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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA PROJETO DE GRADUAÇÃO INSTRUMENTAÇÃO E INSTALAÇÃO ELÉTRICA EM TRANSPORTADORES DE CORREIA RODRIGO BACHETTI VITÓRIA – ES 02/2007 RODRIGO BACHETTI INSTRUMENTAÇÃO E INSTALAÇÃO ELÉTRICA EM TRANSPORTADORES DE CORREIA Parte manuscrita do Projeto de Graduação do aluno Rodrigo Bachetti, apresentado ao Departamento de Engenharia Elétrica do Centro Tecnológico da Universidade Federal do Espírito Santo, para obtenção do grau de Engenheiro Eletricista. VITÓRIA – ES 02/2007 RODRIGO BACHETTI INSTRUMENTAÇÃO E INSTALAÇÃO ELÉTRICA EM TRANSPORTADORES DE CORREIA COMISSÃO EXAMINADORA: ___________________________________ Eng. Gabriel Luiz Zouain Assbu Orientador ___________________________________ Dra. Eng. Jussara Farias Fardin Examinadora ___________________________________ Eng. Katia Rubia de Mattos Alves Examinadora Vitória - ES, 22, 02, 2007 DEDICATÓRIA Dedico este projeto primeiramente a Deus em quem eu sempre depositei toda a minha confiança e que sempre esteve ao meu lado. Dedico a minha família, que sempre foi paciente quando eu não pude estar presente e sempre me apoiou nos momentos difíceis, em especial a minha mãe querida, pessoa que eu amo muito e que é minha vida, ao meu pai, que com certeza se estivesse entre nós estaria orgulhoso pelo meu êxito, aos meus amigos, que por inúmeras vezes tiveram que escutar: “não posso ir, tenho que estudar”. E a todas as pessoas que de uma forma ou de outra contribuíram para eu chegar até aqui, me apoiando e me estimulando. O meu sincero MUITO OBRIGADO. AGRADECIMENTOS Agradeço, principalmente, ao meu professor orientador, que me deu todo o apoio e me passou muito conhecimento que não havia adquirido ainda para a conclusão deste projeto. Agradeço a meus amigos de trabalho, Katia Rubia e Marcelo Moura, que por inúmeras vezes me esclareceram dúvidas e me deram idéias para o projeto. LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Correia Transportadora .................................................................................. 8 Figura 2 – Chave de Emergência ..................................................................................... 9 Figura 3 – Chave de Desalinhamento ............................................................................ 10 Figura 4 – Chave de Velocidade .................................................................................. 11 Figura 5 – Sonda de Entupimento ................................................................................. 11 Figura 6 – Sirene............................................................................................................ 12 Figura 7 – Botões de Comando ..................................................................................... 12 Figura 8 – Configuração de Cabos ................................................................................ 19 Figura 9 – Distribuição de Cargas até o Barramento do CCM ..................................... 20 Figura 11 - Distribuição de Cargas até o Motor de 200HP ........................................... 25 Figura 12 – Configuração para Partida do Motor de 200HP ......................................... 26 Figura 13 - Distribuição de Cargas até o Motor de 30HP ............................................. 29 Figura 14 – Dimensões Chave de Emergência .............................................................. 33 Figura 15 – Dimensões Chave de Desalinhamento ....................................................... 34 Figura 16 – Dimensões Sensor de Velocidade .............................................................. 35 Figura 17 – Dimensões Sensor de Entupimento ........................................................... 36 Figura 18 – Dimensões Sirene ....................................................................................... 37 Figura 19 – Dimensões Botões de Comando Local ...................................................... 38 Figura 20 – Dimensões Motor Elétrico 30HP ............................................................... 39 Figura 21 – Dimensões Disjuntor .................................................................................. 40 Figura 22 – Dimensões Contator ................................................................................... 41 Figura 23 – Dimensões Relé .......................................................................................... 42 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Descrição de Transportadores ...................... Erro! Indicador não definido. Tabela 2 – Corrente Nominal ........................................................................................ 18 SUMÁRIO DEDICATÓRIA ........................................................................................................... I AGRADECIMENTOS .............................................................................................. II LISTA DE FIGURAS ............................................................................................... III LISTA DE TABELAS .............................................................................................. IV SUMÁRIO ................................................................................................................... V RESUMO .................................................................................................................. VII 1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 8 2 INSTRUMENTAÇÃO ............................................................................................. 9 2.1 CHAVES DE EMERGÊNCIA ........................................................................... 9 2.3 CHAVES DE VELOCIDADE ......................................................................... 11 2.4 CHAVES-SONDA ........................................................................................... 11 2.5 SIRENES .......................................................................................................... 12 2.6 COMANDO LOCAL ........................................................................................ 12 3 DIAGRAMA P&I ................................................................................................... 13 4 VISÃO GERAL DO PROCESSO ......................................................................... 14 5 INTERTRAVAMENTO ........................................................................................ 15 6 DIMENSIONAMENTO / LEVANTAMENTO DE CARGA ............................. 16 6.1 DEFINIÇÃO DA SUBESTAÇÃO ................................................................... 16 6.2 CONDUTOR ATÉ O CCM .............................................................................. 18 6.2.1 Cálculo de curto-circuito no barramento do CCM .................................. 20 6.3 CONDUTOR ATÉ MOTOR DE 200HP - TC04 ............................................. 21 6.3.1 Dimensionamento da seção mínima do condutor: .................................. 22 6.3.2 Impedância de rotor bloqueado ............................................................... 24 6.3.3 Cálculo da queda de tensão no motor ......................................................24 6.3.4 Cálculo de curto-circuito nos terminais do motor de 200HP .................. 25 6.4 Cálculo de queda de tensão no transformador .................................................. 26 6.5 CONDUTOR ATÉ MOTOR DE 30HP – TC01A ............................................ 27 6.5.1 Dimensionamento da seção mínima do condutor: .................................. 28 6.5.2 Impedância de rotor bloqueado ............................................................... 28 6.5.3 Cálculo da queda de tensão ..................................................................... 29 6.5.4 Cálculo de curto-circuito nos terminais do motor de 30HP .................... 29 6.6 GAVETA PARA MOTOR DE 30HP – TC01A .............................................. 30 6.6.1 Dimensionamento do disjuntor ............................................................... 30 6.6.2 Dimensionamento do contator................................................................. 31 6.6.3 Relé de sobrecarga ................................................................................... 31 6.7 DIMENSIONAMENTO DE CABOS PARA CONTROLE ............................ 32 7 ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS .......................................................................... 33 7.1 CHAVE DE EMERGÊNCIA ........................................................................... 33 7.2 CHAVE DE DESALINHAMENTO ................................................................ 34 7.3 CHAVE DE VELOCIDADE ............................................................................ 35 7.4 CHAVE-SONDA .............................................................................................. 36 7.5 SIRENE ............................................................................................................. 37 7.6 COMANDO LOCAL ........................................................................................ 38 7.7 MOTOR ELÉTRICO ........................................................................................ 39 7.8 DISJUNTOR ..................................................................................................... 40 7.9 CONTATOR ..................................................................................................... 41 7.10 RELÉ ............................................................................................................... 42 8 CONCLUSÃO ......................................................................................................... 43 APÊNDICE A – LISTA DE DESENHOS ............................................................... 44 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 45 RESUMO Estudo e apresentação da instalação elétrica em uma planta de transportadores de correia de grande porte. É um projeto elétrico, tomando como referência componentes e dispositivos reais necessário ao seu funcionamento. Este projeto englobará o levantamento de cargas, a definição da subestação já existente, a proteção de cargas, o unifilar geral, a instrumentação dos transportadores, as especificações técnicas do CCM (Centro de Controle de Motores), dimensionamento e plano de cabos, o projeto de instalação com desenhos típicos e a especificação técnica de todos os componentes. O processo consiste em uma planta com seis transportadores, porém será enfatizado apenas um para estudo, já que o processo para a implementação dos outros são bem semelhantes. 8 1 INTRODUÇÃO As correias transportadoras são utilizadas em numerosos processos com o propósito de providenciar um fluxo contínuo de materiais entre diversas operações, com economia, segurança de operação, confiabilidade, versatilidade e enorme gama de capacidades. Sua maior capacidade de atendimento às restrições ambientais é também outro fator que incrementa a utilização de correias transportadoras sobre outros meios de transportes. Figura 1 – Correia Transportadora 9 2 INSTRUMENTAÇÃO Tendo como base a norma da Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 13862, referente aos transportadores contínuos, transportadores de correia e requisito de segurança para projeto, tem-se todos os dispositivo elétricos mínimos necessários para garantir a segurança do homem e do equipamento[1]. (Ver Apêndice A, desenho RB0009) 2.1 CHAVES DE EMERGÊNCIA Figura 2 – Chave de Emergência São chaves de segurança com a finalidade de interromper o processo quando necessário. Proporciona uma parada imediata do equipamento, sem passar pelo comando supervisório. Estas chaves são comandadas por um cabo tencionado, que fica visível e de fácil acesso em toda a extensão do transportador, devem ser instaladas ao longo dos transportadores, de ambos os lados, exceto quando o acesso for apenas de um lado. A distância entre duas chaves adjacentes não deve ser superior a 50m e a distância das extremidades não deve ser superior a 25m. O cabo de puxamento deve ser apoiado em suportes aparafusados à estrutura do transportador (longarina principal). As chaves de emergência devem parar imediatamente o equipamento e o seu rearme só deve ser possível localmente. Na região do acionamento, em local de fácil acesso e bem visível, deve ser instalado um botão de emergência tipo soco, também com rearme somente local. [1] 10 2.2 CHAVES DE DESALINHAMENTO Figura 3 – Chave de Desalinhamento São chaves de segurança com a finalidade de interromper o processo sempre que a correia tentar sair de seu alinhamento. Elas são instaladas de forma que seu rolete fique perpendicular à correia, e no momento em que a correia desalinhe, essa chave é acionada e todo processo é interrompido. Devem ser instaladas em ambos os lados da correia, pelo menos nos seguintes pontos:[1] - próximo ao tambor de cabeça; - próximo ao tambor de retorno; - próximo ao tambor de acionamento; - na região do esticamento, no lado do retorno. TAMBOR DE CABEÇA E ACIONAMENTO TAMBOR DE RETORNO TAMBOR DE ENCOSTO TAMBOR DE DOBRA TAMBOR DE ESTICAMENTO 11 2.3 CHAVES DE VELOCIDADE Figura 4 – Chave de Velocidade São chaves que medem a velocidade do transportador, ela fica constantemente enviando informações ao supervisório, que observando essas informações, verifica se a velocidade está dentro da projetada, caso não esteja, o processo é interrompido. Devem ser instaladas próximas ao tambor de retorno ou de cabeça, o que estiver mais afastado do acionamento.[1] 2.4 CHAVES-SONDA Figura 5 – Sonda de Entupimento Sempre na região onde um transportador lança material no outro é instalado um chute, dispositivo afunilado destinado a receber o material transportado e dirigi-lo convenientemente à correia transportadora de modo a carregá-la equilibradamente e sem transbordamento de carga. [9] A sonda de entupimento é um equipamento que deve ser instalado em todos os chutes, caso ocorra o entupimento, esta chave enviará para o supervisório um sinal e todo o processo será interrompido. Essa chave-sonda deve ser posicionada de tal forma que a queda do material não provoque a sua atuação acidental, ou venha danificá-la.[1] 12 2.5 SIRENES Figura 6 – Sirene São indicadores sonoros que devem ser instalados em locais apropriados, de tal forma que possam ser audíveis de qualquer ponto ao longo do transportador para indicar quando este partirá. Deve começar a tocar alguns segundos antes da partida do transportador, e não junto com a sua partida.[1] 2.6 COMANDOLOCAL Figura 7 – Botões de Comando É um painel para operação local, ele é muito utilizado para testes e manutenção, contém todo o acionamento do transportador, como botão de emergência, chave seletora para local ou remota, liga e desliga. Sempre deve existir independentemente do sistema de controle utilizado no transportador. Esse equipamento não é um equipamento pronto, seu projeto deve atender as necessidades do transportador. 13 3 DIAGRAMA P&I Com base no ANSI/ISA-S5.1-1984 (R1992) Instrumentation Symbols and Identification (Símbolos e identificação de instrumentação), e tendo os dispositivos necessários para um transportador de corrente, pode-se montar o diagrama P&I (Process and Instrumentation = Processo e Instrumentação). Este diagrama é uma pré-visualização de tudo que vai haver no transportador, com isso pode-se projetá-lo de acordo com as necessidades pré-estabelecidas. [2] O Diagrama e todas as informações necessárias para o seu entendimento estão contidos no Apêndice A, desenho RB0002. 14 4 VISÃO GERAL DO PROCESSO Observando o Apêndice A, desenho RB0001, existem três pilhas de materiais em um pátio, que possuem cada uma, um equipamento chamado Drawdown e um alimentador vibratório, equipamentos esses necessários para fazer com que o material escoe da pilha para um transportador de correia subterrânea. Esses equipamentos estão fora do escopo do projeto. Nestas três pilhas têm-se os mesmos conjuntos, o TC01A, TC01B e o TC01C. Estes por sua vez, possuem cada um sua torre de transferência, TT01A, TT01B e TT01C, de onde é transferido o material, utilizando um chute, de um transportador para um outro. O TC02, que também possui a sua torre de transferência, a TT02, transfere o material para o TC03, que segue o fluxo, pela TT03, TC04 e TT04, onde acaba a planta do projeto, pois a partir desse ponto, todo o fluxo é transferido para um transportador de correia já existente. 15 5 INTERTRAVAMENTO Baseando-se no fluxo do material, toda vez que houver alguma falha em qualquer parte do processo, todos os transportadores e equipamentos que se encontram para trás do fluxo de material, deverão ser desligados imediatamente. A partir de leituras dos sensores no campo, todas as informações são enviadas para o supervisório, onde serão processadas e tomadas as decisões cabíveis, fazendo com que, se for necessário, saia um comando de parada para os transportadores. Em relação à esta funcionalidade, apenas foi passada uma noção de seu funcionamento, pois a implementação total do intertravamento não está no escopo deste projeto. 16 6 DIMENSIONAMENTO / LEVANTAMENTO DE CARGA 6.1 DEFINIÇÃO DA SUBESTAÇÃO Partindo do princípio de uma subestação real existente com dois transformadores, um que baixa a tensão de 138KV para 13,8KV (sem carga) e 13,2KV (com carga) e outro que baixa de 13,2 KV para 3,45KV (sem carga) e 3,3KV (com carga), e conhecendo toda a carga que será instalada no projeto (tabela 1), pode-se dimensionar mais um transformador que irá baixar a tensão de 3,3KV para 460V (sem carga) e 440V (com carga), do qual sairá a alimentação do CCM. Tabela 1 – Descrição de Transportadores Para o projeto, tem-se um total de 490 HP, considerando vinte por cento de reserva técnica, totaliza 588HP. Sendo que 1HP equivale a 1KVA (pelo IEEE), tem-se uma carga instalada de 588 KVA. Para esta carga o transformador de linha mais próximo seria o de 750 KVA. Para atender a potência de curto-circuito, será adotado um transformador de 1000KVA. O diagrama unifilar desta subestação pode ser visto no Apêndice A, desenho RB0003. Por questões de facilidades de cálculo, não será considerada a contribuição da carga para a corrente de curto circuito. A intenção deste projeto é a instalação elétrica de um transportador, e não a de um cálculo complexo de uma subestação. A seguir serão calculadas as impedâncias do sistema, que serão utilizadas para os cálculos de corrente de curto-circuito. Potência Tensão Velocidade HP Nominal (RPM) M-TC01A Motor Elétrico 1 30 HP 440VAC 1.800 M-TC01B Motor Elétrico 1 30 HP 440VAC 1.800 M-TC01C Motor Elétrico 1 30 HP 440VAC 1.800 M-TC02 Motor Elétrico 1 125 HP 440VAC 1.800 M-TC03 Motor Elétrico 1 75 HP 440VAC 1.800 M-TC04 Motor Elétrico 1 200 HP 440VAC 1.800 QuantidadeTAG Componentes 17 Cálculos: MVAPcc KVTensão GeralBarramento 3900 138 _ = = KVVns KVVnp Zpt MVAPnt dorTransformaimeiro 8.13 138 %12 35 _Pr = = = = KVVns KVVnp Zpt MVAPnt dorTransformaSegundo 45.3 2.13 %7 7 _ = = = = VVns VVnp Zpt MVAPnt dorTransformaTerceiro 460 3300 %5,5 1 _ = = = = Impedância reduzida do sistema: puZus MVA MVAZus MVAPcc MVAPb Pcc PbZus 4105641,2 3900 1 3900 1 −×= = = = = Impedância do primeiro trafo: puZut MVA MAZut Pnt PbZptZut 3104286,31 35 112,01 1 −×= ×= ×= Impedância do segundo trafo: puZut MVA MVAZut Pnt PbZptZut 01,02 7 107,02 2 = ×= ×= Impedância do terceiro trafo: puZut MVA MVAZut Pnt PbZptZut 055,03 1 1055,03 3 = ×= ×= 18 6.2 CONDUTOR ATÉ O CCM No CCM, além das gavetas de carga instaladas e de reserva técnica, haverá pelo menos uma gaveta reserva de cada tipo, de modo a garantir a continuidade operacional do processo, caso ocorra defeito em uma determinada gaveta. Estas gavetas não entram no cálculo de demanda. [3] Distribuição de motores e suas correntes relacionadas: Potência do Motor (HP) Corrente Nominal (A) Quantidade Corrente Total (A) 30,00 36,95 3 110,85 75,00 87,00 1 87,00 125,00 146,00 1 146,00 200,00 237,00 1 237,00 100,00 122,50 1 122,50 Total (A): 703,35 Tabela 2 – Corrente Nominal Definindo a utilização de cabo de cobre nu, têmpera mole, isolado em PVC, capa externa em PVC, temperatura em regime contínuo 70ºC e classe de tensão 0,6/1KV. Pode-se calcular a ampacidade. O cabo sairá do transformador através de eletrodutos, até encontrar uma bandeja, onde será apoiado até o CCM. Considerando cabo unipolar instalado em um misto de 2 metros de eletroduto e 8 metros de bandejas perfuradas, e sabendo-se que o pior caso de ampacidade que é o eletroduto, pois a ampacidade para eletrodutos fechados é menor que para bandeja, não ultrapassou 3 metros, será considerada apenas instalação em bandejas perfuradas para os cálculos, logo será utilizado o método de instalação “F”. (Tabela 1, pg. 47 - Pirelli).[4] Os valores descritos em tabela para a ampacidade do cabo, são dados para devidas condições, e quando estas são diferentes das descritas na tabela, deve-se utilizar fatores de correção. Para o cálculo da ampacidade, tem-se inicialmente uma corrente nominal de In=703,35A. 19 Para a configuração da Figura 8, com cabos instalados em bandejas, tem-se o fator de agrupamento fa=0,86.(Tabela 13, pg. 57 - Pirelli)[4] Figura 8 – Configuração de Cabos Com temperatura ambiente de 40 ºC, tem-se um fator de temperatura de ft=0,87.(Tabela 06, pg. 52 - Pirelli)[4] AA A ff IA at n 0561,940 86,087,0 35,703 = ×= ×= Para este valor de corrente,seria necessário um condutor com seção mínima de 800mm2, porém a partir de 240mm2 torna-se vantajoso o uso de cabos em paralelo, pois acima desse valor a impedância não diminui consideravelmente, logo será utilizado o fator de paralelismo: AA A 5068,1044 9,0 0561,940 = = Utilizando 3 cabos tem-se: AA A 1689,348 3 5068,1044 = = 20 Para 348,1689A, pode-se utilizar condutores de 150mm2, condutor esse que suporta até 356A, logo: (Tabela 4, pg. 50 - Pirelli) AA A 1068 3356 = ×= Este é o valor de ampacidade dos condutores em paralelo, sendo um valor aceitável, pois é maior que o necessário. Para condutores de 150mm2 tem-se a impedância Z = 0,15 + j0,10 mOhm/m. Logo pode-se calcular a impedância referente a 10m, distância do transformador ao CCM: (Tabela 22, pg.64 - Pirelli)[4] Zcccm = 0,5 + j0,33 mOhm 6.2.1 Cálculo de curto-circuito no barramento do CCM Com os valores de todas as impedâncias até o CCM, é possível calcular a corrente de curto-circuito em seu barramento: Figura 9 – Distribuição de Cargas até o Barramento do CCM Somatório das impedâncias da fonte e dos trafos: Ω= ×= Ω= ×= = = 0146,0 2116,00687,0 2116,0 101 460 0687,0 6 2 2 FT FT base base base base base FT Z Z Z Z P VZ puZ 21 Para transformar em um complexo, multiplica-se por (0,2 + j0,98), logo:[3] Ω+= ×+= 0143,00029,0 0146,0)98,02,0( jZ jZ FT FT Impedância total: Ω+= += 01463,00034,0 jZ ZZZ T CCCMFTT Cálculo da corrente de curto-circuito: KAIcc j Icc Z VIcc T 294,29 01463,00034,0 440 = += = Logo, a corrente de curto-circuito na entrada do CCM é Icc=29,294KA, e como o cabo utilizado de 150mm2, pela tabela de corrente de curto-circuito, suporta uma corrente máxima de 120KA, o cabo está com dimensionamento satisfatório. ( Tabela pg. 69 - Pirelli)[4] (Ver Anexo A, desenho RB0008) 6.3 CONDUTOR ATÉ MOTOR DE 200HP - TC04 Apesar de não ser o transportador escolhido para o projeto, o seu dimensionamento será calculado, pois sendo o motor de 200HP o de maior potência, ele faz parte do caso mais crítico, que é quando todos os motores estão ligados e o de 200 HP está partindo. Neste exato momento deve-se ter no máximo 10% de queda de tensão no transformador, só assim será possível afirmar que o circuito, incluindo o transformador, foi bem dimensionado. Descrição do Motor: Motor→ Trifásico - 4 pólos – 60 Hz Potência→ P = 200 HP 22 Corrente nominal→ In = 237 A Corrente rotor bloqueado→ Ip = 1587,9 A Conjugado nominal→ Cn = 80,5 kgfm Conjugado de partida nominal→ Cpn = 201,25 kgfm Fator de serviço→ FS = 1,15 Tensão nominal→ Vn = 440 V [5] Para um motor partir em transportadores de correia o conjugado de partida deve ser 150% do conjugado nominal:[3] VV V V k k C C CC CC VkC VkC p p n n n np npn pp npn 8225,340 5,1 5,2 5,1 5,2 2 2 2 2 = ×=× × ×= ×= ×= ×= Logo, para se obter um conjugado suficiente para a partida, a tensão mínima nos terminais do motor deve ser de 340,8225 V. 6.3.1 Dimensionamento da seção mínima do condutor: Inicialmente, o motor possui uma corrente nominal de 237A e um fator de serviço de 1,15, logo deve-se multiplicar essa corrente nominal por um fator de sobrecarga de 1,25, fator esse, necessário para que o condutor suporte o motor quando ele estiver trabalhando além de sua capacidade, porém dentro do tolerado. [3] Utilizando a norma da IPCEA, com a configuração da Figura 10, tem-se um fator de agrupamento de fa=0,67. [6] Reservado para Dados Figura 10 – Configuração dos Eletrodutos 23 Considerando a utilização de cabo de cobre nu, têmpera mole, isolado em PVC, capa externa em PVC, temperatura em regime contínuo 70ºC e classe de tensão 06/1KV, e que a instalação será com cabos multipolares em eletrodutos enterrados no solo, temos que a referência para o método de instalação, é a “D”. (Tabela 1, pg. 47 - Pirelli).[4] Para uma temperatura ambiente de 40 ºC, tem-se uma temperatura no solo a 1m de profundidade, de 30ºC, logo se tem um fator de temperatura de ft=0,89. (Tabela 6, pg. 52 - Pirelli).[4] Para o cálculo da ampacidade: AA A ff IA ta n 8137,496 67,089,0 25,1237 25,1 = × ×= × ×= Para este valor de corrente, seria necessário um condutor com seção mínima de 630mm2, logo serão utilizados cabos em paralelo: AA A 0152,552 9,0 8137,496 = = Utilizando 2 cabos temos: AA A 0076,276 2 0152,552 = = Para 276,0076A, pode-se utilizar condutores de 240mm2, condutor esse que suporta até 297A, logo: AA A 594 2297 = ×= Este é o valor de ampacidade dos condutores em paralelo, sendo um valor aceitável, pois é maior que o necessário. 24 Para condutores de 240mm2 tem-se a impedância Z = 0,094 + j0,098 mOhm/m. Logo pode-se calcular a impedância referente a 300m, distância do CCM ao motor. Zc200hp = 0,0141 + j0,0147 Ohm 6.3.2 Impedância de rotor bloqueado 1599,0 1587,9 3 440 = = = rb rb p n rb Z Z I VZ Para transformar em um complexo, considera-se arccos=0,3, logo:[3] 1525,00480,0 º54,721599,0 jZ Z rb rb += ∠= 6.3.3 Cálculo da queda de tensão no motor VV j jV jjj jV Vn ZZZZ ZV rbhpccccmFT rb 9787,363 440 18183,00655,0 1525,00480,0 440 1525,00480,0 j0,0147 0,014100033,00005,00143,00029,0 1525,00480,0 200 = ×+ += ×+++++++ += ×+++= 25 6.3.4 Cálculo de curto-circuito nos terminais do motor de 200HP Com os valores de todas impedâncias até o motor, é possível calcular a corrente de curto-circuito em seus terminais: Figura 11 - Distribuição de Cargas até o Motor de 200HP Impedância total: Ω+= ++= 02933,00175,0 200 jZ ZZZZ T hpCCCCMFTT Cálculo da corrente de curto circuito: KAIcc j Icc Z VIcc T 8828,12 02933,00175,0 440 = += = Logo, a corrente de curto-circuito nos terminais do motor é Icc=12,8828KA, e como o cabo utilizado de 240mm2, pela tabela de corrente de curto-circuito, suporta uma corrente máxima de 180KA, logo como Icc é menor que a máxima e a queda de tensão nos terminais do motor é viável, o cabo está com dimensionamento satisfatório. (Tabela pg. 69 - Pirelli)[4] (Ver Apêndice A, desenho RB0008) 26 6.4 Cálculo de queda de tensão no transformador Para um dimensionamento satisfatório, considerando todos os motores ligados e partindo o de maior potência, a queda de tensão no transformador não pode ultrapassar 10% de sua tensão nominal. A partir do momento que essa combinação é atendida, considerando que é proibido partir mais de um transportador simultaneamente, todas as outras combinações serão atendidas.[3] Figura 12 – Configuração para Partida do Motor de 200HP Ω+= ×+= Ω=×= Ω= = 011405,0002327,0 011638,0)98,02,0( 011638,02116,0055,0 2116,0 %5,5 jZ jZ Z Z Z t t t base pt I1 → Somatório de todas as correntes nominais dos transportadores ligados, com exceção do motor de 200 HP. I1 = 466,35A I2 → Corrente de partida do motor de 200 HP. I2 = 1587,9A (Máximo Maximorum). Logo, a queda de tensãono transformador será de: %43,5 9114,23 )011405,0002327,0(25,2054 25,2054 9,158735,466 =Δ =Δ +×=Δ = += V VV jV AIt It 27 Sendo esse o caso mais crítico com todos os motores ligados e o de maior potência partindo, a queda de tensão no transformador foi de 5,43%, logo para qualquer outra configuração a queda de tensão será menor, tendo assim um dimensionamento satisfatório. 6.5 CONDUTOR ATÉ MOTOR DE 30HP – TC01A Descrição do Motor: Motor→ trifásico - 4 pólos – 60 Hz Potência→ P = 30 HP Corrente nominal→ In = 36,95 A Corrente rotor bloqueado→ Ip = 258,65 A Conjugado nominal→ Cn = 12,2 kgfm Conjugado de partida nominal → Cpn = 30,50 kgfm Fator de serviço→ FS = 1,15 Tensão nominal→ Vn = 440 V [5] Para um conjugado de 150% do conjugado nominal:[3] VV V V k k C C CC CC VkC VkC p p n n n np npn pp npn 8225,340 5,1 5,2 5,1 5,2 2 2 2 2 = ×=× × ×= ×= ×= ×= Logo, para se obter um conjugado suficiente para a partida, a tensão mínima nos terminais do motor deve ser de 340,8225 V. 28 6.5.1 Dimensionamento da seção mínima do condutor: Os fatores de agrupamento e temperatura serão para os mesmos casos já mencionados na seção 6.3.1. fa=0,67 ft=0,89 Considerando a utilização de cabo de cobre nu, têmpera mole, isolado em PVC, capa externa em PVC, temperatura em regime contínuo 70ºC e classe de tensão 0,6/1KV, e que a instalação será com cabos multipolares em eletrodutos enterrados no solo, temos que a referência para o método de instalação, é a “D”. (Tabela 1, pg. 47 - Pirelli).[4] Para o cálculo da ampacidade temos: AA A ff IA ta n 4568,77 67,089,0 25,195,36 25,1 = × ×= × ×= Para este valor de corrente, é necessário um condutor com seção mínima de 25mm2, condutor esse que suporta até 86A. Para condutores de 25mm2 tem-se impedância Z = 0,87 + j0,12 mOhm/m, logo pode-se calcular a impedância referente a 500m, distância do CCM ao motor. Zc30hp = 0,435 + j0,06 Ohm 6.5.2 Impedância de rotor bloqueado 9822,0 258,65 3 440 = = = rb rb p n rb Z Z I VZ 29 Para transformar em um complexo, considera-se arccos=0,3, logo:[3] 9369,02947,0 º54,729822,0 jZ Z rb rb += ∠= 6.5.3 Cálculo da queda de tensão VV j jV jjjj jV Vn ZZZZ Z V rbhpccccmFT rb 9260,345 440 01153,17331,0 9369,02947,0 440 9369,02947,006,0435,000033,00005,00143,00029,0 9369,02947,0 30 = ×+ += ×+++++++ += ×+++= 6.5.4 Cálculo de curto-circuito nos terminais do motor de 30HP Com os valores de todas as impedâncias até o motor, é possível calcular a corrente de curto-circuito em seus terminais: Figura 13 - Distribuição de Cargas até o Motor de 30HP Impedância total: Ω+= ++= 07463,04384,0 30 jZ ZZZZ T hpCCCCMFTT 30 Cálculo da corrente de curto-circuito: KAIcc j Icc Z VIcc T 9894,0 07463,04384,0 440 = += = Logo, a corrente de curto-circuito nos terminais do motor é Icc=0,9894KA, e como o cabo utilizado de 25mm2, pela tabela de corrente de curto-circuito, suporta uma corrente máxima de 20KA, logo como Icc é menor que a máxima e a queda de tensão nos terminais do motor é viável, o cabo está com dimensionamento satisfatório. (Tabela pg. 69 - Pirelli)[4] (Ver Apêndice A, desenho RB0008) 6.6 GAVETA PARA MOTOR DE 30HP – TC01A Como o enfoque do projeto será o dimensionamento do transportador TC01A que possui um motor de 30 HP, todo o dimensionamento da gaveta e instrumentação será feito apenas para ele, pois o processo seria semelhante para os outros transportadores. (Ver Apêndice A, desenho RB0004) 6.6.1 Dimensionamento do disjuntor Cálculo da corrente de partida real, considerando a tensão que chega nos terminais do motor: AIp Ip II I Z I Z pnp p RB np RB 3495,203 440 65,2589260,345 3 9260,345 3 440 3 9260,345 3 440 = ×= ×=× ×= ×= Φ Φ 31 Para se obter a corrente assimétrica, no instante da partida, em motor de baixa tensão, deve-se multiplicar a corrente pelo fator 1,6.[3] AIp Ip 3592,325 6,13495,203 = ×= Logo, tem-se: AI KAIcc AIp HPn 95,36 9894,0 3592,325 30 = = = Para atender essas especificações, será escolhido um disjuntor com as seguintes características: Disjuntor para proteção de curto-circuito de motor tipo caixa moldada, disparo magnético, ajustável de 380A, corrente nominal de 50A, capacidade de ruptura de 18 KA com fusível limitador e tensão máxima de 480 V. 6.6.2 Dimensionamento do contator Utilizando as mesmas especificações do disjuntor, será escolhido um contator com as seguintes especificações: Contator para manobra de motores, com tensão máxima de 440 V, corrente nominal de 50A, para motores de 30HP/22KW, com bobina de tensão nominal AC de 110V, consumo necessário para acionamento de 166 VA e para operação de 12,6 VA. 6.6.3 Relé de sobrecarga Será utilizado um relé de sobrecarga térmico, para motores de 30 HP, 440V, com corrente nominal máxima de 45A, e faixa de ajuste de 36 a 45A. 32 6.7 DIMENSIONAMENTO DE CABOS PARA CONTROLE Os cabos de controle normalmente não necessitam de dimensionamento, pois pelo baixo consumo dos equipamentos utilizados (chaves, sensores, botões e etc), sempre são utilizados cabos de 1,5mm2, porém para comandos de emergências vitais, que são ligados diretamente na gaveta do CCM, deve-se, devido à longa distância, dimensionar o cabo, pois este não dimensionado pode fazer que a tensão que chegue à bobina do contator não seja suficiente para armá-lo ou desarmá-lo. (Ver Apêndice A, desenhos RB0005, RB0006 e RB0007) Para o contator selecionado: AI VV VAPA 51,1 110 166 110 166 == = = Para condutores de 1,5mm2 tem-se impedância Z = 14,48 + j0,16 mOhm/m, logo, pode-se calcular a impedância para 1014m, distância percorrida pelo condutor. Z = 14,68 + j0,16 Ohm Logo, VV V 17,22 51,1)16,068,14( = ×+= Tem-se uma queda de tensão de 22,17V até o contator, sabendo-se que esta queda não pode ultrapassar 20% da tensão nominal do contator (110V), ou seja 22V, o cabo está subdimensionado e deve ser redimensionado. Para condutores de 2,5mm2 tem-se impedância Z = 8,87 + j0,15 mOhm/m, logo para 1014m, tem-se: Z = 8,99 + j0,15 Ohm Logo, VV V 58,13 51,1)15,099,8( = ×+= Tem-se uma queda de tensão de 13,58V até o contator, logo o dimensionando está satisfatório. 33 7 ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS 7.1 CHAVE DE EMERGÊNCIA Alavanca de acionamento: Bidirecional Rearme: Manual Carcaça: Ferro fundido Grau de proteção: IP-65 Classe de isolação: 500 V Parafusos da tampa: Aço inoxidável, imperdível Mancais e buchas: Bronze Mecanismo: Aço carbono, bicromatizado Botão de rearme: Nylon com mecanismo inoxidável Pintura: Eletrostática Cor de acabamento: Amarelo segurança Placa de identificação: Aço inoxidável Peso: 5,3kg Acionamento dos contatos: 1NA+1NF / microrruptor de ação rápida Corrente / tensão: 10 A x 220 Vca Conexão elétrica: 1 x ¾ “ rosca GAS Figura 14 – Dimensões Chave de Emergência Referência: Chave FL-518, ELMEC 34 7.2 CHAVE DE DESALINHAMENTO Rolete de acionamento Aço blindado Rolete de acionamento Dois estágios: 15° sinalização ; 30° parada Rearme Automático atravésde mola de retorno Carcaça Ferro fundido Grau de proteção IP-65 Parafusos da tampa Aço inoxidável, imperdível Parafusos de fixação 3 x Allen M6 x 80 Mancais e buchas Bronze Pintura Eletrostática de poliéster Cor de acabamento Amarelo segurança Placa de identificação Aço inoxidável Peso 6,2 kg Acionamento dos contatos Simultâneo / ação positiva Quantidade / tipo 1NA+1NF por estágio Corrente / tensão 10 A x 220 Vca Conexão elétrica 3 x ¾ “ rosca GAS Figura 15 – Dimensões Chave de Desalinhamento Referência: Chave FL-412, ELMEC 35 7.3 CHAVE DE VELOCIDADE Tipo de sensor: Indutivo Saída: NF Alimentação: 90~240VCA Distância de detecção: 5 mm Montagem: Faceado Corrente de saída: 300 mA Consumo: 13 mA (Max.) Objeto padrão: 18x18x1 mm - Aço Freqüência máx.: 200 Hz Temp. de operação: 25ºC ~ 55ºC Encapsulamento: Metálico Grau de proteção: IP 66 Figura 16 – Dimensões Sensor de Velocidade Referência: Sensor indutivo I18-5-ACB, ELMEC 36 7.4 CHAVE-SONDA Rosca: 316L Flange: 316L Vedação: Klingersil C-4400 Haste oscilante: 316L, 318 S13 (1.4462) Caixa: Plástico PBT (poliéster), Anel de vedação entre caixa e tampa: silicone (caixa de alumínio/plástico) Terminal de aterramento: 316L Pesos com caixa de plástico: 1150 g (40 oz) Temperatura ambiente na caixa: -40 / +80 °C (-40 / +176 °F) Tensão de alimentação: 20/253 V AC, 50/60 Hz, 20/253 V DC Demanda própria de corrente 3 mA (através do circuito de carga) Corrente de carga mínima 10 mA Corrente de carga máxima 400 mA Classe de proteção IP 66/IP 67 Figura 17 – Dimensões Sensor de Entupimento Referência: Sensor de nível-limite com haste oscilante, VEGAVIB 61, VEGA 37 7.5 SIRENE Consumo máximo 15 W Potência de áudio: pulsos de 60 Wpp Pressão acústica a 5m: 110 ± 5 dB Tensão aplicada: 1 kV - 1 minuto Temperatura ambiente: -10° a + 60°C Grau de proteção: IP65 Peso: 3,5kg Tolerância de alimentação: + 10 - 15% Tensão de Alimentação 220 Vcc/ca Figura 18 – Dimensões Sirene Referência: Sirene Eletrônica 105SM, EATON 38 7.6 COMANDO LOCAL Tensão nominal de isolação: 400 V Grau de poluição: Classe 3 conforme DIN VDE 0110 Corrente térmica convencional: 10 A Correntes nominais: 10 A Tensões nominais: 110V Confiabilidade de contato: 5 V/1 mA Proteção contra curto-circuito: Fusíveis DIAZED, classe gL/gG, 10 A Vida útil mecânica: 10 x 10^6 manobras Vida útil elétrica: 10 x 10^6 manobras Grau de proteção: IP 66 Botão Comando (22mm) Função Cor Contato Peso Referência Siemens Simples Desliga Vermelho 1 NF 0,04 3SB3203-0AA21 Simples Liga Verde 1 NA 0,04 3SB3202-0AA41 Cogumelo Emergência Vermelho 1 NF 0,036 3SB3203-1CA21 Comutador 3 posições Chave seletora Preto 1 NA e 1 NA 0,043 3SB3210-2DA11 Figura 19 – Dimensões Botões de Comando Local 39 7.7 MOTOR ELÉTRICO Grau de proteção: IP55 Vedação nos mancais: V’Ring Carcaças: Ferro fundido Dreno: Automático Potências: 1 a 500cv (carcaças 63 a 355M/L) Isolamento: classe “F” (carcaças 160M a 355M/L) Fator de serviço: 1.15 Rolamento dianteiro: Rolos Rolamento: Esferas Categoria: H Tensões: 440V Cor: Verde Ral 6002 Figura 20 – Dimensões Motor Elétrico 30HP Referência: Motor Trifásico Alto rendimento Plus 30HP, carcaça 180M, WEG. 40 7.8 DISJUNTOR Tipo: Caixa moldada Disparo: Magnético Nº de pólos: 3 Tensão: 480V Corrente nominal: 50A Capac. Interrupção Assimétrica: 20KA Capac. Interrupção Simétrica: 18KA Peso: 2Kg Regulagem: 380A Figura 21 – Dimensões Disjuntor Referência: Disjuntor para proteção de motores, MCP3050, Westinghouse. 41 7.9 CONTATOR Vida útil mecânica: 10 Milhões de manobras Tensão nominal de isolamento: 690V Consumo da bobina na li gação: 166 VA Consumo da bobina em operação: 12,6 VA Tempo de manobra de fechamento: 10 a 24 ms Tempo de manobra de abertura: 7 a 10 ms Corrente nominal: 50A Tensão bobina: 110V Figura 22 – Dimensões Contator Referência: Contator para manobra de motores, 3RT10361AG10 SIRIUS, Siemens. 42 7.10 RELÉ Tensão nominal: 440V Corrente nominal máxima: 45A Faixa de ajuste: 36 a 45 A Fusíveis: 100A Peso: 0,3 Kg Contatos auxiliares: 1NA + 1NF Classe de disparo: Classe 10 Figura 23 – Dimensões Relé Referência: Relé de sobrecargas, 3RU11364GB0 SIRIUS, Siemens. 43 8 CONCLUSÃO O projeto descreveu todos os passos, alguns de forma conclusiva, para a realização de instalações elétricas e instrumentações em transportadores de correia. Foi abordado desde a subestação até as especificações dos materiais utilizados para a instalação, incluindo os desenhos técnicos. Todo o projeto foi feito atendendo as normas que regem esse tipo de instalação. 44 APÊNDICE A – LISTA DE DESENHOS RB0001 – Folha de Fluxo RB0002 – Diagrama P&I TC01A RB0003 – Unifilar Subestação RB0004 – Unifilar CCM-01 RB0005 – Diagrama Funcional TC01A RB0006 – Diagrama de Interconexão TC01A RB0007 – Diagrama de Interconexão TC01A RB0008 – Diagrama de Cabos TC01A RB0009 – Instrumentação TC01A 45 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Transportadores contínuos – Transportadores de correia – Requisito de segurança para projeto: NBR 13862. Rio de Janeiro, 1997. [2] THE INSTRUMENTATION, SYSTEMS, AND AUTOMATION SOCIETY. Instrumentation Symbols and Identification: ANIS / ISA – S5.1. North Carolina, 1984(R 1992). [3] ASSBU, Gabriel Luiz Zouain. Informações adicionais em Projetos de Instalações Elétricas. 2006/2007. [4] PIRELLI. Tabela para Critérios Técnicos de Dimensionamento de Condutores Elétricos (NBR 5410). [5] WEG INDÚSTRIAS S.A. Motores Elétricos. Jaraguá do Sul. [6] IPCEA – Insulated Power Cable Engineers Association. 1974 [7] MAMEDE, João. Instalações Elétricas Industriais. 6ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001. [8] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Instalação Elétrica de Baixa Tensão: NBR 5410. Rio de Janeiro, 2004. [9] NEC – National Electric Code. 2005. [10] CORREIAS MERCÚRIO. Manual técnico de correias transportadoras e elevadoras. 2ª ed. Jundiaí, 1985.
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