculo da parcela de ajuste de fator de potência, o dia é dividido em três partes: horário capacitivo, horário de ponta, e o restante. Se o fator de potência do consumidor, registrado de hora em hora ao longo do mês, estiver fora dos limites estipulados pela legislação, haverá cobrança por baixo fator de potência. Se o fator de potência do consumidor estiver dentro dos limites pré-estabelecidos, esta parcela não é cobrada.

**Observações: A tolerância de ultrapassagem, dada aos consumidores das tarifas horo-sazonais para fins de faturamento de demanda, é de:

- 5% para os consumidores atendidos em tensão igual ou superior a 69 kV.

- 10% para os consumidores atendidos em tensão inferior a 69 kV (a grande maioria).

Pelo exposto acima fica fácil entender como se pode perder muito dinheiro pelo mau uso da energia elétrica.

Evidentemente que as empresas tem características próprias, com problemas inerentes as suas condições operacionais e mediante estudos, adotam as soluções mais viáveis. Algumas preferem utilizar geradores próprios nos horários de ponta, outras investem em sistemas de controle de demanda e de fator de potencia automatizados. Nessa filosofia, elegem as cargas prioritárias para o horário de ponta e as excedentes são desligadas automaticamente ou pelo operador conforme sinalização de aviso do sistema. Quanto ao fator de potência o sistema insere ou retira capacitores comandados pelo valor do mesmo.

Exemplo de faturamento da demanda:

A demanda faturada será o maior valor entre as demandas registradas (demanda faturável) e a demanda contratada.

Exemplo 1: Considerando
- Demanda Contratada Ponta – 23.000 kW
- Demanda Registrada Ponta – 22.846 kW (- 0,6 %)
Teremos:
- Demanda Faturada de Ponta – 23.000 kW

Exemplo 2:

Considerando
- Demanda Contratada Fora de Ponta – 23.000 kW
- Demanda Registrada F. Ponta Indut – 24.350 kW (+5,9 % – acima da tolerância de 5%)
- Demanda Registrada F. Ponta Capac – 23.486 kW (+2,1%)
Teremos:
- Demanda Faturada de Ponta – 23.000 kW
- Demanda Faturada Fora de Ponta – 23.000 kW (contratada)
- Ultrapassagem Demanda Fora de Ponta – 1.350 kW (registrada- contratada)

Exemplo 3:

Considerando
- Demanda Contratada Ponta – 23.000 kW
- Demanda Registrada Ponta – 23.846 kW (+ 3,7 % abaixo da tolerância 5%)
Teremos:
- Demanda Faturada de Ponta – 23.846 kW (registrada)

Fontes:

http://www.engecomp.com.br/ajuda.htm

http://www.eletropaulo.com.br/portal/page

Roberto Vasco, 20/06/2007

Algumas idéias são falsas. Por exemplo:

- Deixar motores funcionando em vazio a pretexto de não ter que dar nova partida aumentando consumo e demanda. Isso não é verdade na maioria das vezes, pois geralmente uma partida dura cerca de 10 segundos e não causaria esse tipo de problema.

Outra coisa importante de se evitar é :

- Não respeitar a capacidade térmica do motor. Um motor sub-dimensionado ou com sobrecarga apresenta aquecimento, que em ultima análise é uma perda de energia em forma de calor.

- Utilizar motores de baixo rendimento devido a sua qualidade de fabricação ou devido a outros problemas como repetidas queimas, degradação magnética do ferro e rebobinamentos. Hoje, sob estímulo da política mundial de economia de energia os fabricantes tem desenvolvido motores de alto rendimento, utilizando materiais de melhores característica de isolamento, ferro com melhores qualidades magnéticas e vários outros quesitos.

- Falhas de instalação e manutenção, propiciando o aparecimento e não descoberta de baixos isolamentos que provocam circulação indevida de corrente e aquecimentos, que representam um consumo desnecessário de energia.

- Não melhorar o fator de potência da instalação e com isso deixar que ocorram perdas. Como já foi comentado em outro artigo, as causas de um baixo fator de potência são:a) Motores e transformadores superdimensionados, b) Grande quantidade de motores de pequena potências, c) Utilização de muitas máquinas de solda, d) Utilização de muitas lâmpadas vapor de sódio, de Mercúrio e fluorescentes, sem usar reatores de alto fator de potência.

- Muitas lâmpadas acesas sem necessidade,

- Utilização de lâmpadas incandescentes, de baixa luminosidade e alta perda em calor,

- Reflexo do desperdício de água no desperdício de eletricidade por causa dos motores usados no bombeamento.

- Baixo rendimento de Bombas. Os rendimentos típicos de bombas são: a) Bombas de pistão: de 0,75 a 0,85, b) Bombas centrífugas: de 0,45 a 0,55. Aí vale lembrar que existe toma uma técnica com respeito a bombas e sua utilização. Quando um bombeamento é função de um consumo, denotado pela pressão da rede, chega-se a um ponto em que o motor fica rodando sem produzir o trabalho total que é capaz para atender a essa condição operacional. Hoje se utilizam controle de velocidade dos motores para que só rodem na velocidade necessária e desliguem quando a condição de consumo ou de operacionalidade da bomba não seja mais satisfatória.

- Baixo rendimento de ventiladores. Os rendimentos típicos de ventiladores em função da pressão são: a) 0,5 a 0,8 para a pressão maior que 400mmHg, b) 0,35 a 0,5 para a pressão entre 100 e 400 mmHg, c) 0,2 a 0,35 para a pressão menor que 100 mmHg.

- Motores e máquinas não instalados corretamente quanto a Paralelismo, alinhamento, tensão da correia de transmissão e diâmetro mínimo das polias, que causam perdas de energia. Só para se ter uma idéia das perdas por cada tipo de instalação, vejamos o resultado da pesquisa abaixo, feita pela CEMIG:

Acoplamento direto           32,3% ou 45,7% em termos de Potência

Polia e correia                   56,5% ou 46,5 em termos de Potência

Engrenagens                      7,1% ou 5,1% em termos de Potência

Outros motivos                  4,1% ou 2,7 % em termos de Potência

- Superdimensionamentos e sobrecargas, conforme mencionado no início do texto, também deve se evitado. Também para se ter uma idéia das perdas, veja a pesquisa a seguir, também da CEMIG: De 3425 motores analisados, numa potência total de 78850 Cv:

28,7 % estavam superdimensionados e

5,9 % estavam com sobrecarga.

Para dar uma idéia mais clara sobre desperdício por sobre-dimensionamento vejamos o exempla abaixo:

Se em seu equipamento uma potência de 25 CV é suficiente para que opere com segurança e sem desperdícios por sobrecarga, não há razão para que use um motor maior, pois isso acarretará perdas, conforme estudo comparativo a seguir:

Pc = Pó x 0,736 x 100 /

Para o caso de 25 CV: 25 x 0,736 x 100 /78 è Pc = 23,6 KW,

Para o caso de 100 CV: 25 x 0,736 x 100 / 89 è Pc = 20,7 KW

Energia desperdiçada: E = (23,6-20,7) x 24 x 30 x 12

E = 25.056 KWh (ano)

Multiplicando-se pelo valor em reais do KWh teremos o valor da conta em dinheiro.

Conforme se vê no exemplo acima, Os mesmos 25 CV usando um motor de 25CV ou de 100 CV, da uma boa diferença, em função do rendimento h(%), diferente para cada tipo de motor e classe de potência.

* Os valores de h(%), utilizados no cálculo foram baseados na tabela de motores WEG.

Escrito por : João Roberto Vasco Gonçalves

A ANEEL estabelece alguns indicadores de qualidade.

Continuidade de fornecimento. Isso se refere ao índice de interrupções, medidos pelos índices DIF e FIC, constantes da resolução 024/2000.

Níveis de tensão. Relaciona os índices de afundamentos(SAGs), Elevações(SWELLs) e vários outros disturbios, constantes da resolução 505/2001.
Variações de freqüência e Distorção harmônica total(THD).

Vale lembrar que alem do fornecimento de energia pelas concessionárias, temos ainda as gerações próprias, estacionárias e móveis, responsáveis por parcela significativa do total de problemas ocorridos.

Os casos de geração própria apresentam problemas relacionados a qualidade e idade dos equipamentos, apresentando dificuldades quanto aos seus mecanismos de controle e proteção em relação a sua operação e velocidade de resposta.

No caso de geradores móveis existem também as dificuldades quanto ao aterramento.

Temos que considerar ainda que grande numero de problemas tem sua origem na própria planta dos clientes.

Vamos comentar algumas variações:

Interrupções Transitórias. É quando há perda de potência durante 0,5 ciclos ou mais. Ela pode ser Momentânea se a duração é menor do que 2 segundos, Temporária se for maior que 2 segundos e menor que 1 minuto ou sustentada se for maior que 1 minuto.

Mergulho ou afundamento da tensão(SAG). É uma subtensão ou redução do valor eficaz da tensão de 10 a 90% com duração entre 0,5 ciclo e 1 minuto. Pode ser ocasionado por exemplo pela partida de motores grandes.

Salto de tensão(SWEEL).É uma sobretensão ou aumento do valor eficaz da tensão, com duração de 0,5 ciclos a 1 minuto. Pode ser ocasionada pelo desligamento de uma carga grande.

Dependendo de sua magnitude e duração pode causar problemas sérios em componentes sensíveis como capacitores e dispositivos semicondutores caso não haja ou não funcionem devidamente as proteções.

Surtos(Spikes). São transitórios de origem atmosférica(descargas elétricas).Caracteriza-se pela freqüência acima de 5 KHz, duração menor que 200 micro segundos. Podem causar sérios problemas em capacitores e dispositivos semicondutores e até a queima generalizada de cartões eletrônicos se as proteções não funcionarem adequadamente.

Distúrbios oscilatórios. Possuem duração menor que 30 ciclos e podem ser de freqüências altas, até 5KHz ou baixa, menor que 300Hz.Podem ser ocasionadas pelo chaveamento de bancos de capacitores, manobras diversas e cabos rompidos.

Distorções harmônicas. São periódicas e resultam de uma combinação das componentes da forma de onda senoidal, a fundamental e seus múltiplos, produzindo uma onda distorcida da forma de onda original. São a conseqüência de cargas não lineares ligadas ao sistema, como transformadores saturados, lâmpadas de descarga, retificadores, motores de indução, controladores de velocidade programáveis, compensadores estáticos de reativos, etc.

Causam problemas de sobrecargas nas instalações com aquecimento de condutores. Para se fazer uma leitura de corrente total, incluindo as harmônicas, deve ser usado um medidor que seja TRU RMS. Do contrario a medida será falsa quando existirem harmônicas e a medida percebida é sempre bem menor, fazendo com que quem meça perca a oportunidade de definir o problema. Para detectar a presença de harmônicas, quais ordens, qual a amplitude de cada uma é usado o analisador . Hoje os tipos mais comuns conseguem captar até a 51ª e possuem memória para registros e podem ser ligadas a um computador. Mas existem outros bem mais sofisticado e mais caros. Os resultados aparecem em relatórios contendo gráficos de barras onde cada barra tem um número que indica a ordem e a altura dela indica a amplitude. Alem disso vem os dados escritos.

Corte(NOTCH). É uma distorção na forma de onda da tensão devido a curtos circuitos momentâneos na rede elétrica durante a comutação de chaves de conversores estáticos. A amplitude do corte está relacionada com o tempo de comutação que por sua vez depende da reatância da fonte . Em alguns casos especiais, como por exemplo num retificador trifásico, quando a corrente é comutada de uma fase para outra, ocorre um curto circuito momentâneo. Como esse ocorre continuamente é possível detecta-lo no espectro harmônico.

Ruídos.O Ruído é uma perturbação aleatória superposta a forma de onda senoidal. A freqüência é geralmente entre 0 e 2 MHz. Podem se originar em alguns tipos de carga ou componentes defeituosos. São comuns em isoladores defeituosos ou sujos e com umidade, terminações elétricas com vazamento para a terra devido a presença de impurezas e umidade. Maus contatos em pólos de disjuntores ou chaves de alimentação, operação de disjuntores quando há falha a terra, arco elétrico em geral e várias outras, são também causas muito comuns de ruídos. Existem também equipamentos de potência chaveados que são geradores de ruídos. O problema maior é quando atinge outros equipamentos alimentados pela mesma rede. Pode ocasionar danos sérios ou até inutiliza-los.

Rádio interferência(RFI). Esse é mais um problema de poluição eletromagnética, mas incomoda igualmente porque prejudica equipamentos como PLCs, monitores de vídeo e outros. O que difere do ruído é o meio de geração e propagação. Os ruídos são gerados internamente por equipamentos alimentados pelo sistema e se propagam pela rede elétrica. A radiofreqüência é gerada externamente ao sistema por fontes não necessariamente alimentadas pela mesma rede e se propagam pelo ar em forma de ondas eletromagnéticas. São grandes geradores os equipamentos de radioamadorismo, torres de telefonia celular, máquinas de solda, condutores de rede de alta tensão.

É claro que também nos casos de ruídos e RFI as normas internacionais estabelecem critérios de compatibilidade eletromagnética, tanto no aspecto de não gerar acima dos limites estabelecidos como no caso do equipamento fabricado estar imune a determinado nível de ruído.

Alem disso a questão da qualidade das instalações, da manutenção e do sistema de aterramento também está intimamente ligada a imunidade e a prevenção da ocorrência dos efeitos provocados.

Para fechar esse resumo de qualidade de energia e evitar confusões quanto aos nomes de cada evento, lembremos que o nome deles está associado ao tempo de duração. Assim resumimos na tabela abaixo

CARACTERISTICAS DOS DISTURBIOS

A ABNT, norma NBR 5410 /97 recomenda dispositivos DR de alta sensibilidade com IN  30 mA. Assim quando houver uma corrente de fuga para a terra desse valor o disjuntor vai desarmar e desligar o circuito de alimentação. Assim se essa fuga for uma pessoa tomando choque na carcaça do equipamento, o disjuntor desarma e ela fica protegida.

Alem da corrente de atuação também temos que considerar o tempo de abertura. Um valor característico para os modelos comerciais é da ordem de 40ms. Esse é o tempo que o dispositivo gasta para abrir o circuito. Na tabela do fabricante existem vários valores de corrente para a proteção do equipamento, de acordo com sua potência. Alem disso existe também um contato auxiliar para um circuito de sinalização, por exemplo.

A corrente capaz de matar é da ordem de 200mA. Mas abaixo, mesmo não levando a óbito pode causar sérios problemas de saúde ou queimaduras graves.

Princípio de funcionamento: No desenho abaixo vemos logo após a alimentação de entrada o disjuntor. Os fios de sua saída passam por dentro do TC diferencial e vão alimentar a carga, equipamento ou eletrodoméstico.

Enquanto a corrente que retorna é igual a que entra(i1=i2), a diferença é zero(i1-i2=0) e o circuito eletrônico mostrado abaixo não recebe sinal para amplificar e comandar o desarme. Quando há alguma fuga para a terra(i3) a diferença de corrente captada pelo TCD(transformador de corrente diferencial) deixa de ser zero, então é amplificada pelo circuito eletrônico que comandará o dispositivo de desligamento do disjuntor.

Veja uma foto de um modelo comercial bipolar e tetrapolar.

Espero que tenham gostado.

Escrito por : João Roberto Vasco Gonçalves.