Especificando o Motor Elétrico
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CRITÉRIOS PARA DIMENSIONAR UM MOTOR ELÉTRICO 1) Curva : Conjugado x Rotação x Conjugado Resistente Devemos analisar a curva característica do Motor elétrico com a curva da carga para verificar se o Motor Elétrico vai conseguir acionar a carga. Para tanto é necessário que os valores Cp>Cr e Cmáx seja o maior possível para que o Motor Elétrico vença eventuais picos de carga como pode ocorrer em certas aplicações como por exemplo : Britadores, Calandras, Misturadores e outras além de não “travar”, isto é, perder bruscamente a velocidade quando ocorrerem quedas de tensão exces sivas momentaneamente. 2) Categorias de Conjugados conforme NBR 7094/96 Conforme as suas características de Conjugado em relação à velocidade e corrente de rotor bloqueado (Ip) , os Motores Elétricos de indução trifásicos com rotor de gaiola de esquilo são classificados em cinco categorias conforme a norma NBR 7094/96 para 2,4,6 e 8 pólos e potência até 630 KW (856 cv) com tensão nominal <= 600 V. Categoria N – motores elétricos com conjugado de rotor bloqueado normal. Categoria NY – motores elétricos semelhantes à categoria N, porém previstos para partida estrela-triângulo . Categoria H –motores com conjugado de partida maiores que os da categoria N. Categoria HY – motores elétricos semelhantes à categoria H, porém previstos para partida estrela-triângulo. Categoria D – motores elétricos com conjugado de rotor bloqueado e escorregamento elevados. Para motores elétricos de indução de gaiola, trifásicos, para tensão nominal > 600 V, qualquer potência, conjugado de partida normal e partida direta valem os seguintes valores mínimos de conjugados : Cp/Cn = 0,6 Cmín/Cn = 0,5 Cmáx/Cn = 1,60 Cp = conjugado com rotor bloqueado Cmáx = conjugado máximo Cmín = conjugado mínimo 3) Momento de Inércia ( J ) O Momento de Inércia é uma medida da resistência que um corpo oferece a uma mudança em seu movimento de rotação em torno de um dado eixo. O momento de Inércia da Carga acionada (Jc) é uma das características fundamentais para verificar, através do tempo de aceleração, se o motor consegue acionar a carga dentro das condições exigidas pelo ambiente ou pela estabilidade térmica do material isolante. Quando o momento de inércia da carga tiver em rotação diferente da do motor como nos casos em que o acoplamento não for direto (polias e engrenagens) este deverá ser referido a rotação nominal do motor de acordo com a fórmula : Jcm = Jc (Nc/Nn)² (kgm²) Onde :
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Jcm = Momento de inércia da carga referido ao eixo do motor (kgm²). Jc = Momento de inércia da carga (kgm²). Nn = Rotação nominal do motor (rpm). Nc = Rotação da carga (rpm). Se for disponível a velocidade linear da massa poderemos reduzi-la ao eixo do motor elétrico pela fórmula : Jr = 91,2 m (V²/N²) Onde : V = velocidade linear (m/s) N = rotação do motor (rpm) m = massa (kg) Jr = momento de inércia reduzido ao eixo do motor (kgm²) 4) Tempo de Aceleração (ta) Para verificar se o motor elétrico vai acionar a carga deveremos calcular o tempo de aceleração e comparar com o tempo de rotor bloqueado (trb) nos catálogos técnicos dos fabricantes dos motores elétricos de baixa tensão ( WEG - Jaraguá do Sul/SC e EBERLE – Caxias do Sul/RS). O tempo de aceleração (ta) pode ser determinado de maneira aproximada pela fórmula abaixo : ta = 2
( Jm + Jc) RPM / (Cméd . Cr)
Onde : ta = tempo de aceleração em segundos (s). Jm = momento de inércia do motor (kgm²) Cméd = conjugado médio de aceleração do motor (kgm²) Cr = conjugado de aceleração da carga (kgm²) RPM = rotação nominal do motor (rpm) Jc = momento de inércia da carga (kgm²)
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5) Regime de Serviço É o grau de regularidade da carga a que o motor elétrico é submetido. Os motores elétricos normais de linha são projetados para regime contínuos (S1), quando necessitamos de um motor que vá acionar uma carga que não seja de regime contínuo deveremos contatar o fabricante e informar numericamente ou por gráficos o tipo do regime que é submetido o motor elétrico. Os tipos de regimes foram padronizados pela NBR 7094/1996 em dez tipos de regime de funcionamento : S1 - Regime Contínuo (funcionamento a carga constante de duração suficiente para que se alcance o equilíbrio térmico) ex : transportador contínuo, bomba. S2 – Regime de Tempo Limitado (funcionamento a carga constante, durante um certo tempo, inferior ao necessário para atingir o equilíbrio térmico seguido por um período de repouso de duração suficiente para restabelecer a igualdade de temperatura com o meio refrigerante) ex. geladeira no inverno. S3 – Regime Intermitente Periódico (seqüências de ciclos idênticos, cada qual incluindo um período de funcionamento a carga constante e um período de repouso, sendo tais períodos muito curtos para que se atinja o equilíbrio térmico durante um ciclo de regime e no qual a corrente de partida não afeta de modo significante a elevação de temperatura). Ex. esmeril. Fator de duração do ciclo (ED%) = tf / (tf + tr) . 100% Onde : tf = funcionamento em carga constante (s) tr = tempo de repouso S4 – Regime Intermitente Periódico com Partidas. S5 – Regime Intermitente Periódico com Frenagem Elétrica. S6 – Regime de Funcionamento Contínuo com Carga Intermitente. S7 - Regime de Funcionamento Contínuo com Frenagem elétrica. S8 - Regime de Funcionamento Contínuo com Mudança Periódica na Relação Carga/Velocidade de Rotação. S9 – Regime com Variação não Periódica de Carga e Velocidade. S10 – Regime com Cargas Constantes distintas. 6) Redução da Potência em Função da Temperatura ambiente (T) e da Altitude (H) Outros dois fatores que influenciam a escolha do motor estão a temperatura ambiente e a altitude aonde o motor elétrico vai trabalhar. O motor elétrico normal foi projetado para trabalhar numa temperatura ambiente de 40º C e altitude de 1000 m , se o motor elétrico for operar numa temperatura maior ou menor do que 40º C e altitude maior que 1000 m deveremos usar o fator de multiplicação de tabela específica além de fabricar o motor elétrico especialmente. Exemplo : Motor Elétrico de 100 cv trabalhando em ambiente com 60º C e 1000 m.
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Da tabela específica = 0,71 P” = 0,71 . Pn ou P” = . Pn P” = 0,71 . 100 = 71 cv, ou seja, o motor elétrico poderá fornecer 71 % de sua potência nominal. Se o Motor elétrico for trabalhar em temperatura ambiente < - 20º C de verá possuir como acessórios : resistência de aquecimento e graxa para baixas temperaturas nos mancais. Se o Motor elétrico for trabalhar em temp. > 40 º C deveremos sobredimensioná-lo e usar classe de isolação H, graxa especial, rolamento com folga C3. Se o Motor elétrico for operar em ambientes agressivos , como, estaleiros , instalações portuárias, indústria de pescado, indústria petroquímica , exigem que os mesmos possuam : - enrolamento duplamente impregnado; - pintura anticorrosiva; - placa identificação em aço inoxidável; - elementos de montagem zincados; - retentores de vedação tampas dianteira e traseira; - juntas para vedar caixa de ligação; - massa de calafetar na passagem dos cabos de ligação; - caixa de ligação de ferro fundido; - Ventilador de material não faiscante (polipropileno); - Labirinto metálico tipo taconite (para ambientes empoeirados); - Prensa-cabos; - Vedação c/bujão ou drenos de saída de água do interior do motor.
7) Classe de Isolamento Atualmente o material isolante mais utilizado em motores elétrico tem classe de temperatura B. Isto significa que estes materiais, instalados em locais onde a temperatura ambiente é no máximo 40º C, podem trabalhar com uma elevação de temperatura de 80 K continuamente sem perder suas características isolantes. Quando o Motor Elétrico for trabalhar com Inversor de Freqüência a classe de isolamento deverá ser no mínimo F. Abaixo estão os valores da temperatura para as classes de isolamentos A,E,B,F e H : Classe Isolamento A = temp do ponto mais quente = 105 º C Classe Isolamento E = temperatura do ponto mais quente = 120 º C
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Classe Isolamento B = temperatura do ponto mais quente = 130 º C Classe Isolamento F = temperatura do ponto mais quente = 155 º C Classe Isolamento H = temperatura do ponto mais quente = 180 º C 8) Proteção Elétrica O principal fator para determinação da confiabilidade do serviço, bem como para a vida útil do motor elétrico recai na escolha do tipo de proteção a ser utilizada. Existe basicamente dois tipos de proteção, uma dependente da corrente (fusíveis, relés bimetálicos de sobrecarga e relés eletromagnéticos) e outra que depende diretamente da temperatura do enrolamento do motor elétrico (termistores e termostatos). Os fusíveis somente protegem os motores elétricos contra curto- circuitos mas não os protegem contra sobrecarga. Os relés bimetálicos de sobrecarga oferecem somente proteção para o motor em serviços contínuos e com poucas ligações por hora, aceleração de curta duração e corrente de rotor bloqueado (Ip) de baixo valor, esta proteção para serviços intermitentes não é confiável. Os termistores e termostatos operam diretamente no local onde a temperatura do enrolamento está elevada , por isso são mais eficientes. Os termostatos são formados de pequenos contatos bimetálicos e portanto interrompe o circuito sem o auxílio de reles, o único inconveniente é que se forem submetidos a uma corrente excessiva podem “colar” os seus contatos não sendo mais eficientes. Os termistores são semicondutores que possuem sua resistência ôhmica variáveis com a temperatura, não são dispositivos que interrompem o circuito logo, necessitam operar em conjunto com um relé adequado mesmo assim são os preferidos para usar na proteção dos motores elétricos, poderemos usar dependendo da classe de isolação do motor elétrico e sua aplicação para alarme e desligamento. Deveremos citar também um tipo de proteção térmica que é a resistência calibrada tipo RDT que varia linearmente com a temperatura (PT 100) que pode ser solicitada ao fabricante de motores elétricos quando for necessária sua aplicação. 9) Grau de proteção do invólucro A norma NBR 6146 define os graus de proteção dos equipamentos elétricos por meio de letras características IP seguidos por dois algarismos : 1º) algarismo : indica o grau de proteção contra penetração de corpos sólidos estranhos e contato acidental : 0 – sem proteção; 1 – proteção contra corpos estranhos de dimensões acima de 50 mm; 2 – proteção contra corpos estranhos de dimensões acima de 12 mm; 4 – proteção contra corpos estranhos de dimensões acima de 1 mm; 5 – proteção contra o acúmulo de poeiras prejudicial ao equipamento; 6 – proteção total contra a poeira. 2º) algarismo : indica o grau de proteção contra penetração de água no interior do equipamento : 0 – sem proteção; 1 – pingos d’água na vertical; 2 – pingos d’água até a inclinação de 15º com a vertical; 3 – água da chuva até a inclinação de 60º com a vertical; 4 – respingos d’água de todas as direções; 5 – jatos d’água de todas as direções; 6 – água de vagalhões. Para a maioria das aplicações são suficientes motores elétricos com grau de proteção IP54
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(ambientes muitos empoeirados) ou IP55 (casos em que os equipamentos são lavados periodicamente com mangueiras, como nas industrias de laticínios e fábrica de papel). A letra W colocada entre as letras IP e os algarismos indicam o grau de proteção, indica que o motor elétrico é protegido contra intempéries. 10) Diversos itens 10.1) Fator de Serviço : é um multiplicador que quando aplicado à potência nominal do motor elétrico, indica a carga que pode ser acionada continuamente sob tensão e freqüência nominais e com limite de elevação de temperatura do enrolamento. Porém os valores de rendimento ( ), fator de potência (fp) e velocidade podem diferir dos valores nominais, mas o conjugado e a corrente de rotor bloqueado mais o conjugado máximo (Cmáx) permanecem inalterados. A utilização do fator de serviço implica uma vida útil inferior àquela do motor com carga nominal. O fator de serviço não deve ser confundido com a capacidade de sobrecarga momentânea que o motor pode suportar geralmente até 60 % da carga nominal, durante 15 segundos. 10.2) Nível de Ruído : deverá ser de acordo com a NBR 7565. 10.3) Vibração : deverá seguir a NBR 11390. 10.4) Tensão de Alimentação : Se o motor elétrico for usado partida estrela-triângulo uma tensão deverá ser 3 a outra ou seja : 220/380 V ou 440/760 V se o mesmo for para partida série/paralelo uma tensão deverá ser o dobro da outra ou seja:220/440 V ou 380/760 V. 10.5) Forma Construtiva : Deverá ser de acordo com a NBR 5031. Geralmente o fabricante fornece na forma construtiva B3, para funcionamento em posição horizontal com pés. Sob consulta o fabricante poderá fornecer o Motor elétrico com flange e eixo com características especiais. As formas construtivas mais usuais são : B3E = Carcaça Com pés, Ponta de Eixo à esquerda, Fixação Base ou trilhos. B3D = Carcaça Com pés, Ponta de Eixo à direita, Fixação Base ou trilhos. B35E = Carcaça Com pés, Ponta de Eixo à esquerda, Fixação Base ou flange FF. B35D = Carcaça Com pés ,Ponta de Eixo à direita ,Fixação Base ou flange FF. V1= Carcaça Sem pés, Ponta de Eixo para baixo, Fixação Flange FF. 10.6) Motores à Prova de Explosão : quando o motor elétrico for trabalhar em ambientes contendo materiais inflamáveis ou explosivos (como na indústria petroquímica) a norma NBR exige que o motor seja especialmente construído para estas aplicações. Não se trata propriamente de grau de proteção, pois os requisitos do motor elétrico não se destinam a protege-lo, mas sim proteger as instalações contra eventuais acidentes causados pelo motor elétrico. Entre outras características o motor elétrico deverá possuir : - Carcaça, caixa de ligação e tampas em ferro fundido FC 200; - Caixa de ligação com furos roscados NPT; - Enrolamentos do estator em fio de cobre esmaltado classe isolação H; - Ventilador antifaiscante; - Proteção contra sobreelevação de temperatura (termistor ou termostato); - Terminal de aterramento interior da caixa de ligação e carcaça; - Grau de proteção máximo : IP 54 (não poderá ser IPW55).
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11) Ensaios elétricos De acordo com a NBR 7094 os ensaios são agrupados em ensaios de Rotina , Tipo e especiais. 11.1) Ensaios de Rotina Ensaios de resistência elétrica a frio; 11.1.1) Ensaios em vazio: potência absorvida com tensão nominal; corrente com tensão nominal 11.1.2) Ensaios com rotor bloqueado : potência absorvida com tensão nominal; corrente com tensão nominal; conjugado com tensão nominal. 11.2) Ensaios de Tipo 11.2.1) Ensaios de resistência elétrica a frio; 11.2.2) Ensaios em vazio: potência absorvida com tensão nominal; corrente com tensão nominal. 11.2.3) Ensaios com rotor bloqueado : potência absorvida com tensão nominal; corrente com tensão nominal; conjugado com tensão nominal. 11.2.4) Ensaios de elevação de temperatura Ensaios de resistência elétrica a quente 11.2.5) Ensaios relativos à potência fornecida rendimento a 100%, 75% e 50% da potência nominal; fator de potência a 100%, 75% e 50% da potência nominal; corrente a 100%, 75% e 50% da potência nominal; velocidade de rotação a 100%, 75% e 50% da potência nominal. 12. Ensaios de conjugado máximo 13. Ensaios de tensão suportável
Espero que com estas informações e um exemplo numérico foram melhor esclarecidos os critérios para dimensionamento dos Motores Elétricos, já que na WEB, as informações são muitos escassas. Fonte : http://membro.intermega.globo.com/motoreletrico/index.html
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