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CENTRO UNIVERSITÁRIO AUGUSTO MOTTA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA CORRENTE ALTERNADA – APS A1 CAPACITOR DE PARTIDA EM MOTORES MONOFÁSICOS APLICAÇÃO RESIDENCIAL Ricardo Nascimento Corrêa Rio de Janeiro/RJ 02/10/2023 1 1. INTRODUÇÃO. Os motores monofásicos são amplamente utilizados em equipamentos domésticos, como geladeiras, condicionadores de ar, máquinas de lavar, ventiladores e muitos outros dispositivos. No entanto, esses motores têm dificuldades inerentes para iniciar a rotação devido à ausência de um campo magnético giratório, presente em motores trifásicos. É aqui que o capacitor de partida desempenha um papel crucial, permitindo o início suave do motor monofásico. Neste trabalho, vamos explorar o funcionamento do capacitor de partida e fornecer exemplos de sua aplicação em ambientes residenciais. 2. CAPACITOR DE PARTIDA - DEFINIÇÃO. Um capacitor de partida é um componente elétrico que é conectado em série com o enrolamento de partida do motor monofásico. Ele é projetado para fornecer um deslocamento de fase temporário no circuito do motor, criando assim um campo magnético rotativo que ajuda o motor a superar a inércia inicial e iniciar a rotação. Uma vez que o motor atinge uma velocidade suficiente, o capacitor de partida é desconectado automaticamente do circuito por meio de um interruptor centrífugo. Na figura 1 temos a ilustração de um capacitor de partida utilizado em motores de indução monofásico de portões eletrônicos, ventiladores, exaustores residenciais entre outros. Figura 1 – Capacitor de partida. 2 2.1 CAPACITOR DE PARTIDA - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO. Seu funcionamento pode ser dividido em três etapas: i. Na partida: o enrolamento auxiliar fica ligado em série com o capacitor e o interruptor centrífugo e em paralelo com o enrolamento principal. O auxiliar ajuda na partida e o principal é o responsável pelo funcionamento conforme ilustrado na figura 2. Isso cria uma diferença de fase entre as correntes no enrolamento principal e no enrolamento de partida. Essa diferença de fase cria um campo magnético rotativo temporário, que gira o rotor do motor, permitindo que ele comece a girar. Figura 2 - Representação elétrica das bobinas do motor com capacitor de partida. ii. Operação Normal: à medida que o motor ganha velocidade, o interruptor centrífugo localizado no eixo do motor detecta a velocidade de rotação, 75% a 80% da velocidade nominal, a bobina auxiliar e o capacitor de partida são desligados automaticamente, permanecendo em funcionamento somente as bobinas de trabalho. Isso evita que o capacitor de partida continue a operar e cause problemas de eficiência e aquecimento no motor durante a operação normal. Na figura 2 temos o gráfico referente a curva característica conjugado x velocidade de um motor monofásico utilizando o capacitor de partida. 3 Figura 2 – Curva característica conjugado x velocidade. iii. Eficiência Operacional: Com o capacitor de partida desconectado, o motor opera de maneira eficiente com um único enrolamento, sem a necessidade de um campo magnético rotativo adicional. Isso garante que o motor funcione com eficiência e economia de energia durante o uso contínuo. Como em toda partida de motor, os enrolamentos consomem uma corrente instantânea superior à sua corrente nominal, portanto, se o motor não parte por um defeito no centrífugo, há aquecimento e o motor pode sofrer danos. 2.2 CAPACITOR DE PARTIDA – DIMENSIONAMENTO. O capacitor instalado em série com o enrolamento auxiliar eleva o torque na partida e é retirado do circuito juntamente com o enrolamento auxiliar quando o interruptor centrífugo abre. O capacitor pode ser dimensionado pela seguinte equação: Onde, C – Capacitância (µF) Inaux – Corrente no enrolamento auxiliar (In X 2)(A) f – Frequência da rede elétrica (Hz) U – Tensão de linha (V) 4 2.3 CAPACITOR DE PARTIDA – LIMITAÇÕES, PROBLEMAS RELACIONADOS, VANTAGENS E DESVANTAGENS. Os capacitores de partida são úteis para motores monofásicos em aplicações específicas, mas eles têm suas limitações e podem não ser a solução ideal em todas as situações. É importante entender as necessidades da aplicação e as especificações do motor ao considerar o uso de capacitores de partida. Abaixo relacionamos algumas de suas limitações, desvantagens e problemas relacionados: Limitados a motores monofásicos: os capacitores de partida são projetados principalmente para motores monofásicos, o que significa que não são adequados para motores trifásicos. Para motores trifásicos, são usados capacitores de funcionamento ou capacitores permanentes. Limitados a determinadas cargas: funcionam bem em cargas de torque constante, como bombas e compressores, mas podem não ser tão eficazes em cargas com variações de torque significativas, como motores que exigem velocidade variável. Requerem manutenção: os capacitores de partida podem sofrer desgaste ao longo do tempo e podem precisar ser substituídos periodicamente para garantir um desempenho eficaz. Ajuste crítico: o valor do capacitor de partida deve ser dimensionado com precisão para a carga do motor. Um valor muito baixo pode não fornecer torque de partida suficiente, enquanto um valor muito alto pode causar problemas no motor e no circuito elétrico. Consumo de energia adicional: durante a partida, o capacitor de partida consome energia adicional para fornecer a corrente de partida. Isso pode aumentar o consumo de energia em comparação com a operação contínua do motor. Não são ideais para cargas de alto torque: em aplicações que exigem uma alta carga de torque de partida, os capacitores de partida podem não ser suficientes e podem ser necessários outros dispositivos, como inversores de frequência. Falhas potenciais: como qualquer componente elétrico, os capacitores de partida podem falhar com o tempo, o que pode resultar em problemas de partida do motor. 5 Limitações de temperatura: a temperatura ambiente pode afetar o desempenho dos capacitores de partida, e eles podem não ser adequados para aplicações em ambientes extremamente quentes ou frios. Aplicados e dimensionados adequadamente, os capacitores de partida oferecem varias vantagens importantes conforme relacionados a seguir: Partida eficiente: a principal vantagem dos capacitores de partida é que eles melhoram significativamente a capacidade de um motor monofásico de iniciar a rotação. Isso é especialmente útil em motores que, de outra forma, teriam dificuldade em superar o torque inicial necessário para iniciar a operação. Custo-benefício: os capacitores de partida são relativamente econômicos em comparação com outras soluções de partida, como motores de partida de alto torque ou inversores de frequência. Isso os torna uma escolha econômica para motores monofásicos. Simplicidade: são fáceis de instalar e manter. A maioria dos sistemas de partida de capacitores de partida é simples e requer pouca manutenção. Compatibilidade: os capacitores de partida são compatíveis com uma ampla variedade de cargas e motores monofásicos, tornando-os uma solução versátil para muitas aplicações. Eficiência energética: ao permitir que o motor inicie suavemente e atinja a velocidade de operação mais rapidamente, os capacitores de partida podem reduzir o estresse no motor e o consumo de energia durante a partida, o que pode resultar em economia de energia à longo prazo. Aplicações específicas: são especialmente úteis em aplicações em que o motor não precisa ser ligado com frequência ou em aplicações em que o motor deve ser ligado sob uma carga pesada, como compressores e bombas. Redução do desgaste: a partida suave proporcionadapelos capacitores de partida pode ajudar a reduzir o desgaste e a tensão no motor e nos componentes associados, prolongando sua vida útil. 6 Menos ruído e vibração: a partida suave e controlada proporcionada pelos capacitores de partida pode resultar em menos ruído e vibração durante a partida do motor, melhorando o conforto e a operação em algumas aplicações. Em resumo, os capacitores de partida têm seu lugar em aplicações específicas, principalmente em motores monofásicos de menor potência que não exigem partida frequente e que não têm altas demandas de torque inicial. No entanto, é importante considerar suas limitações ao escolher um sistema de partida para uma aplicação específica e garantir que ele atenda às necessidades do motor e da carga. 3. APLICAÇÕES RESIDENCIAIS. Seguem alguns exemplos de aplicação de capacitores de partida em motores monofásicos em ambientes residenciais: Refrigeradores: geladeiras e freezers domésticos frequentemente usam motores monofásicos com capacitores de partida. O capacitor de partida ajuda a superar a resistência inicial do compressor, permitindo que ele inicie o processo de refrigeração suavemente. Tomamos como exemplo o esquema elétrico de ligação do compressor de um sistema de refrigeração utilizando um capacitor de partida ilustrado na figura 3. Figura 3 – Diagrama elétrico compressor de refrigerador. 7 Condicionadores de Ar: muitos condicionadores de ar residenciais possuem motores monofásicos com capacitores de partida para garantir que o compressor comece a operar sem sobrecarga e danos. Na figura 4 temos o diagrama elétrico de uma ar condicionado, nota-se o uso do capacitor de partida. Figura 4 – Diagrama elétrico de um condicionador de ar. Máquinas de Lavar Roupa: as máquinas de lavar roupa usam motores monofásicos com capacitores de partida para iniciar o motor do agitador ou da bomba de água, conforme diagrama ilustrado na figura 5, garantindo um funcionamento suave. 8 Figura 5 – Diagrama elétrico máquina de valar roupas. Ventiladores e Exaustores: ventiladores de teto e exaustores residenciais frequentemente empregam motores monofásicos com capacitores de partida para garantir uma partida suave e silenciosa. Na figura 6 segue o diagrama elétrico de um ventilador de teto utilizando um capacitor de partida. Figura 6 – Diagrama elétrico de um ventilador de teto. 4. CONCLUSÕES. Em conclusão, os capacitores de partida desempenham um papel crucial na operação eficiente de motores de indução monofásicos. Eles são projetados para fornecer um impulso temporário de corrente durante a partida do motor, criando um campo rotativo que supera o momento inicial de inércia. Isso é fundamental em uma variedade de aplicações, desde eletrodomésticos até equipamentos industriais. Os capacitores de partida contribuem para melhorias na eficiência energética, reduzindo o consumo de energia durante a partida do motor, portanto, é importante compreender e aplicar corretamente esses dispositivos para garantir um funcionamento suave e econômico dos motores elétricos monofásicos em várias situações. Em aplicações residenciais, eles são amplamente utilizados em vários eletrodomésticos, garantindo uma operação eficiente. É importante manter esses capacitores em boas condições de funcionamento para garantir o desempenho confiável dos motores e a longevidade dos aparelhos em sua casa. 9 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS. ANDRADE, A. Motores Monofásicos. Disponível em: http://goo.gl/hmQgPp Acesso em: 15 de setembro de 2023. Instituto Federal de Santa Catarina – Manual de Motores Elétricos – Disponível em: https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/image/f/f7/Manual_de_Motores_El%C3%A9tricos_Kcel.pdf Acesso em: 16 de setembro de 2023. LOULEIRO, M. Motores Elétricos. Disponível em: Apostila_EG_Cap9.PDF (marioloureiro.net). Acesso em: 16 de setembro de 2023. MORO, Cleiton Franchi. Acionamentos Elétricos. 5. ed. São Paulo: Érica, 2014. Portal Eletrodoméstico – Diagramas Elétricos – Disponível em: http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/curso_refrigerador_componentes_eletricos_2.h tm?no_redirect=true Acesso em: 16 de setembro de 2023. http://goo.gl/hmQgPp https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/image/f/f7/Manual_de_Motores_El%C3%A9tricos_Kcel.pdf http://www.marioloureiro.net/tecnica/electrif/motores.pdf http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/curso_refrigerador_componentes_eletricos_2.htm?no_redirect=true http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/curso_refrigerador_componentes_eletricos_2.htm?no_redirect=true
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