apostila de Maquinas eletricas ETEC

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Curso: Técnico em Eletrotécnica 
Módulo 2 – Básico 
Município: Jacaraípe – Serra ES 
 
PLANO DE ENSINO 
PROFESSOR 
DISCIPLINA 
Máquinas Elétricas e 
Transformadores 
CARGA HORÁRIA 80 horas 
SEMESTRE / ANO 2/2019 
MÓDULO II 
DATA 
 
EMENTA 
 
Fundamentos da eletromecânica (magnetismo e eletromagnetismo, Lei de Lenz, 
força eletromagnética, aplicações, geradores e motores), transformadores 
monofásicos e trifásicos, máquinas de corrente contínua, motores de indução 
monofásicos e trifásicos, máquinas síncronas. 
 
OBJETIVOS 
 
 Conhecer as características técnicas das máquinas (Motores, 
Transformadores, Geradores). 
 Identificar e avaliar dados técnicos em relação à sua classe de utilização. 
 Ser capaz de interpretar manuais, catálogos, instruções de manutenção de 
Máquinas Elétricas. 
 Saber dimensionar as máquinas para sua aplicação adequada. 
 Compreender o funcionamento das máquinas. 
 Dimensionar proteções para as máquinas. 
 Conhecer partes componentes de transformador de potência. 
 Conhecer testes de polaridade e identificação das fases. 
 
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 Conhecer ensaios a vazio e em curto – circuito. 
 Conhecer paralelismo de transformadores. 
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 
 Eletromagnetismo 
 Motores elétricos 
 Sistemas de alimentação 
 Geradores elétricos 
 Tipos de geradores 
 Transformadores 
 Tipos de transformadores 
 
 METODOLOGIA 
 
 O aluno precisa acessar o ambiente virtual diariamente; 
 O aluno precisa dedicar 4h diárias para compor 20 horas semanais para 
a disciplina; 
 As pesquisas propostas necessitam envolvimento e comprometimento do 
aluno; 
 A participação nos fóruns é para o desenvolvimento da aprendizagem; 
 O acompanhamento das atividades será realizado pelos tutores a 
distância e presencial; 
 A correção das atividades será realizada pelos tutores à distância. 
AVALIAÇÃO 
 
 O aluno precisa acessar o ambiente virtual diariamente; 
 O aluno precisa dedicar 4h diárias para compor 20 horas semanais para 
a disciplina; 
 As pesquisas propostas necessitam envolvimento e comprometimento do 
aluno; 
 A participação nos fóruns é para o desenvolvimento da aprendizagem; 
 O acompanhamento das atividades será realizado pelos tutores a 
distância e presencial; 
 A correção das atividades será realizada pelos tutores à distância. 
BIBLIOGRAFIA BÁSICA 
 
Referências Bibliográficas Complementares: 
Motor de Indução - Filippo Filho, Guilherme - Erica. 
Máquinas elétricas e transformadores - Kossow -Irwing L. Editora Globo. 
Referências Bibliográficas Básicas: 
EDMINISTER, Joseph A. Circuitos Elétricos. Coleção Schaum. Ed. McGraw-Hill 
 
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APRESENTAÇÃO 
Os princípios, conceitos e técnicas enfocados são fundamentais ao bom 
desenvolvimento da atividade profissional, representando uma introdução e preparação 
para o desempenho na área de Máquinas Elétricas e Transformadores. Seu conteúdo 
é majoritariamente composto por conhecimentos técnico-científicos que exigem prática 
em laboratório e no desempenho das atividades nas diversas áreas do uso de energia 
com segurança e boas práticas de consumo eficiente e responsabilidade ambiental e 
social. 
 
“A educação custa dinheiro, mas a ignorância não tem preço” (Claus Moser) 
 
“As máquinas e dispositivos elétricos estão muito presentes em nossa vida, mas principalmente 
na área da indústria. Torna-se vital aprender e conhecer seus fundamentos e todos os seus 
componentes e funcionamentos agregados”. 
 “Dê o seu melhor porque o mercado de trabalho busca os melhores!” 
 Prof. Carlos Alberto Milanezi 
 
SUMÁRIO 
 
Eletromagnetismo............................................................................................................5 
Lei de Lenz......................................................................................................................6 
Motores elétricos............................................................................................................7 
Motores corrente contínua.............................................................................................7 
Motores corrente alternada............................................................................................9 
Motores monofásicos...................................................................................................11 
Motores trifásicos........................................................................................................13 
Tipos de ligações.........................................................................................................15 
Geradores.....................................................................................................................18 
Transformadores..........................................................................................................20 
Transformadores de Potência.......................................................................................35 
 
 
4
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Máquinas 
 Elétricas 
 
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ELETROMAGNETISMO: 
 
Cargas Positivas e Negativas 
Os elétrons na faixa exterior de um átomo são deslocados facilmente pela 
aplicação de alguma força externa. Os elétrons que são forçados para fora de 
suas órbitas podem resultar na falta de elétrons no átomo de onde saem e em 
um excesso no átomo para onde vão. A falta dos elétrons cria uma carga positiva 
porque há mais prótons do que elétrons e o excesso dos elétrons cria uma carga 
negativa. 
 
Atração e Repulsão 
Em eletricidade, o velho ditado “os opostos se atraem” é verdadeiro. Todos os 
corpos carregados eletricamente possuem um campo invisível ao seu redor. 
Quando dois corpos carregados com cargas iguais são colocados juntos, seus 
campos elétricos trabalharam para repelí-los e quando dois corpos carregados 
com cargas contrárias são colocados juntos, seus campos elétricos trabalharam 
para atraí-los. 
O campo elétrico em torno de um corpo carregado é representado por linhas 
invisíveis de força e estas linhas representam um campo elétrico invisível que 
causa a atração e a repulsão. 
 
Magnetismo 
Denominamos de magnetismo, as linhas invisíveis de força criadas pelos ímãs 
naturais e pelos eletroímãs. Os três tipos mais comuns de imãs naturais são a 
ferradura, a barra e a agulha de bússola.Os ímãs possuem duas características 
principais, atraem e se prendem ao ferro e se livres para se moverem como a 
agulha da bússola, apontam para os pólos norte e sul. 
 
 
Linhas do Fluxo Magnético 
Cada ímã possui dois pólos, um pólo norte e um pólo sul. As linhas invisíveis do 
fluxo magnético saem do pólo norte e entram no pólo sul. Mesmo que as linhas 
 
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do fluxo sejam invisíveis, os efeitos do campo magnético gerado pelas mesmas, 
pode se tornar visível. 
Se colocarmos uma folha de papel sobre um ímã natural ou sobre um eletroímã, 
e despejarmos limalha de ferro sobre essa folha, as limalhas de ferro arranjar-
se-ão ao longo das linhas invisíveis do fluxo. 
 
 
Extraindo as linhas na maneira como as limalhas de ferro se arranjaram, teremos 
a seguinte imagem: 
 
As linhas tracejadas indicam o trajeto das linhas do fluxo magnético. As linhas 
do campo existem dentro e fora do ímã e formam sempre laços fechados. As 
linhas magnéticas do fluxo saem do pólo norte e entram no pólo sul, retornando 
ao pólo norte através do ímã. 
 
Interação entre dois ímãs 
Quando dois ímãs são aproximados, o fluxo magnético em torno destes irá 
causar uma interação entre os mesmos. Se os ímãs forem aproximados com os 
pólos contrários, os mesmos iram se atrair e se forem com os pólos iguais iram 
se repelirem. 
 
Eletroímã 
Uma bobina de fio condutor, percorrida por uma corrente elétrica age como um 
ímã. Os laços individuais da bobina agem como pequenos ímãs. Os campos 
individuaisse somam formando o campo principal. A força do campo pode ser 
aumentada adicionando mais voltas à bobina ou ainda, se ainda se 
aumentarmos a corrente que circula pela mesma. 
 
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Lei de Lenz 
Segundo a lei de Lenz, o sentido da corrente é o oposto da variação do campo 
magnético que lhe deu origem. Havendo diminuição do fluxo magnético, a 
corrente criada gerará um campo magnético de mesmo sentido do fluxo 
magnético da fonte. Havendo aumento, a corrente criada gerará um campo 
magnético oposto ao sentido do fluxo magnético da fonte. 
Tendo como exemplo uma espira circular no mesmo plano da tela do monitor 
submetida a um fluxo magnético constante (portanto sem corrente induzida) e 
"entrando" na tela. Dependendo da movimentação dada à espira, ocorrerá 
aumento ou diminuição do fluxo magnético e, com base nesse movimento, 
podemos determinar o sentido da corrente criada: 
 Afastamento (diminuição do fluxo magnético): sentido horário. 
 Aproximação (aumento do fluxo magnético): sentido anti-horário. 
 Com a variação do fluxo magnético, mesmo constante, gera uma 
corrente elétrica, intensa ou não, depende-se do campo que se forma 
na espira circular. 
 
 
 
MOTORES ELÉTRICOS: 
 
Motor elétrico é a máquina destinada a transformar energia elétrica em energia 
mecânica. O motor de indução é o mais usado de todos os tipos de motores, 
pois combinam as vantagens da utilização de energia elétrica, baixo custo, 
facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando com sua 
construção simples, custo reduzido, grande versatilidade de adaptação às 
cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos. 
 
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Os tipos mais comuns de motores elétricos são: 
 
 
 
Motores de Corrente Contínua: 
 
São motores de custo mais elevado e, além disso, precisam de uma fonte de 
corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada 
comum em contínua. Podem funcionar com velocidade ajustável entre amplos 
limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e precisão. Por isso, seu 
uso é restrito a casos especiais em que estas exigências compensam o custo 
muito mais alto da instalação. 
 
 
 
Suas partes principais são: 
Rotor (armadura) 
Parte girante, montada sobre o eixo da máquina, construído de um material 
ferromagnético envolto em um enrolamento chamado de enrolamento de 
armadura. Este enrolamento suporta uma alta corrente em comparação ao 
 
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enrolamento de campo e é o circuito responsável por transportar a energia 
proveniente da fonte de energia. 
 
Estator (Campo ou excitação) 
Parte estática da máquina, montada em volta do rotor, de forma que o mesmo 
possa girar internamente. Também é constituído de material ferromagnético, 
envolto em um enrolamento de baixa potência chamado de enrolamento de 
campo que tem a função apenas de produzir um campo magnético fixo para 
interagir com o campo da armadura. Em algumas máquinas comercializadas no 
mercado é possível encontrar enrolamentos de compensação que tem como 
função compensar o efeito desmagnetizante da reação de armadura e 
enrolamentos de comutação que tem como função diminuir o faiscamento no 
anel comutador. 
Escovas 
Peças de grafite responsáveis por conduzir a energia para o circuito do rotor. 
 
 
 
 
 
Motores de Corrente Alternada: 
 
São os mais utilizados, porque a distribuição de energia elétrica é feita 
normalmente em corrente alternada. Os principais tipos são: 
 
- Motor síncrono: 
Funciona com velocidade fixa, utilizado somente para grandes potências (devido 
ao seu alto custo em tamanhos menores) ou quando se necessita de velocidade 
invariável. O nome Síncrono se deve ao fato de esta máquina operar com uma 
velocidade de rotação constante sincronizada com a frequência da tensão 
elétricaalternada aplicada aos terminais da mesma, ou seja, devido ao 
movimento igual de rotação, entre o campo girante e o rotor é chamado de 
máquina síncrona (sincronismo entre campo do estator e rotor). 
 
- Motor assíncrono: 
Também conhecidos como motores de indução. Funcionam normalmente com 
velocidade constante, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao 
eixo. Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo é o motor mais 
 
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utilizado de todos, sendo adequado para quase todos os tipos de máquinas 
acionadas, encontradas na prática. 
 
Observações: 
Atualmente é possível controlarmos a velocidade dos motores de indução com 
o auxílio de inversores de frequência. 
Motores de corrente contínua não tem essa divisão entre síncrono e assíncrono 
simplesmente pela principal diferença entre um e outro, que é o síncrono ter 
velocidade constante. A corrente contínua é constante então a velocidade 
também se torna constante. Portanto não existe essa diferenciação nos motores 
de corrente contínua conforme quadro abaixo: 
 
Constituição do Motor 
O motor assíncrono é constituído basicamente pelos seguintes elementos: um 
circuito magnético estático, constituído por chapas ferromagnéticas empilhadas 
e isoladas entre si, ao qual se dá o nome de estator; por bobinas localizadas 
em cavidades abertas no estator e alimentadas pela rede de corrente alternada; 
por um rotor constituído por um núcleo ferromagnético, também laminado, sobre 
o qual se encontra um enrolamento ou um conjunto de condutores paralelos, 
nos quais são induzidas correntes provocadas pela corrente alternada das 
bobinas do estator. 
O rotor é apoiado num eixo, que por sua vez transmite à carga a energia 
mecânica produzida. O entreferro (distância entre o rotor e o estator) é bastante 
reduzido, de forma a reduzir a corrente em vazio e, portanto as perdas, mas 
também para aumentar o fator de potência em vazio. 
 
 
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Funcionamento de um Motor Assíncrono 
A partir do momento que os enrolamentos localizados nas cavidades do estator 
são sujeitos a uma corrente alternada, gera-se um campo magnético no estator, 
consequentemente, no rotor surge uma força eletromotriz induzida devido ao 
fluxo magnético variável que atravessa o rotor. A força eletro motriz (f.e.m) 
induzida dá origem a uma corrente induzida no rotor que tende a opor-se à causa 
que lhe deu origem, criando assim um movimento giratório no rotor. 
Como podemos constatar o princípio de funcionamento do motor de indução 
baseia-se em duas leis do Eletromagnetismo, a Lei de Lenz e a Lei de Faraday. 
 
Faraday: "Sempre que através da superfície abraçada por um circuito tiver lugar 
uma variação de fluxo, gera-se nesse circuito uma força eletromotriz induzida. 
Se o circuito é fechado será percorrido por uma corrente induzida". 
 
Lenz: "O sentido da corrente induzida é tal que esta pelas suas ações 
magnéticas tende sempre a opor-se à causa que lhe deu origem". 
 
 
Explicação Teórica 
O motor elétrico transforma a potência elétrica fornecida em potência mecânica 
e uma reduzida percentagem em perdas. 
 
 
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As perdas, que são comuns em qualquer processo de transformação no campo 
da física, são quantificadas através do rendimento: 
 
A Potência Mecânica (P mec) traduz-se basicamente no torque que o motor gera 
no eixo do rotor. O torque é consequência direta do efeito originado pela indução 
magnética do estator em interação com a do rotor. 
A Potência elétrica ( P el ) é a potência nominal do motor. 
Nano ( n )letra grega, é o rendimento que é dado em porcentagem. 
A velocidade de um motor de indução é essencialmente determinada pela 
frequência da energia fornecida ao motor e pelo numero de pares de pólos 
existentes no estator. 
No motor assíncrono ou de indução o campo girante roda a velocidade síncrona, 
como nos motores síncronos, porém esta mesma velocidade não é transmitida 
ao eixo devido ao escorregamento do motor. 
O escorregamento são justamente as perdas entre o rotor e o estator, por isso 
se torna um motor assíncrono ou também conhecido como motor de indução. 
 
Motores de Indução Monofásicos 
Os motores monofásicos são assim chamados porque os seus enrolamentos de 
campo são ligados diretamente a umafonte elétrica monofásica. Os motores de 
indução monofásicos são a alternativa natural aos motores de indução trifásicos, 
nos locais onde não se dispõe de alimentação trifásica, como residências, 
escritórios, oficinas e em zonas rurais. Apenas se justifica a sua utilização para 
baixas potências (1 a 2 KW). 
Entre os vários tipos de motores elétricos monofásicos, os motores com rotor 
tipo gaiola, destacam-se pela simplicidade de fabricação e, principalmente, pela 
robustez e manutenção reduzida. Por terem somente uma fase de alimentação, 
não possuem um campo girante como os motores trifásicos, mas sim um campo 
magnético pulsante. Isto impede que tenham torque de arranque, tendo em 
conta que no rotor se induzem campos magnéticos alinhados com o campo do 
estator. Para solucionar o problema de arranque utilizam-se enrolamentos 
auxiliares, que são dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda 
fase fictícia, permitindo a formação do campo girante necessário para o 
arranque. 
Tipos de Motores de indução monofásicos: 
› Motor de Pólos Sombreados; 
› Motor de Fase Dividida; 
›Motor de Condensador de Partida; 
› Motor de Condensador Permanente; 
› Motor com dois Condensadores. 
 
Motor de Pólos Sombreados 
O motor de pólos sombreados, também chamado de motor de campo distorcido 
(ou shaded pole), graças ao seu processo de arranque, é o mais simples, fiável 
e econômico dos motores de indução monofásicos. Construtivamente existem 
diversos tipos, sendo que uma das formas mais comuns é a de pólos salientes. 
Cada pólo vai ter uma parte (em geral 25% a 35% do mesmo) é abraçada por 
uma espira de cobre em curto-circuito. A corrente induzida nesta espira faz com 
 
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que o fluxo que a atravessa sofra um atraso em relação ao fluxo da parte não 
abraçada pela mesma. O resultado disto ‚ semelhante a um campo girante que 
se move na direção da parte não abraçada para a parte abraçada do pólo, 
produzindo o torque que dará o motor partir e atingir a rotação nominal. 
 
O sentido de rotação, portanto, depende do lado em que se situa a parte 
abraçada do pólo. Consequentemente, o motor de campo distorcido apresenta 
um único sentido de rotação. Este geralmente pode ser invertido, mudando-se a 
posição da ponta de eixo do rotor em relação ao estator. Existem outros métodos 
para se obter inversão de rotação, mas muito mais dispendiosos. Quanto ao 
desempenho, os motores de campo distorcido apresentam baixo torque de 
arranque (15% a 50% do nominal), baixo rendimento e baixo fator de potência. 
Devido a esse fato, eles são normalmente fabricados para pequenas potências, 
que vão de alguns milésimos de cv a 1/4 cv. 
Pela sua simplicidade, robustez e baixo custo são ideais em aplicações tais 
como: movimentação de ar (ventiladores, exaustores, purificadores de 
ambiente, unidades de refrigeração, secadores de roupa e de cabelo), pequenas 
bombas e compressores, projetores de slides, gira-discos e aplicações 
domésticas. Apesar de sua aparente simplicidade, o projeto deste tipo de motor 
é de extrema complexidade, envolvendo conceitos de duplo campo girante, 
campos cruzados e complexa teoria eletromagnética. 
 
Motor de Fase Dividida 
Este motor possui um enrolamento principal e um auxiliar (para o arranque), 
ambos defasados de 90 graus. O enrolamento auxiliar cria um deslocamento de 
fase que produz o torque necessário para a rotação inicial e a aceleração. 
Quando o motor atinge uma rotação predeterminada, o enrolamento auxiliar‚ é 
desligado da rede através de uma chave que normalmente é atuada por uma 
força centrífuga (chave ou disjuntor centrífugo) ou em casos específicos, por relé 
de corrente, chave manual ou outros dispositivos especiais. 
Como o enrolamento auxiliar é dimensionado para atuar apenas no arranque, 
se não for desligado logo após o arranque danifica-se. 
 
O ângulo de defasagem que se pode obter entre as correntes do enrolamento 
principal e do enrolamento auxiliar é pequeno e, por isso, estes motores têm 
torque de arranque igual ou pouco superior ao nominal, o que limita a sua 
aplicação a potências fracionárias e a cargas que exigem pouco torque de 
arranque, tais como máquinas de escritórios, ventiladores e exaustores, 
pequenos polidores, compressores herméticos, bombas centrífugas, etc. 
Motor de Condensador de Partida 
É um motor semelhante ao de fase dividida. A principal diferença reside na 
inclusão de um condensador eletrolítico em série com o enrolamento auxiliar de 
 
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arranque. O condensador permite um maior ângulo de defasagem entre as 
correntes dos enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando assim, elevados 
torques de arranque. Como no motor de fase dividida, o circuito auxiliar é 
desligado quando o motor atinge entre 75% a 80% da velocidade síncrona. 
Neste intervalo de velocidades, o enrolamento principal sozinho desenvolve 
quase o mesmo torque que os enrolamentos combinados. 
 
Para velocidades maiores, entre 80% e 90% da velocidade síncrona, a curva do 
torque com os enrolamentos combinados cruza a curva de torque do 
enrolamento principal de maneira que, para velocidades acima deste ponto, o 
motor desenvolve menor torque, para qualquer escorregamento, com o circuito 
auxiliar ligado do que sem ele. 
Devido ao fato de o cruzamento das curvas não ocorrer sempre no mesmo ponto 
e, ainda, o disjuntor centrífugo não abrir sempre exatamente na mesma 
velocidade, é prática comum fazer com que a abertura aconteça, na média, um 
pouco antes do cruzamento das curvas. Após a abertura do circuito auxiliar, o 
seu funcionamento é idêntico ao do motor de fase dividida. 
Com o seu elevado torque de arranque (entre 200% e 350% do torque nominal), 
o motor de condensador de partida pode ser utilizado numa grande variedade 
de aplicações e‚ fabricado para potências que vão de ¼ cv a 15 cv. 
Motor de Condensador Permanente 
Neste tipo de motor, o enrolamento auxiliar e o condensador ficam 
permanentemente ligados, sendo o condensador do tipo eletrostático. O efeito 
deste condensador é o de criar condições de fluxo muito semelhantes às 
encontradas nos motores polifásicos, aumentando, com isso, o torque máximo, 
o rendimento e o fator de potência, além de reduzir sensivelmente o ruído. 
Construtivamente são menores e isentos de manutenção, pois não utilizam 
contatos e partes móveis, como nos motores anteriores. Porém o seu torque de 
arranque é inferior ao do motor de fase dividida (50% a 100% do conjugado 
nominal), o que limita sua aplicação a equipamentos que não requerem elevado 
torque de arranque, tais como: máquinas de escritório, ventiladores, exaustores, 
sopradores, bombas centrifugas, esmeris, pequenas serras, furadeiras, 
condicionadores de ar, pulverizadores, etc. São fabricados normalmente para 
potências de 1/50 a 1,5 cv. 
Motor com Dois Condensadores 
É um motor que utiliza as vantagens dos dois anteriores: arranque como o do 
motor de condensador de partida e funcionamento em regime idêntico ao do 
motor de condensador permanente. Porém, devido ao seu alto custo, 
normalmente são fabricados apenas para potências superiores a 1 cv. 
 
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Motores Trifásicos 
O motor de indução trifásico é o tipo mais utilizado na indústria devido à maioria 
dos sistemas atuais de distribuição de energia elétrica, ser trifásicos de corrente 
alternada, e também porque a indústria demanda uma carga maior e 
equipamentos de maior porte. 
A utilização de motores de indução trifásicos é aconselhável a partir dos 2KW, 
Para potências inferiores justifica-se o uso de monofásicos. 
O motor de indução trifásico apresenta vantagens ao monofásico, como o 
arranque mais fácil, menor nível de ruído e menor preço para potências 
superiores a 2KW. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Carcaça Enrolamento 
do estator 
Rotor 
ROTOR 
MANCAL 
CARCAÇA GUINCHO PARA IÇAMENTO 
EIXO 
 
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No estator do motor trifásico estão alojados três enrolamentos, defasados de 
120º, referentes às trêsfases. 
 
Quando os três enrolamentos do estator são energizados através de uma 
alimentação trifásica alternada, surge um campo magnético girante e que por 
sua vez faz girar o rotor. 
Tipos de ligações 
São as formas com que podemos interligar as bobinas que ficam internas dentro 
do motor. Elas não utilizam condutor neutro. 
Estes são os tipos de ligação de um motor elétrico: 
- Triangulo (Delta). 
- Estrela.(Y) 
 
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- Estrela: 
É utilizada para aplicações de cargas leves e rotações mais suaves, menores 
valores de corrente então inversamente proporcional um maior valor de tensão. 
Particularidade: toda ligação em estrela necessita de um neutro apenas quando 
há desequilíbrio de fases. 
Aplicação: Ventiladores, compressores ou até mesmo desacoplados. 
 
- Triangulo: 
É utilizada para aplicações de cargas e rotações mais altas, grandes valores de 
corrente. É onde se pode utilizar uma força menor já que o motor já saiu da 
inércia, ou manter a alta força aplicada dependendo do torque que a carga exigir. 
Aplicação: Cargas acopladas que exija grande força, alto torques, correias 
transportadoras, moinhos, prensas entre outros. 
É comum, vermos principalmente na indústria, um sistema que usa os dois 
modelos de ligação em um só motor. Ele é chamado de partida estrela-
triângulo. 
 
- Partida Estrela – Triangulo: 
É um método de partida de motores elétricos trifásicos, que utiliza uma chave 
de mesmo nome. Esta chave, que pode ser manual ou automática, é interligada 
aos enrolamentos do motor, que devem estar acessíveis em 6 terminais. 
Neste método o motor parte em configuração estrela que proporciona uma maior 
impedância e menor tensão nas bobinas diminuindo assim a corrente de partida 
o que ocasionará uma perda considerável do conjugado (torque) de 
partida.Através desta manobra o motor realizará uma partida mais suave, 
reduzindo sua corrente de partida a aproximadamente 1/3 da que seria se 
acionado em partida direta.É importante citar que toda vez que se muda o tipo 
de ligação de um motor (de estrela para triangulo ou de triangulo para estrela), 
também se muda o valor de tensão de trabalho dele. A ligação em triangulo 
sempre vai ser o menor valor de tensão, e a ligação em estrela sempre o maior 
valor de tensão. A diferença de um para o outro também sempre será o fator: 
RAIZ DE 3. 
 
 
Tipos de motores trifásicos: 
 
 
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Com 6 terminais 
É o tipo mais comum de motor trifásico que pode ser alimentado com 220V ou 
380V. 
 
Com 9 terminais 
É um tipo de motor trifásico que pode ser alimentado com diferentes tensões 
(220V, 380V, 440V, porém está em desuso no mercado porque o custo é 
elevado, praticamente o mesmo do de 12 terminais, onde se pode obter uma 
gama maior de aplicações. 
 
 
 
19
 
 
Com 12 terminais 
É um tipo de motor trifásico que pode ser alimentado com diferentes tensões 
(220V, 380V, 440V ou 760V). 
 
 
 
 
 
 
 
20
 
 
 
GERADORES ELÉTRICOS: 
 
São equipamentos que transformam energia mecânica em energia elétrica.É 
justamente o oposto do funcionamento do motor elétrico e servem para nos 
gerar energia elétrica que utilizamos no nosso dia a dia. 
Podem ser geradores de tensão alternada (alternadores) ou de tensão contínua 
(Dínamos). 
 
Geradores contínuos 
Quando o enrolamento do rotor corta as linhas de força do campo magnético, 
produzido pelo estator, surge uma tensão induzida. A tensão induzida é 
alternada, mas por meio do comutador é transformada em corrente contínua. 
Geradores alternados 
Quando o enrolamento do rotor corta as linhas de força do campo magnético, 
produzido pelo estator, surge uma tensão induzida. A tensão induzida é 
alternada e retirada pelos anéis coletores. 
 
 
 
 
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Particularidades: 
Há também outras formas de gerar energia elétrica como eólica, solar, térmica, 
nuclear, pilhas, imã. 
 
 
 
 
 
 
22
 
 
Participação de cada matriz na geração de energia no Brasil 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gás 
10,04%
Petróleo 
5,11%
Hidrelétrica
70,23%
Biomassa 
3,07%
Importação
8,13%
Carvão 
Mineral
1,41%
Nuclear
/ Outros
2,00%
 
23
TRANSFORMADORES
 
 
São dispositivos que permitem elevar ou abaixar os valores da tensão ou 
corrente. 
São utilizados em redes monofásicas, bifásicas ou trifásicas. 
Um transformador também é conhecido como Trafo e somente podem ser 
utilizados em tensão alternada devido seu funcionamento, pois trabalham 
baseados na indução e magnetismo. 
 
Os transformadores monofásicos são constituídos de duas bobinas enroladas 
sobre um núcleo formado de chapas de ferro silício. 
A bobina na qual se aplica à tensão alternada é chamada de primário. (entrada) 
A bobina onde surge à tensão induzida é chamada de secundário. (saída) 
 
Tipos de transformadores 
 
Abaixadores:tem como objetivo diminuir um valor de tensão. 
Ex.: Aplica-se um valor de tensão alto 220V no primário e se obtém no 
secundário 110V. 
 
Elevadores:tem como objetivo aumentar o valor de uma tensão. 
 
24
Ex.: Aplica-se um valor de tensão alto 220V no primário e se obtém no 
secundário 440V.Aplicando uma tensão alternada no primário surge um campo 
magnético variável ao seuredor. 
O campo magnético variável gerado no primário corta as espiras do secundário 
e como consequência surge no secundário uma tensão induzida. 
Nota: Cada transformador tem sua aplicação específica, não se deve utilizar um 
Trafo para valores de tensão ao qual o mesmo não foi projetado devido suas 
bobinas. 
 
Eles são aplicados em vários equipamentos do nosso dia a dia. Quase todo 
eletrodoméstico e equipamento eletrônico têm um: tv, radio, carregadores de 
celular, na própria distribuição da energia elétrica que chega a nossa casa. 
 
 
 Eles estão bastantes presentes porque precisamos controlar todos os 
equipamentos que utilizamos. E quando precisamos ter o controle e aplicar 
várias funções em um equipamento, precisamos abaixar o valor de tensão para 
 
25
que os componentes eletrônicos que trabalham com valores de tensão baixo, 
possam funcionar. 
 No mercado a gama de transformadores elétricos abaixadores é muito 
maior, devido a energia elétrica ser gerada e transmitida em alta tensão. 
 
 
 
 
 
 
CÁLCULOS DE TRANSFORMADOR: 
O transformador é constituído basicamente por doisenrolamentos que, 
utilizando um núcleo em comum, converte primeiramenteenergia elétrica em 
magnética e a seguir energia magnética emelétrica. O seu princípio de 
funcionamento baseia-se no fenômenoda indução eletromagnética, ou seja, 
em um enrolamento a tensãovariável aplicada origina uma corrente, que por sua 
vez, cria umcampo magnético variável, induzindo uma corrente e 
conseqüentementeuma tensão no outro enrolamentopróximo. 
 
 
26
 
Afigura 1mostraoesquemadeumtransformadorbásico. 
Notamos pela figura, que o transformador possui emenrolamento primário 
onde é aplicada a tensão a ser convertida (VP), e umenrolamento secundário 
onde é retirada a tensão de saída(VS).Cada enrolamento é composto por um 
determinado número deespiras responsáveis pela relação de conversão, ou 
seja, a tensãode saída será proporcional à relação do número de espiras e 
aovalor de tensão de entrada. Assim sendo, podemos escrever arelação: 
 VP = NP 
VS NS 
Onde: Vp = tensãodoprimário 
Vs = tensão dosecundário 
Np = número de espiras doprimário 
Ns = número de espiras dosecundário 
 
Em um transformador ideal a potência obtida no secundárioé igual à potência 
aplicada ao primário, não existindo perdas.Efetuando-se essa igualdade,temos: 
 
PP= PSou VP. IP =VS. IS 
Portanto: 
Vp/VS = Is/Ip 
 
Onde:Pp = potência doprimário 
Ps = potência dosecundário 
Ip = corrente doprimário 
Is = corrente que circula no secundário quando for ligada umacarga. 
 
Igualando-se as equações da relação de corrente com a donúmero de 
espiras, podemosescrever: 
Vp/Vs=Np/Ns=Is/Ip 
Em um transformador real a potência obtida no secundário émenor que a 
potência aplicada ao primário, existindo perdas.Considerando essas perdas, 
podemosescrever:PP = PS +PD onde: PD = potênciaperdida 
 
27
As principais perdas num transformador ocorrem nosenrolamentos e no núcleo. 
Nos enrolamentos, devido à resistência ôhmicado fio, parte da energia é 
convertida em calor por Efeito 
Joule,causandoperdasdenominadasperdasnocobre,pois,omaterialqueconstitui 
o fio é de cobre. No núcleo, temos perdas causadaspela reversão magnética 
cada vez que a corrente muda de sentido(ciclo de Histerese), pela dispersão 
de linhas de campo magnético epelas correntes parasitas de Foucault, que 
induzidas no núcleo oaquecem, reduzindo o campoprincipal. 
Para evitar as correntes de Foucault, o núcleo éconstituídopor chapas 
laminadas, isoladas por um verniz e solidamenteagrupa- das, enquanto que 
para diminuir as perdas por Histerese omaterial destas é composto de aço-
silício. Para reduzir a dispersão defluxo, todo o conjunto tem um formato 
apropriado, onde osenrolamentos primários e secundários são, através de um 
carretel,colocados napartecentral,concentrandodessamaneiraaslinhasdecampo 
magnético. A figura 2 mostra um transformador com ascaracterísticas 
construtivascitadas 
 
 
Figura 2 – (a) Aspectos construtivos de umtransformador. 
(b)Transformador. 
 
Como vimos na prática as perdas podem ser minimizadas,aumentando assim 
o rendimento do transformador (ƞ), definido pelarelação entre as potências do 
secundário e do primário. Sendoassim, podemosescrever: 
ƞ = Ps/Pp 
ou, emporcentagem: 
ƞ% = Os/PP X 100
 
Encontramos diversos tipos de transformadores que deacordocom a aplicação 
a qual se destinam, possuem aspectosconstrutivosapropriados. Como por 
exemplo, temos o transformador de altatensão (Fly-back), cujo núcleo, de ferrite, 
e os 
enrolamentos,possuemcaracterísticasapropriadasparatrabalharcomoelevadord
e tensão em freqüênciasaltas. 
Uma outra característica importante é a do tipo deenrolamento, que pode ser: 
simples, múltiplo ou com derivações. A figura3 ilustra alguns tipos 
deenrolamentos. 
 
Figura 3 – Tipos deenrolamentos. 
(A) primário e secundário com enrolamentossimples, 
(B) primário com enrolamento duplo e secundário com derivaçãocentral, 
(C) primário com derivação central e secundário comsimples, 
(D) primário com enrolamento simples e secundário 
commúltiplosenrolamentos. 
 
O transformador pode, de acordo com o sentido 
doenrolamento,defasaratensãodesaídaemrelaçãoàtensãodeentrada.Seo 
sentido do enrolamento primário coincidir com o enrolamentosecundário, 
teremos as tensões de entrada e saída em fase, casocontrário, estas estarão 
defasadas de 180º. Para facilitar aidentificação, costuma-se na simbologia do 
transformador, colocar umpontodefinindo o sentido de enrolamento. A figura 4 
ilustra essassituações. 
 
Figura 4 – (a) Transformador com enrolamentos de 
sentidosconcordantes; 
(b)Transformadorcomenrolamentosdesentidoopostos. 
Num transformador com derivação central no 
secundário,comomostraafigura5,teremosemrelaçãoaoterminalcentral,duas 
tensões de mesma amplitude, porem 
defasadasem180º.Emalgunscasosdeaplicação,comonosretificadores,essadefa
sagemsefaz necessária para o devido funcionamento docircuito. 
 
 
 
Figura5–Transformadorcomderivaçãocentralnosecundário. 
FUNÇÕES DOS ÓLEOSISOLANTES: 
 
Os transformadores são máquinas elétricas estáticas constituídas 
pelosseguintescomponentes básicos, do ponto de vista domaterial: 
- Núcleo: Construído com chapas superpostas de liga Açosilício; 
- Bobinas: Construídas em fios de cobre, retangulares ou redondos, 
revestidaspelomaterial isolante que poderá ser papel, vernizes ou resinas, ou 
combinaçõesdestesmateriais; 
- Tanque: Construído em aço revestido por sistema de pinturaadequado; 
- EstruturadeMontagemdaParteAtiva:Aparteativa,constituídapelonúcleoebobin
as, é montada no interior do tanque através do uso de estruturas 
demadeira,papelão prensado ou mesmoaço. 
- Outros Componentes: Além dos materiais citados acima, são 
empregadosoutrosemmenoresquantidadesparaoutrasfunçõescomosoldasàbas
edeestanho,materiais de fixação em resina, papelão prensado, colas eetc. 
Nostransformadores,apassagemdacorrenteelétricapelasespirasdematerialcond
utordabobinaprimáriainduzumcampoeletromagnéticononúcleodeaçosilício,quep
orsuavez,induzumacorrenteelétricanabobinadosecundário.Arelação de 
transformação obtida será função do número de espiras existentes emcada 
bobina. Xm será necessário que não ocorra à passagem de corrente 
entreasespiras de uma mesma bobina, ou das bobinas para o núcleo e partes 
aterradas.Oisolamentoelétricoentreasespiraséfeitopormeiodepapelououtroisola
ntesólido, como os vernizes, colocado sobre a superfície docondutor. 
A resistência elétrica dos condutores das bobinas causa, quando da 
passagemdacorrente, o seu aquecimento. O calor assim gerado irá causar 
adegradaçãotérmicadomaterialisolantee,portanto,éfácilobservarquequantomais
eficientemente for removido maior será a vida útil dosistema. 
Assim,vemosqueaprincipalfunçãodosisolantesfluidoséarefrigeraçãodasespirasd
ematerialcondutor.Alémdisso,éfácilobservarquequantomelhoresforem as 
características isolantes do fluido utilizado, mais econômico poderá seroprojeto 
do sistema pela redução da quantidade do isolante sólido e 
peladiminuiçãodasdistanciasentreespiras,entrebobinasenúcleoeentreesteseasp
artesaterradas. 
Portanto,vemosqueoslíquidosisolantesdevemcumprirduasfunçõesprincipaisnost
ransformadores: 
-Refrigeração 
- IsolamentoElétrico 
 
CARACTERÍSTICAS e ESTRUTURA 
Através do exposto acima, podemos concluir que os óleosparatransformadores 
devem possuir inicialmente 2características: 
 
25 
 
 
- Boa CondutibilidadeTérmica 
Nesteponto,podemosobservarqueomaterialaserempregadodeveatenderaduas 
exigências opostas, isto é, os materiais isolantes elétricos 
sãotambémisolantestérmicos.Paracompensarestadeficiêncianatural,énecessá
rioqueolíquido a ser utilizado tenha uma viscosidade tal que permita a sua 
rápidacirculaçãoentre as fontes de calor e o meioexterno. Assim, obtemos a 
terceira característica dos óleos isolantes: - BaixaViscosidade 
Sabendo que a principal função dos fluidos isolantes é a refrigeração das 
bobinas,éfácilobservarqueestesmateriaisnãodevemsofreraaçãodatemperatura.
Temosentãoaquartacaracterísticaquedevemapresentarosóleosisolantes:-Boa 
EstabilidadeTérmica 
Duranteaoperaçãodostransformadoresosisolanteslíquidos,porcircularememtodo
osistema,estarãoemcontatocomtodososdemaismateriaispresentesnosequipame
ntos. Estes materiais não devem sofrer ataque químico por 
partedolíquidoisolantedeformaanãoperdersuaspropriedadesoriginaisechegamo
sassim à última característica básica dos óleos isolantes: - 
BaixaReatividadeQuímica 
Assim,emresumo,osóleosisolantesparatransformadoresdevemapresentarasseg
uintes característicasfundamentais: 
- Boa CondutibilidadeTérmica; 
- Boas Características de IsolamentoElétrico; 
- BaixaViscosidade; 
- Boa EstabilidadeTérmica; 
- Baixa ReatividadeQuímica; 
- Resistência aofogo. 
Éimportanteainda,apontarqueostransformadoresinstaladosemlocaisondeorisco 
de incêndios e explosões deve ser minimizado, exigem umapropriedadeespecial 
do isolante a ser empregada, a propriedade de resistência ao 
fogo.Assim,ostransformadoresinstaladosemlocaisdecirculaçãodepessoas,como
prédiosresidenciais e comerciais, instalações industriais internas e veículos, 
devem terummeio isolante que, além das propriedades básicas já descritas, 
sejatambémretardante dechama. 
Nodecorrerdestetrabalhoveremosqueesteconjuntodepropriedadeséabasepara a 
avaliação da qualidade e do comportamento em serviço dos óleosisolantes. 
 
PRINCIPAISESTRUTURAS: 
Neste item vamos apresentar e discutir as estruturas químicas dos 
óleosisolantespara transformadores mais utilizados até o momento. Será de 
fundamentalimportância observar que todas as estruturas apresentadas 
atendemàscaracterísticas discutidas no anterior. 
Deformaafacilitaraapresentaçãodasdiversasestruturaseacompreensãodesuas 
aplicações, dividiremos os óleos isolantes em 2 tiposprincipais: 
- Óleos de Uso Geral: São os que atendem apenas às 
característicasessenciais.- Óleos de Segurança: São aqueles considerados como retardantes 
dechama. 
 
Óleos de UsoGeral: 
São óleos minerais obtidos a partir da refinação do petróleo,constituindo-
26 
 
 
sebasicamente de Hidrocarbonetos. Seu processo de obtenção inicia-se 
comadestilação do petróleo bruto separando-se a fração de 20 cSt de 
viscosidade.Estafração é então refinada removendo-se os compostos não 
hidrocarbônicosporprocessos químicos e, em seguida, removendo-se 
compostos ácidos einsaturadospor meio de agentes adsorventes, hidrogenação 
catalítica ou extraçãoporsolventes. 
Assim, o produto obtido é constituído quase exclusivamente por 
Hidrocarbonetoseaspropriedadesdoprodutoquandoemoperação,irãoseguirasde
staclassedecompostosquímicos. 
Atualmente, no mercado brasileiro, encontramos 2 tipos de óleos 
isolantesmineraisclassificados como Parafínico e naftênicos. Esta 
classificação diz respeitoaopetróleo básico do qual foi refinado. Para fins de 
manutenção 
eoperaçãoconvencionalemtransformadorespodemosconsiderarigualmenteosdoi
stipos,sem necessidade de diferenciação. A estrutura básica 
dosHidrocarbonetossaturados, chamados Alcanos, é dada a seguir e será 
utilizada neste trabalhoparadescrever o comportamento em serviço 
desteproduto. 
 
ENSAIOS 
 
Ponto deAnilina: 
Este ensaio consiste em misturar uma amostra de óleo isolante com anilina 
eaquecer sob agitação até que os dois produtos se misturem de forma 
homogênea.A temperatura em Celsius onde ocorre a mistura é chamada de 
Ponto deAnilina. 
Aanilinaéumcompostoaromáticoleveemistura-
sebemaosaromáticoslevespresentes no óleo isolante. Assim, quanto maior o 
teor de aromáticos leves noóleo,menor será a temperatura de mistura evice-
versa. 
Os compostos aromáticos leves são facilmente oxidados nas 
condiçõesdeoperaçãodostransformadores.Olimiteinferiorprocuragarantirqueote
ordestescompostos não seja excessivo para que não ocorra a rápida oxidação 
da massadeóleo. 
Poroutrolado,oscompostosaromáticoslevesatuamcomoinibidoresnaturais,quand
o presentes em pequenas quantidades, por um mecanismo que 
serádiscutidomaisadiante.Porissoétambémestabelecidoumlimitesuperiorparaga
rantirqueoprodutopossuiaromáticoslevescapazesdeinibiroprocessodeoxidação 
dos demaishidrocarbonetos. 
 
Cor: 
Esteensaioconsisteemcompararacordeumaamostradoóleo,comumasériede 
padrões de cores prédefinidas. 
Os hidrocarbonetos que constituem o óleo são incolores. Assim, quanto melhor 
foro processo de refino, mais clara será a cor do produto final. Os valores 
adotadosnatabela 1 procuram garantir o processo correto derefino. 
Pontos de Fulgor eFluidez- 
Sãoensaiossimplesqueinformamsobreosextremosdafaixadepesomoleculardoshi
drocarbonetosexistentesnoóleoavaliado.OensaiodePontodeFulgor(Vaso 
Cleveland) consiste em aquecer o óleo isolante e, simultaneamente, expô-
27 
 
 
loàaçãodeumachamapróximaàsuperfíciedoproduto.Comoaquecimento,oscomp
ostos voláteis presentes no óleo irão vaporizar até que inflamarão sob aaçãoda 
chama. A temperatura onde ocorre a chama (Flash) é tomada como o 
pontodeFulgor. 
Assim, podemos concluir que este ensaio é uma determinação 
indiretadaquantidade de compostos voláteis presentes na amostra de óleo. 
Quanto maior foro teor de voláteis, menor será o Ponto deFulgor. É estipulado 
um valor mínimo como forma de garantir um teor máximo devoláteis. 
 
Ponto deFluidez 
O ensaio de Ponto de Fluidez consiste em resfriar uma amostra do óleo 
isolanteatéquecesseseuescoamentopelaaçãodagravidade.AtemperaturaemCel
siusonde isto ocorre é tomada como o Ponto deFluidez. 
Oshidrocarbonetosdealtopesomolecularecadeiaretasãoosmaissensíveisàdiminu
ição da temperatura e, portanto, mais elevado será o Ponto de Fluidezquanto 
maior for o teor destes compostos naamostra. 
Observamos, portanto, que os dois ensaios em conjunto visam garantir 
queoproduto foi obtido a partir do refino da faixa correta de destilação dopetróleo. 
 
Densidade eViscosidade: 
Estes dois ensaios têm o mesmo objetivo dos 2 anteriores. A densidade é 
amedidadaquantidadedemassaporvolumedosmateriaiseaViscosidadeéamedida
daforça necessária para o escoamento de umlíquido.Ambas as propriedades são 
função, nos hidrocarbonetos, do seu pesomolecular. 
O conjunto de ensaios até aqui descrito destina-se, como 
podemosver,exclusivamente a avaliação da qualidade de fabricação doproduto. 
 
TensãoInterfacial: 
Este ensaio é feito colocando-se uma camada de óleo isolante sobre 
umacamadade água e, em seguida, fazendo-se um anel de platina imerso na 
água passarparaa camada de óleo. A força necessária para fazer com que o 
anel rompa asuperfícieda água é tomada como a Tensão InterfacialÓleo/Água. 
Aáguaéoóxidodehidrogênio,portanto,ummaterialaltamenteoxigenadoedeelevad
a polaridade molecular. Os hidrocarbonetos, por outro lado, sãosubstanciasde 
muito baixa polaridade em sua molécula e nãooxigenadas. 
Assim,quantomaispuroforoóleo,menorserásuainteraçãocomacamadadeágua e 
mais alto será o valor obtido para o ensaio. Um valor mínimo 
garantebaixosteores de substancias oxigenadas e polares noproduto. 
Este ensaio, como veremos adiante, ao contrário dos anteriores é 
degrandeimportância na avaliação das condições de operação dos 
óleosminerais. 
 
RigidezDielétrica: 
Este ensaio é uma medida da capacidade do isolante de resistir ao 
impactoelétrico.Consiste em colocar uma amostra de óleo entre 2 eletrodos 
padrão e submetê-la aincrementos constantes de tensão alternada até que 
ocorra a ruptura domeioisolante e a conseqüente descarga entre oseletrodos. 
Oshidrocarbonetosquecompõemoóleoisolante,porapresentarempolaridadeelétri
ca muito baixa, possuem uma Rigidez Dielétrica 
“intrínseca”extremamenteelevada.Estaresistênciaaoimpactoésensivelmentedimi28 
 
 
nuídapelapresençadeimpurezaspolares,comoaáguaeoutrosoxigenados,esólida
s,comopartículasmicroscópicas. 
Vemos,portanto,queesteensaioobjetivaverificarapurezadoprodutoe,porconsegui
nte, a qualidade dos processos de fabricação, transporte emanuseio. 
 
PerdasDielétricas: 
Este ensaio consiste na determinação da tangente ou seno do angulo de 
faseentretensãoecorrentequandoseaplicaumatensãoa60Hznoóleoaanalisar.Aa
mostra é colocada entre os 2 eletrodos de um capacitor e, em seguida 
éaplicadauma tensão constante a uma temperatura fixa. A leitura obtida para os 
parâmetros acima é tomada como o fator de Perdas Dielétricas. Como no caso 
anterior, 
ovalordeperdasintrínsecoaoshidrocarbonetoséextremamentebaixoeéalteradope
lapresença de impurezas. Neste caso, por ser um ensaio executado em 
condiçõesdeequilíbrio é sensível também às impurezas solúveis, que não 
interferem naRigidezDielétrica. 
 
Estabilidade àOxidação: 
Nesteensaio,aamostradeóleoésubmetidaaaquecimentoa100Celsius,comborbul
hamento de oxigênio e em presença de catalisador de cobre. Ao final 
de164horasaamostraéretiradadosistemaedetermina-
seoseuteordeborraeíndicedeacidez. 
A borra, sobre o que falaremos mais adiante, é um produto da 
oxidaçãodoshidrocarbonetos. Também os produtos ácidos determinados pelo 
índice deacidezsão resultantes da suaoxidação. Este ensaio visa, portanto, 
avaliar a estabilidade química da amostra emestudo. 
Émuitoimportanteobservarqueesteensaionãoguardanenhumarelaçãocomoproc
essorealdeoxidaçãodoisolantenotransformador.Trata-
seapenasdeumamedidadaqualidadedefabricaçãodoprodutoeindicaumatendênci
aàoxidaçãomais rápida ou maislenta. 
 
EnxofreCorrosivo: 
É um ensaio simples que consiste em imergir uma pequena tira de cobre 
polidonaamostradeóleoe,apóssubmeteroconjuntoaaquecimentosobatmosferade
Nitrogênio por 16 horas a 140 Celsius, observar o aparecimento de 
manchasnegras de sulfeto de cobre na superfície datira. 
Seu objetivo é verificar a eficiência da remoção dos compostos de enxofre 
duranteo processo derefino. 
 
Teor de AditivoAntioxidante: 
O objetivo deste ensaio é apenas o de verificar a presença e teor 
deaditivoantioxidantenaamostradeóleo,pormeiosquímicos.Suaimportânciaresid
enofato de que um óleo isolante contendo este tipo de aditivo irá 
apresentarexcelentesresultadosnoensaiodeEstabilidadeàOxidação,impedindoaverificaçãodarealestabilidade química do produtooriginal. 
Nocasodosóleosadquiridoscomesteaditivo,énecessárioverificarseoteoréaquele 
especificado por ocasião dacompra. 
 
Teor deÁgua: 
Este ensaio consiste na determinação, através de reações químicas, 
 
 
daquantidadede água presente na amostra de óleo sobanálise. 
A água apresenta solubilidade muito baixa nos hidrocarbonetos, contudo 
emóleosmineraisnovos,ésolúvelatéafaixade60a70ppm/Acimadestesteoresiremo
sencontrar água em suspensão no óleoisolante. 
Nocasodosóleosnovos,esteensaiovisaverificaraqualidadedosprocessosdefabric
ação e transporte e manuseio doproduto. 
 
Índice de AcidezTotal: 
Éumadeterminaçãoporviaquímicadaquantidadetotaldetodososcompostoscapaz
es de reagir com solução alcoólica de Hidróxido de Potássio. 
Todososcompostosácidos,ouquepossamdarreaçãoácidanestascondições,irãos
erdeterminados por estemétodo.Assim, iremos determinar a presença de 
compostos oxigenados, sulfuradoseoutros. Para óleos novos, irá também 
verificar a qualidade dos processos de refinoefabricação. 
Os óleos de origem mineral foram os primeiros produtos 
desenvolvidosparautilização como fluido refrigerante em transformadores. 
Portanto, os 
projetosbásicosdamaioriadostransformadoresisoladosaóleosãobaseadosnassu
aspropriedades e os fluidos desenvolvidos para aplicações 
especiais,queestudaremosaseguir,procuramaproximar-
sedesuascaracterísticas.Assim,acompreensão das propriedades dos óleos 
minerais é essencial para operfeitoentendimento dosdemais. 
 
 
 
MANUTENÇÃO PREVENTIVADOSTRANSFORMADORES: 
a) ConceitosBásicos: 
A manutenção preventiva é uma técnica baseada na intervenção 
emequipamentos,corrigindo preventivamente situações ou componentes cuja 
deterioraçãooudesgaste é previamente conhecido. Tem como objetivo principal 
reduziraocorrênciadefalhas,evitandoasinterrupçõesdefuncionamentoediminuind
29 
 
 
ooscustos da manutenção tradicionalcorretiva. 
Deumaformaprática,istosetraduznasubstituiçãodepartesdosequipamentosmais 
sujeitas ao desgaste, antes que venham a falhar, com o objetivo de prolongara 
vida útil de todo o sistema e evitar a ocorrência de falhas. É também 
freqüenteaalteraçãodecondiçõesdeoperaçãocomoobjetivodeaumentaraexpectat
ivadevida. 
Nostransformadores,ocomponentemaissujeitoaodesgasteedeterioraçãoéosiste
ma papel/óleo isolante. Assim, sua vida útil está diretamente relacionada àvidado 
isolamento sólido aplicado sobre as espiras. Uma vez perdido este 
isolamento,atarefabásicadotransformadornãomaisseráexecutadaeoreparonece
ssárioconsistirá no reisolamento total dasbobinas. 
Portanto, observamos que a manutenção preventiva destes equipamentos 
nãopodeconsistirnasubstituiçãoperiódicadopapelisolante,devidoaoaltocustodest
aoperação. 
Nos transformadores elétricos, a manutenção preventiva 
consisteemminimizar os fatores que aceleram o envelhecimento do 
papelisolante. 
A manutenção preventiva visa também otimizar as condições de 
operaçãodostransformadoresdeformaareduziraprobabilidadedeocorrênciadefal
has.Nocaso do transformador isto consiste em manter o meio isolante 
livredeimpurezas que possam prejudicar seudesempenho. 
 
b) Prolongamento da VidaÚtil: 
O papel isolante utilizado em transformadores é produzido a partir 
dacelulosevegetaldefibralonga.Devidoàsuautilização,estacelulosedeveseromais
purapossívelqueeventuaisimpurezasnãoprejudiquemsuaspropriedadesisolantes
.Assim,oprocessodeenvelhecimentodopapelisolanteseráestudadoapartirdocom
portamento dacelulose. 
A celulose é do ponto de vista químico, um açúcar polimérico 
(polissacarídeo)quesofre degradação pela ação do calor e agente químicos. 
Entre asreaçõesquímicas dos polissacarídeos, a mais importante para o papel 
isolante é adehidrólise, isto é, sua decomposição por ação daágua. 
A seguir, ilustramos estesprocessos. 
 
(1) CELULOSE+CALOR->H20+C02+CELULOSE (2) 
Sobaaçãodocalor,amoléculadacelulose(1)parte-seem2oumaispedaços, 
(celulose 2) menores que a moléculaoriginal. 
 
ÁCIDOS 
(1) CELULOSE+H20 ---------->CELULOSE (2)+CELULOSE (3) 
 
CALOR 
Emcontatocomaáguaempresençadeácidosecalor, 
amoléculadacelulosehidrolisa-
se,resultandoem2oumaismoléculasdecelulosedepesomolecularmenor que 
ooriginal. 
Comoemtodopolímero,suaspropriedadesmecânicaseelétricasdependemdopeso 
molecular e, portanto, do tamanho da molécula. A continuidade 
dosprocessosdescritosacimafazcomqueopapelisolanteperca,aolongodotempo,s
30 
 
 
uaspropriedades de resistências mecânicas e elétricas, levando o transformador 
a falhar. 
Podemos concluir agora, que a principal ação de manutenção 
preventivaparaaumento da vida útil de transformadores consiste em 
proteger o papelisolante da ação do calor, da água e dos compostosácidos. 
c)Prevenção deFalhas: 
Durante a operação dos transformadores, seu sistema isolante 
éconstantementesolicitadoeletricamente.Paraquenãoocorramdescargaseénece
ssárioqueoisolamento esteja sempre em perfeitas condições. Um dos fatores 
queprejudicamas propriedades isolantes dos materiais é a presença de 
impurezas misturadasdeformaheterogênea. 
A existência de descontinuidades nos materiais isolantes deforma o 
campoelétriconavizinhança,ocasionandoaocorrênciadepequenasdescargasparc
iais.Esteprocesso altera as propriedades isolantes do material, prejudicando 
oseudesempenho. 
No que se referem aos óleos isolantes, estas impurezas consistem 
principalmentenapresença de água e partículas sólidas emsuspensão. 
 
d) Comportamento daÁgua: 
A água pode estar presente nos óleos isolantes em solução ou em suspensão, 
easuainterferêncianaspropriedadesdoisolanteseráfunçãodaformaemqueseenco
ntra. 
Aáguaserádissolvida,atéolimitedesuasolubilidadenofluidoemquestãoenesta 
forma, por compor uma mistura homogênea com o isolante, não 
iráinterferirsignificativamente nas suas propriedades elétricas. A quantidade total 
de 
águaqueumfluidoserácapazdedissolveréfunçãodaquantidadedecompostospolar
eseoxigenados presentes nolíquido. 
Quando em solução, a água irá participar da reação de hidrólise do 
papelisolante,diminuindo a sua vidaútil. 
 
A água em suspensão no líquido isolante irá atuar de maneira idêntica 
aumapartícula sólida não condutora, alterando o campo elétrico nas 
proximidadeseinterferindonegativamentenaspropriedadesdeRigidezDielét
ricaePerdasDielétricas. 
 
e) Efeito das PartículasSólidas: 
Os sólidos suspensos nos fluidos isolantes podem ser não condutores 
enãomagnéticos.Oseuefeitoéidênticoaojádescritoparaaágua,devendoserobserv
adoquenocaso de partículas condutoras e magnéticas, sua intensidade é 
extremamentemaiselevada. Devemos observar que as partículas em questão 
são dedimensõesmicroscópicas, na faixa de 0,5 a 200 µm. 
 
A principal ação de manutenção preventiva para prevenção de 
falhasemtransformadores é a remoção de água e partículas sólidas 
emsuspensão. 
MANUTENÇÃO PREDITIVA EM TRANSFORMADORES: 
a) ConceitosBásicos: 
31 
 
 
Estaéamaismodernatécnicademanutençãoatualmenteemusoeconsisteemacom
panhar, periodicamente, as características e propriedades 
dosdiversoscomponentes de um sistema e proceder a uma intervenção quando 
verificadoquese encontra na iminência defalhar. 
É a metodologia mais rentável do ponto de vista econômico-financeiro, já 
quealémdosbenefíciosdamanutençãopreventiva,evitatambémintervençõesprec
ocesesubstituição de partes dos equipamentos que ainda apresentem boas 
condiçõesdefuncionamento. 
Nos transformadores elétricos isolados a óleo a inspeção direta 
deseuscomponentes não é possível sem a retirada de operação dos 
equipamentos. Jáqueisto é exatamente o que se procura evitar através da 
manutenção, seránecessárioum procedimentoindireto. 
Duranteaoperaçãodostransformadores,olíquidoisolanteestarácirculandoemseu 
interior, em contato com todos os demais componentes do 
equipamento.Assim,quandodaocorrênciadefalhaemqualquerdesuaspartes,algu
masdaspropriedades do liquido isolante serãoalteradas. 
Amanutençãopreditivanostransformadores,portanto,baseia-
senoacompanhamentoperiódico e 
sistemáticodaspropriedadesdoseulíquidoisolante. 
Qualquer variaçãodestas propriedades que não 
sejaconseqüênciadoenvelhecimentonormaldo produto será uma indicação 
da existência defalhaincipiente notransformador. 
 
b)Falhas emTransformadores: 
Nos transformadores, iremos observar dois tipos principais de falha: 
FalhasdeMaterial e FalhasElétricas. 
Asfalhasdematerialconsistemnadegradaçãoprecocedosmateriaisexistentesnostr
ansformadores,sendoasmaiscomunsàoxidaçãodoaçodotanqueounúcleo, a 
deterioração dos materiais de soldas, o desfibramento do papel eadeterioração 
dos demais isolantessólidos. 
Nestes casos, ocorrerá a contaminação do líquido isolante 
pelosmateriaisdegradados na forma de partículas sólidas ou de seus 
constituintessolúveis,alterando as propriedades doóleo. 
As falhas elétricas são aquelas conseqüentes das anteriores, isto é, a 
ocorrênciadepontos quentes por mau contato ou degradação do 
papel,sobreaquecimentogeneralizadodevidoaoexcessivoenvelhecimentodoóleo
oupapel,edescargaselétricas de alta ou baixa energia devidas à falhas 
doisolamento. 
Em todos estes casos ocorrerá a elevação da temperatura do ponto onde 
ocorreafalha e, conseqüentemente, a pirólise de diminutas quantidades do 
material 
isolante.Osprodutosdestapirólisepodem,emmuitoscasos,serdetectadospormeio 
de ensaiossimples. 
 
COMPORTAMENTOEMSERVIÇODOSÓLEOSISOLANTES: 
 
ÓLEOS MINERAIS DE USOGERAL: 
Estesóleos,quechamaremosapenasdeÓleosMineraisIsolantes,apresentamreaç
ão de oxidação durante sua operação normal em transformadores 
eosprocedimentos de manutenção devem levar em conta esta característica. 
 
 
Aseguir,estudaremos estecomportamento. 
 
a) Processo Oxidativo dos Óleos MineraisIsolantes: 
Como visto anteriormente, os óleos minerais isolantes são 
constituídosbasicamenteporcompostosquímicosdaclassedosHidrocarbonetos.P
ortanto,oseu comportamento com relação à oxidação será determinado 
porestescompostos. 
Os Hidrocarbonetos, sob a ação do calor, reagem com o oxigênio dissolvido 
noóleoconforme aseguir: 
1)...C-C-C- + 02 -> ...C-C-C. (RADICAL LIVRE) +H20 
2) ...C-C-C. + 02-’ ...C-C-C-O-O. (RADICALPERÓXIDO) 
3)...C-C-C-O-O. + - C-C... -’. C-C- (RADICAL LIVRE) ++...C-C-C-O-H 
(HIDROPERÓXIDO) 
4) ...C-C-C-O-O-H + 02 -> ..C-C-C-O-O. (RADICAL PERÓXIDO) +OH- 
Como podemos observar, as etapas 2, 3 e 4 formam uma reação em cadeia 
istoé,repete-
seindefinidamentecomvelocidadecrescenteaolongodotempo.Aetapalenta da 
reação é a primeira, a reação do hidrocarboneto com ooxigênio. 
Por isso, os aditivos antioxidantes devem ser substancias que atuem 
nestaprimeiraetapa,reagindocomosradicaislivresformadossemdarorigemanovos
radicais livres. Este comportamento é observado nos compostos 
aromáticosleves,que constituem a maioria dos antioxidantes para óleosminerais. 
O desenvolvimento da reação ao longo do tempo pode 
serrepresentadograficamente come a seguir: Comportamento Tempo de 
OperaçãoxEnvelhecimento 
 
 
 
 
 
 
 
Observamosnestegráficoumainflexãoacentuadanoponto3,representandoomom
ento em que as concentrações de produtos de oxidação tornam-se 
significativase, portanto quando a manutenção preventiva deverealizar-se. 
Os mecanismos de terminação da reação de oxidação são osseguintes: 
1) RAD.PERÓXIDO + RAD. PERÓXIDO ->ÁLCOOIS 
2) HIDROPERÓXtDOS + 02 ->ÁCIDOS 
32 
 
 
3) ÁCIDOS + ÁLCOOIS -> ÉSTERES POLIMÉRICOS(BORRA) 
4) RAD. LIVRE + RAD. LIVRE ->HIDROCARB. POLIMÉRICOS(BORRA) 
Estes produtos finais de oxidação são compostos oxigenados 
compolaridadeelétrica na molécula e, portanto maus isolantes elétricos. Além 
disso, observamosapresença de ácidos que são aceleradores da degradação do 
papelisolante. 
Osprodutospoliméricosformadosnaúltimaetapadareação 
sãoextremamenteprejudiciais,jáquepeloseualtopesomolecularsãosólidosquesed
epositamsobreasespirasdotransformadorimpedindoatransmissãodocalor.Porser
emoxigenados, irão também acumular água, acelerando ainda mais a 
degradaçãodopapel. 
 
a) Degradação Térmica dos ÓleosMinerais: 
Os hidrocarbonetos sofrem pirólise gerando outros hidrocarbonetos de 
menorpesomolecular.lstoé,sobaaçãodocalorsuasmoléculas“quebram”empedaç
osdeváriostamanhos,incluindocompostosdemuitobaixopesomoleculare,portanto
,gasosos. 
Esta reação obedece a leis termodinâmicas predeterminadas e assim, 
osprodutosgeradospelapiróliseserãofunçãodatemperaturaaqueoóleoforsubmeti
do.Asreações de pirólise mais importantes para a manutenção são asseguintes: 
1)...C-C-C-C-C- + CALOR -> ...C-C-C-C=C- + H2(HIDROGÊNIO) 
2) ...C-C-C-C-C-+ CALOR -’ ...C-C-C=C- + CH4(METANO)3) ...C-C-C-C-C-+ 
CALOR-- ...C-C=C- + C2H6(ETANO) 
3)...C-C-C-C-C-+ CALOR -> ...C-C=C- + C2H4(ETILENO) 
4) ..C-C-C-C-C-+ CALOR-> ...C-C=C- + C2H2(ACETILENO) 
As reações 1 e 3 ocorrem a baixas temperaturas, em seguida, temos as 
reações2,4 e 5 em ordem crescente detemperatura. 
 
b) ManutençãoPreventiva: 
Extensão da VidaÚtil: 
Como vimos anteriormente, a extensão da vida útil dos transformadores 
isoladosaóleo mineral consiste em proteger o papel isolante do ataque da água 
ecompostosácidos. Os melhores resultados serão obtidos quando a intervenção 
damanutençãofor realizada antes que a reação de oxidação chegue às 
últimasetapas. 
Caso seja formada grande quantidade de Borra e compostos ácidos, 
atroca,secagem,ouregeneraçãodoóleoseráineficiente,jáqueosprodutossóli
dosdeoxidaçãopermanecerãodepositadossobreopapelisolante.Suaremoçã
osóépossível com a abertura da unidade, lavagem da parte ativa e 
posteriorsecagem. 
Para atingir este objetivo, devemos proceder periodicamente e 
sistematicamenteaosensaiosquesãosensíveisàágua,ácidosemateriaisoxigenad
os,istoé,TeordeÁgua, Índice de Acidez e TensãoInterfacial. 
A combinação dos ensaios de acidez e tensão interfacial é que nos 
permitedeterminaropontodeinflexãodacurvadeenvelhecimentodosóleosminerais
.Oensaio de acidez determina os compostos ácidos já formados e o 
detensãointerfacial é sensível aos produtos intermediários deoxidação. 
 
Prevenção deFalhas: 
33 
 
 
Como para os outros óleos isolantes, o objetivo de prevenção de falhas 
éalcançado pelo acompanhamento das propriedades sensíveis à 
presençadeimpurezasinsolúveis: 
 
Rigidez Dielétrica e PerdasDielétricas. 
No caso dos óleos minerais, entretanto, por serem oxidados ao longo do 
tempodeoperação, os valores para avaliação desses parâmetros serão 
dependentes dograude oxidação do óleo e, portanto, do seu nível de acidez 
e tensãointerfacial. 
- As indicações de contaminação por água e partículas detectadas nos 
ensaiosdeRigidez e Perdas Dielétricas devem ser verificadas pelo ensaio de 
Teor de 
Águae,senecessário,ensaiosespecíficosparadeterminaraquantidadeenaturezad
aspartículaspresentes. 
 
c) ManutençãoPreditiva: 
A manutenção preditiva é realizada determinando-se 
periodicamente,porCromatografiadaFaseGasosa,osteoresdosgases(conformed
escritonaseçãob) dissolvidos noóleo. 
É importante assinalar que este método de ensaio é sensível 
aquantidadesextremamente pequenas de gases e, portanto, permite detectar 
falhas elétricasemestágio muitoincipiente. 
Naprática,toma-seumaamostradecercade50 
mldeóleoisolantequeé,emlaboratóriosubmetidaavácuoparaextrairosgasesdissol
vidos.Umapequenaalíquotadestesgaseséentãoanalisadaeosresultadosobtidoss
ãoavaliadosdeacordo com métodos pré estabelecidos, baseados na temperatura 
de formaçãodecada gás. O critério mais simples de diagnóstico é o chamado 
método dos “GasesChave” que mostramosabaixo: 
 
 
 
MÉTODO DO GÁSCHAVE: 
GÁSCHAVE FALHACARACTERÍSTICA 
HID HIDROGÊNIO(H2)METANO DESCARGAS PARCIAIS NOÓLEO 
ACETILENO(C2H2) ARCO ELÉTRICO NOÓLEO 
ETILENO (C2H4) SOBREAQUECIMENTO 
MONÓXIDO DECARBONO DESCARGAS PARCIAIS 
MONÓXIDO E 
DIÓXIDODECARBONO 
SOBREAQUECIMENTO 
NOPAPEL 
Estatabela relacionaogásquepredominanamisturacomafalhaqueIhedeuorigem. 
A próxima tabela mostra o chamado Método IEC, ou método de 
Rogersparadiagnóstico. A exemplo do anterior está baseado na temperatura de 
formaçãodosgases, porém, considera as relações entre os seus teores ao invés 
de cada gásemseparado. 
Este é o método atualmente normalizado pela ABNT, para DiagnósticodeAnálisesde Gases Dissolvidos em ÓleosIsolantes. 
 
MÉTODO ABNT PARA DIAGNÓSTICO DEFALHAS 
FALHACARACTERÍSTICA CÓDIGO 
34 
 
 
OPERAÇÃONORMAL 0 00 
DESCARGAS PARCIAIS 
DEBAIXAENERGIA 
0 10 
DESCARGAS PARCIAIS 
DEALTAENERGIA 
1 10 
ARCO DE BAIXAENERGIA 1-2 / 0 /1-2 
ARCO DE ALTAENERGIA 1 02 
FALHA TÉRMICALEVE 0 01 
FALHA TÉRMICA 
DEBAIXATEMPERATURA 
0 20 
FALHA TÉRMICA 
DEMEDIATEMPERATURA 
0 21 
FALHA TÉRMICA 
DEALTATEMPERATURA 
0 22 
 
Éaindadefundamentalimportânciaparaamanutençãopreditiva,aperiodicidadereg
ular na execução das análises. Esta periodicidade é definida de acordo 
comosdiagnósticosobtidos. 
Para transformadores em operação a seguinte periodicidade, emcasos deoperação 
normal, pode ser consideradasatisfatória: 
- PrimeiraAnálise 
- Três mesesapós 
- PeriodicidadeAnual. 
 
CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃO DO TRANSFORMADOR NO SISTEMA 
DEPOTÊNCIA 
 
TRANSFORMADOR: 
 › componentefundamental dos sistemas depotência para transmissão de 
energia a grandesdistâncias; 
 › permiteinterligaçãodesistemasdediferentesníveisdetensão; 
 ›promove isolação galvânica entrecircuitos 
Concebido,naformacomooconhecemoshoje,aofinaldoséculo XIX,tornou 
possível a transmissão de energia elétrica a grandesdistânciasem corrente 
alternada, em oposição aos sistemas originais decorrentecontínua, cujas 
distâncias máximas, entre a geração e a utilização,não ultrapassavam a 
poucosquilômetros. 
Aspecto fundamental dos sistemas de energia em corrente alternada: 
 
►Possibilidade, propiciadapelouso dotransformador,demudançadosníveisde 
tensão nas diversas etapas dosistema. 
 
Principal impacto da mudança nos níveis detensão: 
› redução das perdas de condução(joule); 
›redução no custo da instalação, principalmente daslinhas de transmissão. 
 
Perdajoule: 
›principalcomponentedeperdasdosistema; 
35 
 
 
›dependedoquadradodacorrenteconduzida. 
 
Aumentodeumaordemdegrandezanatensãodosistema 
reduzasperdasemduasordens de grandeza para os mesmoscondutores 
›aumentodramáticodorendimento de transmissão. 
 
Adequando-
seoscondutoresànovacorrente,aumentodeumaordemdegrandezana tensão, 
reduz as perdas e o peso dos condutores em uma ordem degrandeza 
›Aumentoexpressivodorendimentoereduçãosignificativadocusto. 
 
Exemplo: Linha de transmissãotrifásica-potência : 45MW 
Distância: 50 kmentre o ponto de geração e o ponto deconsumo. 
 
1º CASO - transmissão na tensão de geração de13,8KV. 
 
Corrente a ser conduzida : IF= 1.882A/fase 
Condutores necessários (carregamento típico da ordem de 1,5A/mm² ) : 
2.500MCM 
Resistênciaespecífica paracondutor de 
alumínio:0,0216Ω/km›R50km=1,08Ω/fase 
Perda joule total : PJ = 3.R.(IF)
2= 11,5MW 
Peso total de condutores: 500ton. 
Rendimento da transmissão: η = (45 – 11,5) / 45 = 0,745 →74,5% 
 
2º CASO - transmissão com tensão elevada para 138kV. 
 
Corrente a ser conduzida : IF= 188A/fase 
Condutores necessários (carregamento típico da ordem de 1,5A/mm² ) : 
300MCM 
Resistênciaespecífica paracondutor de alumínio:0,18Ω/km›R50km=8,98Ω/fase 
Perda joule total : PJ = 3.R.(IF)
2= 0,95MW 
Peso total de condutores: 59ton. 
Rendimento da transmissão: η = (45 – 0,95) / 45 = 0,979→ 97,9% 
 
Níveisdetensão:funçãodapotênciatransmitidaedadistância: 
Sistema de potênciatípico: 
Distâncias entre geraçãoe consumo › centenas ou atémilhares de 
quilômetros 
 
 
 
 
 
 
TRANSFORMADORPRESENTEEMTODASASINSTÂNCIASDOSISTEMADEP
OTÊNCIA: 
36 
 
 
 
Aspectos construtivos de transformadores depotência trifásico de médio 
porte (40MVA): 
 
Núcleo magnéticoConservador de óleo 
Comutadorde 
Tapes sobcarga 
 
Radiadores de calor 
 
 
 
 
TanqueEnrolamentos primário 
 
e secundário 
Bobinas de A.T.(em corte) 
 
 
 Bobina 
de B.T. (em corte) 
 Conexões das 
Bobinas 
 
 
Catálogo Comercial SIEMENS. 
Tipos de construção do núcleo para transformadores depotência 
Transformadoresmonofásicos: 
Variantes quanto ao conceito construtivo donúcleo: 
› núcleoenvolvido ou tiponuclear → emgeral “maiscobre–menosferro” 
› núcleoenvolvente ou tipo encouraçado → emgeral “menos cobre –mais ferro” 
 
 
TENSÕESELEVADASIMPEDÂNCIA
MODERADA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TENSÕES BAIXAS EMÉDIASBOM 
ACOPLAMENTOMAGNÉTICO 
 
 
 
 
 
 
TIPO NUCLEARCOM 
BOBINAS EMDISCO 
 
 
 
 
 
37 
 
 
 
 
Transformadorestrifásicos: 
Variantes construtivas donúcleo: 
› núcleoenvolvidooutiponuclear → transformadorde3colunas 
› núcleoenvolventeoutipoencouraçado → transformadorde5colunas 
 
 
Exemplos de variantes construtivas donúcleo: 
TENSÕES MÉDIAS 
EALTASBAIXAIMPEDÂNCIA 
 
 
 
 
 
TIPO 
ENCOURAÇADOCOMBOBINASCON
CÊNTRICAS 
 
 
BAIXA IMPEDÂNCIA DE SEQUÊNCIAZERO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ELEVADA IMPEDÂNCIA DE SEQUÊNCIAZERO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
38 
 
 
 
 
NÚCLEO TRIFÁSICO DE 5COLUNASNÚCLEO MONOFÁSICO DE 
3COLUNAS
 
 
Detalhes de execução donúcleo: 
Bobinas cilíndricas: maior resistência aos esforços eletrodinâmicos e menor 
resistênciaôhmica. 
› 
núcleodeveestarinscritonabobinademodoamaximizarasecçãodeferronumdadoe
spaço 
› núcleoescalonado
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Detalhes de execução donúcleo: 
Gradação do escalonamento 
em função do porte do 
núcleo 
Execução dos canais de 
passagem de óleo para 
refrigeração do núcleo 
39 
 
 
ESPESSURA TOTAL DA ISOLAÇÃO ENTRELÂMINAS 
ConsolidaçãoMecânica e Magnética do Núcleo › Sobreposição das Lâminas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TÉCNICAS DIFERENTES DESOBREPOSIÇÃO 
EM FUNÇÃO DO PORTE DO NÚCLEO EDE 
LIMITAÇÃO DE LARGURA DASCHAPAS 
 
 
Detalhes de execução donúcleo: 
 
Materialferromagnéticousualmenteempregadoemtransformadoresdepotência: 
› aço siliciosocom teor de silício de 4 a 5% 
› laminadoafriocomgrãoorientado 
› revestido com película isolanteorgânica 
Espessura reduzida da lâmina: ≤ 0,35mm-densidade de fluxo usual: até ~ 1,6 
Wb / m² 
PROBLEMAS BÁSICOS NA REGIÃO 
DASOBREPOSIÇÃO: 
› Incrementodasperdasnoferro 
40 
 
 
 
Consumo específico depotênciareativamagnetizante: 
 
 
 
 
Comportamento da corrente magnetizantee das perdas no ferro com a 
direçãodalaminação dachapa 
Tipos de construção das bobinas para transformadores depotência 
Fatores que determinam o tipo de bobinasutilizadas: 
› potênciadotransformador 
› tensãonominaldoenrolamento 
› características específicas comosuportabilidadea surtos 
GRÃONÃO 
ORIENTADO 
GRÃOORIENTADO 
41 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Detalhes de execução de bobinas para transformadores depotência 
Projeto e execução das bobinas devem garantir: 
› adequadasustentaçãomecânica - resistênciaaosesforçosdecurto-circuito 
› adequada isolação - suportabilidade a surtos detensão 
› adequada refrigeração - passagens de óleo para troca de calor 
maiseficiente 
 
 
 
 
 
 
 
BOBINAHELICOIDAL 
› Condutoresdegrandesecção 
› Condutores subdivididos 
› Espirasapoiadas 
 
BOBINASHELICOIDAIS: 
›enrolamentos de baixa 
tensão 
 
BOBINASDE MÚLTIPLAS 
CAMADAS E EM 
DISCO:›enrolamentos de 
média e alta tensão 
42 
 
 
 
Detalhes de execução de bobinas para transformadores depotência 
Bobinasconstruídasusualmentecomcondutoresdesecçãoretangular: 
› Melhoracomodação › maiorsustentaçãomecânica › 
trocadecalormaiseficiente 
→ densidades de correntes utilizadas dependem do porte e do método de 
resfriamento: 
→ Valoresdereferência: 1,5- 2,5a/mm² 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Condutor usualmente empregado: 
Bobinas com múltiplasespiras 
› Cobretrefilado 
› Condutividade:97 a 99 %i.a.c.s. 
 
 
 
 
 
 
BOBINACONTÍNUA 
› Condutoresdesecçãoreduzida 
› Canaisde circulação deóleo 
 
 
 
 
 
BOBINA EMHÉLICE 
› Múltiplos 
condutoresdesecçãoreduzi
da 
› Canaisde circulação deóleo 
› Calçosentre camadas e 
anéisdepressãonasextremidade
 
 
› Isolado com papel kraft /nomex 
Bobinas em folhacontínua 
› Alumíniolaminado 
› Condutividade: 60 a 63 %i.a.c.s. 
EXEMPLOS DE BOBINAS DE TRANSFORMADORES DEPOTÊNCIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bobinas montadas sobre o núcleo e conectadas entresie ao comutador 
sobcarga 
43 
 
 
Bobinas Helicoidais Contínuas 
 
 
MÉTODOS DE RESFRIAMENTO DETRANSFORMADORES: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
44 
 
 
FUNCIONAMENTO DOTRANSFORMADOR 
 
Transformador: 
› estruturaconstituídadenúcleodematerialferromagnético 
associadoaumaBobinadeexcitação(desconsiderado,porora,osecundário) 
› Configuraumcircuitomagnéticocomsecção“Sfe”ecomprimento“Lfe” 
 
Conectado à fonte de 
tensão V1: 
›Absorvecorrentedeexcitação: 
Im 
›Forçamagnetomotriz: 
FMM=N1.Im 
›Resultafluxo 
magnéticoestabelecido 
nonúcleo: 
Φ = FMM/ ƦondeƦé a 
relutância nonúcleo ) 
 FMMΦ 
(Causa) (efeito) 
 
►Fluxo se distribui uniformemente na secção donúcleo, produzindo uma 
distribuição de induções: BFE= Φ /SFE 
►Força magnetomotriz se aplica ao longo docomprimento do circuito 
magnético, resultando numa distribuiçãode campo magnético: HFE= FMM/LFE 
 
CIRCUITO MAGNÉTICO ALIMENTADOEMTENSÃOALTERNADA: 
 
 
 
 
› Correntedeexcitação éalternada 
› Forçamagnetomotrizéalternada 
45 
 
 
› Fluxoéalternadonotempo 
 
 Φ = Φ(t) = ΦM.senω.t 
 
LEI DE FARADAY: E1= E1(t) = N1.dΦ(t)/dt 
E1 = f.e.m.Induzida,queequilibraatensãoaplicada pela fonte,permitindo a 
absorção da corrente de excitaçãoImV1(t)≈ E1(t) 
E1(t) = N1.dΦ(t) /dt = N1. d/dt (ΦM.sen ω.t) = N1. ΦM.ω.cos ω.t = EM. 
cosω.t 
EM= 2.π.f.N1.ΦM= √2.E1 o n d e : → E1: valor eficaz da 
tensãoinduzida 
E1=√2.π.f.N1.ΦM=4,44.f.N1.ΦM 
Φ = ΦM.senω.t → BFE= BM. senω.t → HFE= HM. senω.t 
Im = IM. senω.t 
E1=EM.cosω.t →V1(t)≈E1(t)→ V1= VM. cosω.t 
Correntedeexcitaçãoabsorvida,atrasada90°datensãoaplicada ► 
Correntereativaindutiva 
 
 
Diagrama de fasores da 
operaçãodocircuito magnético –
transformadorem vazio, com 
núcleo semperdas. 
 
MATERIAIS MAGNÉTICOS EMPREGADOS NA CONSTRUÇÃO 
DOSNÚCLEOSCARACTERÍSTICAS EPROPRIEDADES: 
 
Material ferromagnético do núcleo nãoideal: 
›permeabilidadeelevada, porém finita; 
V1E1 
Im ΦM 
46 
 
 
µ .
›manifestaefeitosdesaturaçãoehisterese magnética; 
›manifestaperdasdeenergiacommagnetizaçãocíclica. 
 
Permeabilidadeelevada ›contribuiçãodosdomíniosmagnéticoscomo campo 
externo aplicado, reforçando o campo no interior domaterial. 
Saturação ›limitedecontribuiçãodomaterial,poralinhamentocompleto dos 
domínios com o campoexterno. 
Histerese ›retençãodemagnetizaçãoresidualnaausênciadecampoexterno, 
devido à relaxação não integral dosdomínios. 
 
CARACTERIZAÇÃO DA PERMEABILIDADE E SATURAÇÃOMAGNÉTICA: 
Mecanismo de magnetização não linear donúcleo: 
H › intensidadedecampoproduzidapelacorrentedeexcitaçãoIm 
µ0 .H › indução resultante no ar (sem o meioferromagnético) 
J › polarização magnética do meio (resposta domaterial) 
B › densidadedefluxo totalresultantenomeio: B = µ0 .H + J 
 
 
 
 
Materialferromagnético 
Im1 › Domínios magnéticosorientáveis 
 
 
 
 
J1 
 
Nµ0 .H1 
 
 
 
47 
 
 
 
 
µ0.H 
J;B 
B1 
J1J 
µ0 .H 
 
H1H =N.Im/LFE 
 
Im2 
 
 
J2 
 
 
µ0 .H2 
 
J;B 
 
B2 
 
J2 J 
 
 
 
H2H 
 
 
CONCLUSÃO: 
Atecnologia apresentada eresumidanestetrabalho 
constituiumaferramentainigualável 
damodernaEngenhariadeManutenção.Possibilitaobteromelhordesempenhopo
ssível por maior tempo das Máquinas e dos TransformadoresElétricos em 
nossas instalações, com olhar sustentável e responsável. 
48 
 
 
 
EXERCÍCIOS 
 
a) Defina motores elétricos e principais tipos. 
 
b) Quais são as principais partes dos motores deCorrente Contínua? 
 
c) Justifique o nome de máquina assíncrona e sua explicação teórica. 
 
d) Quais são os tipos de motores de indução monofásicos? 
 
e) Cite duas vantagens do motor assíncrono em relação ao síncrono. 
 
f) O que são dados de placa? Cite 3 especificações obrigatórias em uma 
máquina elétrica. 
 
g) Por que o motor assíncrono não tem rotação síncrona? 
 
h) Defina escorregamento. Em que máquina elétrica ele ocorre? 
 
i) Explique por que a máquina síncrona tem velocidade do rotor igual à 
velocidade síncrona. 
 
j) Em quais leis do eletromagnetismo, constatamos o princípio de 
funcionamento dos motores de indução? 
 
l) Explique porquena indústria o motor de indução trifásico é mais utilizado e 
suas principais vantagens. 
 
 
 
m) Qual o ângulo de defasagem das bobinas na montagem de um motor 
trifásico? 
 
n) Quais são os tipos de ligações de um motor trifásico e suas principais 
características? 
 
o) Quais são os tipos de motores trifásicos e as tensões utilizadas na 
alimentação? 
 
p) Desenhe umesquema deligações de motores monofásicos e trifásicos, 
indicando suas terminações. 
 
q) Calcule a corrente de partida e corrente nominal de um motor trifásico de 30 
CV, sabendo-se que: tensão de alimentação é 380V, cosφ 0,81 e o rendimento 
é 83%, aplicando as informações da placa de relação Ip/In= 8.5 ? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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