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�� Curso de Engenharia Controle e Automação ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Prof. Marcio Jose da Silva�����Trabalho�14 maio-2009�30 Pontos����Estilo: Grupo de 3 alunos (máximo) – Data limite de entrega: 10/06/2009��� Problema 1. (18 pontos) Situação A A figura 1 mostra uma instalação de bombeamento de água.Os reservatórios são do tipo aberto e a altura de desnível Ho é considerada constante. O sistema opera com vazão e pressão variáveis. A bomba é do tipo centrífuga e esta acoplada a um motor de indução trifásico rotor em gaiola através de uma transmissão mecânica do tipo polias-correia dentada. Figura 1 As características do sistema são: Rede de alimentação do motor: 440 V – 60 Hz Ambiente em que o conjunto motor-bomba será instalado Altitude: 1250 m Temperatura máxima: 45˚C Ambiente úmido e isento de material corrosivo e combustível ou explosivo. Motor Assíncrono Trifásico IP55: A ser especificado. Transmissão tipo polias com correia dentada: Relação: Rendimento: Instalação Hidráulica: Bomba Multiestágios: 3500 rpm – rotor ( 280 mm Válvula motorizada de controle de fluxo Ciclo de trabalho da bomba: Diário: 350 m3/h durante 10:30; 250 m3/h durante 7 h; 150 m3/h durante 4:45. Anual: 360 dias. � A figura 2 mostra as curvas da bomba e do sistema para a rotação de 3500 rpm. A ordenada expressa a pressão, aqui denominada altura manométrica Hman, cuja unidade é mca (metro de coluna de água) ou simplesmente m. A Hman representa a quantidade de energia ,absorvida por 1 kg de fluido que atravessa a bomba, necessária para vencer o desnível da instalação Ho, a diferença de pressões entre os reservatórios e a resistência oferecida pelas forças de atritos ao longo do circuito por onde o fluido escoa (tubulações, acessórios, válvulas, etc). Esta resistência é chamada de perda de carga (H. A expressão da curva do sistema é dada por: , onde A abscissa expressa a vazão da bomba Q em m3/h. A figura 3 mostra a curva de rendimento da bomba em função da vazão da bomba para a rotação de 3500 rpm. Figura 2 Figura 3 � A figura 4 mostra: as curvas (Hman – Q) da bomba para três velocidades: 3500 rpm, 3097 rpm e 2779 rpm. as curvas do sistema para três posições da válvula de controle: 100% aberta, semi-aberta e semi-fechada). Figura 4 Para a instalação mostrada na figura 1, o controle da vazão é realizado controlando-se a abertura da válvula com a bomba girando na rotação constante de 3500 rpm. No ponto A (figura 4), a válvula esta totalmente aberta e, portanto, seu rendimento pode ser considerado igual 100%. No ponto B (figura 4), a válvula esta um pouco estrangulada (semi-aberta) aumentando a resistência ao escoamento do fluido com conseqüente aumento da parcela de perda de carga implicando na redução do seu rendimento . Pontos Operação Vazão [m3/h] Pressão Sistema [m] Rotação Bomba [rpm] Pontos Operação [%] Pressão Recalque [m] [%] Rotação Bomba [rpm] [%] [%] [%] A 350 140,0 3500 A 100,00 140,0 78,21 3500 98,0 99,8 C 250 120,0 3097 B 75,66 158,6 73,57 3500 98,0 99,8 E 150 105,71 2770 D 62,18 170,0 55,71 3500 98,0 99,8 A potência na saída da bomba, denominada potência hidráulica , é determinada pela expressão: , onde as unidades são A potência na entrada da bomba é determinada pela expressão: Para o ponto B, a área formada pelo retângulo BB’OG é proporcional à potência hidráulica da bomba e a área do retângulo BB’C’C é proporcional à perda na válvula. Determinar: Especificar um motor de indução trifásico rotor em gaiola autoventilado, tipo standard ou de auto-rendimento, para acionar a bomba e que atenda as necessidades da rede elétrica e as condições do ambiente. Citar na sua especificação: grau de proteção da carcaça, código da carcaça, potencia nominal (kW e cv), número de pólos, rotação nominal, freqüência nominal, tensões nominais e respectivas correntes nominais, corrente de partida em p.u., rendimento a plena carga, fator de potencia a plena carga, categoria, classe de isolamento, regime de serviço, peso, tempo de rotor bloqueado e momento de inércia do motor. A relação de multiplicação ou de redução de velocidade da transmissão (polias + correia) e os diâmetros das polias do lado do motor e da bomba. A perda de energia na válvula para o controle de vazão através do estrangulamento da válvula. O consumo de energia mensal e anual da instalação bem com seus custos mensal e anual. Situação B Com o objetivo de reduzir o consumo, foi proposta a retirada da válvula e do redutor de velocidade, e adquirir um conversor de freqüência para controlar a vazão, conforme mostrado na figura 5. Figura 5 Os novos pontos de operação com controle de velocidade realizado pelo inversor são: Pontos Operação Vazão [m3/h] Pressão Bomba / Sistema [m] [%] Rotação Bomba [rpm] [%] [%] A 350 140,00 78,21 3500 C 250 120,00 76,55 3097 E 150 105,71 64,00 2779 � Determinar: Especificar um conversor de freqüência, tipo escalar, para controlar o motor de indução trifásico escolhido anteriormente, que atenda as necessidades da rede elétrica e as condições do ambiente. Citar na sua especificação: potência nominal, tensão nominal, rendimento, freqüência de chaveamento, tempo de crescimento do pulso de tensão de saída do conversor, fator harmônico de tensão (HVF) e distorção harmônica total (THD). Verificar se a sobretensão nos terminais do motor, geradas pelas harmônicas da tensão do conversor, não ultrapassam os limites estabelecidos pela Norma NEMA MG1 Parte 30. Deverá ser considerada uma distância entre 4m a 100m de cabos entre o conversor e o motor. O consumo de energia mensal e anual da instalação bem com seus custos mensal e anual. A economia mensal e anual de energia na instalação em kWh e em R$ da situação B em relação à situação A. O tempo de retorno simples e o tempo de retorno descontado do capital investido na aquisição do inversor e obras de reforma. Observação: Consultar fabricantes e fornecedores de equipamentos e insumos: Tarifa de energia: www.cemig.com.br Motores e Conversores de Frequencia: www.weg.com.br; www.remig.com.br; www.siemens.com.br; ECT. � Problema 2. (12 pontos) Um motor CC Shunt, excitação separada, de 125 hp (93,25kW), 1800 rpm, 600V, 165A possui resistência e reatância de armadura iguais a Ra = 0,0874Ω e La = 6,5mH e a constante de f.c.e.m. (Ea) é Kaϕ = 0,325. O motor aciona uma carga com torque constante com a velocidade Tr = 495Nm na faixa de 180 a 1800 rpm. A velocidade do motor é ajustada por meio do controle do valor médio da tensão de armadura Va utilizando um retificador trifásico de 6 pulsos (conversor 3Φ CA / DC). A rede elétrica que alimenta o conversor é trifásica de 460 V, 60Hz. Desenhar o circuito de potência. Determinar os valores das tensões de armadura e os respectivos ângulos de disparo para faixa de velocidade de operação do motor. Traçar as curvas da tensão da armadura em função do ângulo de disparo Va = f(α) e da velocidade do motor em função da tensão da armadura n = f(Va). Desenhar as formas de ondas da tensão de armadura e corrente de armadura para as velocidades de 180rpm e 1800rpm. Considere a corrente Ia constante (sem ripple) e a comutação dos tiristores SCR ideal (instantânea). Desenhar a forma de onda da tensão CA de alimentação e da corrente CA de uma das fases para as velocidades de 180rpm e 1800rpm. Determinar o fator de potência na entrada do conversor para as seguintes velocidades 180rpm e 1200rpm. Considerea corrente Ia constante (sem ripple) e a comutação dos tiristores SCR ideal (instantânea). Calcular o rendimento do motor e do conjunto Motor CC - Conversor CA/CC para as velocidades de 180rpm e 1800rpm. Considerar o rendimento do conversor igual a 99% em toda faixa de variação do ângulo de disparo. Definir e conceituar distorção harmônica total (TDH). Calcular a distorção harmônica total de corrente (TDHi) para as velocidades de 180rpm e 1800rpm. Considere a corrente Ia constante (sem ripple) e a comutação dos tiristores SCR ideal (instantânea). _1192541212.unknown _1192546407.unknown _1192629932.unknown _1253013185.unknown _1192630025.unknown _1192629886.unknown _1192550480.unknown _1192544360.unknown _1192544953.unknown _1192545316.unknown _1192545421.unknown _1192545031.unknown _1192544868.unknown _1192543465.unknown _1192544329.unknown _1192540885.unknown _1192540953.unknown _1192536903.unknown
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