Aula III - Conversão de Energia

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Motores Trifásicos de Rotor de Gaiola
O motor elétrico é composto basicamente de um rotor (parte móvel) e um estator (parte fixa), os quais são formados por pacotes de chapas de ferro silício com ranhuras, onde se alojam as bobinas. 
Entre elas será produzida uma reação eletromagnética :
transformará a energia elétrica absorvida da rede em energia mecânica na ponta do eixo.
Motores de Indução
Em um motor de corrente alternada, o rotor é composto por hastes de cobre ou liga de alumínio unidas em suas extremidades, daí o nome de rotor em curto-circuito ou de gaiola de esquilo como é conhecido. 
Os motores comerciais CA podem ser monofásicos ou trifásicos. 
Os primeiros são conectados a uma rede monofásica (dois cabos) e habitualmente são usados em residências e pequenos comércios. Produzem um campo magnético pulsante, por isso têm vibrações, sendo que não podem ser fabricados para grandes potências, pois não tem torque de partida e precisam de um capacitor para dar partida.
Motores de Indução
Os motores trifásicos são projetados para serem conectados a redes trifásicas (três cabos), e são universalmente utilizados nas indústrias, edifícios e grandes instalações. O motor trifásico produz um campo magnético giratório. Por isso funciona sem vibrações e possui um elevado torque de partida. 
Normalmente tem seis terminais de conexão.
São fabricados até para potências muito elevadas.
Motores de Indução
Se for retirada a alimentação de um das fases de um motor trifásico, este passa a funcionar como um motor monofásico e adquire todas suas limitações referentes ao torque de partida, vibrando e aquecendo mais.
Critérios de seleção
Existem diferentes características para serem levadas em consideração ao selecionar um motor, algumas básicas e outras opcionais.
Potência nominal
Uma das características fundamentais para a seleção do motor é sua potência nominal. 
Esta é a potência mecânica que é capaz de acionar o eixo, e é medida em kilowatts (kW) ou cavalos de força (CV, HP, PS). Um motor de um cavalo é aproximadamente igual a 0,735 kW, ou seja :
1 CV = 0,735 kW
A potência absorvida da rede elétrica será maior em função do rendimento e do fator de potência
Eficiencia energética
O rendimento nos dá uma idéia das perdas produzidas dentro do motor. Esta varia com a potência e a rotação do motor e uma característica da qualidade da construção do motor e dos materiais utilizados. 
Rotação nominal
A outra característica de seleção de um motor é sua rotação. A rotação de um motor é medida em rotações por minuto (rpm). Em um motor de corrente alternada, a rotação depende da freqüência da rede onde é ligado e do número de pólos definidos pelo enrolamento do estator.
Rotação nominal
Rotações em função do número de pólos:
Por razão de um fenômeno eletromagnético produzido no entreferro do motor, chamado escorregamento ou deslizamento, a rotação nominal do motor nunca alcança a rotação síncrona.
Tensão nominal
Para a seleção do motor também se deve conhecer a tensão da rede onde será ligado.
Os enrolamentos do motor estão projetadas para funcionar com uma determinada tensão de rede, indicada em volts (V).
Habitualmente os motores trifásicos normalizados podem conectar-se tanto em estrela como em triângulo. 
O tipo de conexão é selecionado na placa de bornes mediante o uso de pontes de interconexão.
Tensão nominal
Tensão nominal
Existem motores de tensão de 220 V que são apropriados para conexão em triângulo, para uma rede de 3φ220 V e em estrela para uma de 3φ380 V. Estes motores não são apropriados para uma partida do tipo estrela ou triângulo em uma rede trifásica de 3φ380 V.
Os motores de tensão 380/660 V são fabricados também para potências maiores. 
Estes motores são conectados à redes de 3x380 V em triângulo, e em estrela para redes de 660 V. 
A maioria dos motores comerciais têm uma tolerância de tensão de 10%. 
Frequência nominal
Normalmente os motores comerciais são fabricados para funcionar tanto em uma rede de 50 Hz como em uma de 60 Hz. 
Deve ser verificado se o motor é adequados para funcionar com conversores de freqüência.
 Os conversores podem operar desde um valor 10% de sua freqüência nominal até valores superiores que podem alcançar mais do dobro da nominal.
 A freqüência máxima que um motor pode funcionar sem problemas depende de sua potência e rotação designadas. 
Os limites devem ser conhecidos através do fabricante.
Proteções mecânicas
É necessário fazer uma análise sobre os ambientes ou locais de trabalho das máquinas em geral e dos motores em particular. Dependendo das condições do serviço e as próprias do meio ambiente, será escolhido um tipo de proteção típica para uma área determinada, e sobre a base dela será definido o grau de proteção dos motores e painéis a serem instalados na área. 
Proteções mecânicas
Deverão ser levados em conta os seguintes aspectos:
Proteção de pessoas e contato acidental de partes sob tensão ou em movimento;
Proteção contra partículas prejudiciais para o motor ou aparelhos;
Proteção contra a entrada prejudicial de águapara o motor ou aparelhos.
Proteções mecânicas
As Normas ABNT definem os tipos de proteção caracterizando-as com duas letras, duas cifras e ocasionalmente até duas letras adicionais. 
Para a identificação de proteção por meio de carcaça ou caixa, são definidas as letras IP (Insulation Protection), 
a seguir uma primeira cifra característica (de 0 a 6) para definir a proteção contra contatos acidentais e a entrada de corpos sólidos, e uma segunda cifra característica (de 0 a 8) para definir a proteção contra a entrada de líquidos. 
Dados de Placa
Responda:
O motor cuja placa característica observamos na página anterior:
1. Possui quantos pólos?
2. Qual é a potência mecânica, em cv? É capaz de acionar o eixo?
3. Qual é potência elétrica, em kW? Absorve da rede o valor nominal?
4. É adequado para ser conectado a uma rede de 3x380 V, 60 Hz por meio de uma partida estrela-triângulo?
5. Resiste a uma lavagem com mangueira?
Eficiência Energética
Análise Técnica de Equipamentos
Aula VII
Motores Elétricos
Quando uma empresa decide substituir seus motores é necessário considerar dois custos básicos:
Custo de aquisição
Custo operacional
Algumas Definições
O preço da compra de um motor de alto rendimento pode ser compensado pela economia de energia que esse motor trará ao longo da sua vida útil;
Assim é preciso estar atento ao custo-benefício.
Algumas Definições
No gráfico a seguir, vê-se por exemplo, um motor de 100cv, operando 4.000 hs por ano, com uma vida útil de 15 anos e uma tarifa de R$ 60,00 /MWh.
Algumas Definições
Considerando esses dados ele apresenta os seguintes custos:
Custo de aquisição R$ 2.387,00
Custo de operação R$ 286.440,00
Ou seja, o custo de operação médio é 120 vezes o custo da aquisição.
Algumas Definições
Para decidir sobre a aquisição de um motor de alto rendimento, pode-se utilizar a seguinte equação:
kWe – Potência Economizada em kW
cv – Potência mecânica de saída
Algumas Definições
np – Rendimento do motor standard
nar - Rendimento do motor de alto rendimento
Exercício.
Principais causas de baixo rendimento
Superdimensionamento
Reparo inadequado
Acoplamento motor-carga de baixa eficiência
Causas do superdimensionamento
 
As causas mais freqüentes são:
Desconhecimento da característica mecânica 
Utilização de excesso de fatores de segurança nos cálculos
Especificação de um motor elétrico para atender a picos de potência esporádicos
Causas do superdimensionamento
 
As causas mais freqüentes são:
Utilização de margem de segurança em excesso por causa de operações de processos vitais que nunca podem ser interrompidos.
Substituição de um motor que queimou por outro com potência maior.
Detecção do superdimensionamento
Método para constatar se existe sobredimensionamento:
O motor deve estar operando a plena carga
As correntesnas três fases são medidas
Calcula-se a corrente média, com a média aritmética das três correntes
Se as três correntes apresentarem valores muito distintos, pode ser indício de danos no motor ou de curto-circuito
O valor médio deve ser marcado no gráfico e verifica-se o carregamento do motor. Essas curvas são disponibilizadas pelo fabricante.
Detecção do superdimensionamento
Após determinar graficamente o nível de carregamento do motor, se o valor estiver abaixo do 0,75, o motor apresenta sinais de sobredimensionamento.
Detecção do superdimensionamento
Potência ativa do motor (W)
Potência mecânica útil do motor (cv)
Carregamento do motor
Cálculos Básicos
Cálculos Básicos
Carregamento > 75% motor correto
Carregamento < 75% motor sobredimensionado
Economia de energia:
Econ (R$) = (P atual – P prop) x horas x tarifa