Especificação e Dimensionamento de Motores de Indução

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Dimensionamento de Motores de Indução
Mariana Mascarenhas e Victor Heringer 
Introdução
Seleção de motor com potência insuficiente
Funcionamento inadequado do sistema a ele acoplado
Avarias prematuras e redução de vida útil
Seleção de motor com potência acima da necessária
Custo inicial maior
Operação com menor rendimento e fator de potência
Maior consumo de energia
Panorama energético
Fonte: PEREIRA, 2007, p.1
Dimensionamento detalhado
Características da rede elétrica:
 Tensão
 Frequência
 Sistema de partida
Características da aplicação:
 Tipo de carga
 Regime de operação
 Inércia da carga
 Velocidade
 Potência
 Tipo de acoplamento
Características do meio ambiente:
 Temperatura
 Altitude
 Atmosfera
Características construtivas
 Carcaça
 Número de pólos
 Potência
 Classe de isolamento
 Grau de proteção
 Sistema de ventilação
 Categoria
 Fator de serviço
*Abordados em aula
Tensão e Frequência
	As do motor devem ser compatíveis com a alimentação
Sistema de partida ~ Tensão de partida
	O conjugado do motor depende da tensão aplicada.
 	↓ Tensão de partida ⇒ ↓ Conjugado de partida
	O conjunto sistema de partida/motor selecionado deve oferecer conjugado de partida suficiente para a carga. Também deve ser considerado o tempo de aceleração e de rotor bloqueado quando da partida com tensão reduzida.
	*Não relevante quando usando inversor, que pode alterar a relação U/f , e ajustar o torque de partida
Características da rede elétrica
Tipo de carga
	Caracterizado pela curva T versus w da carga. A curva T versus w do sistema deve exceder a da carga em todas velocidades.
Características da aplicação
Motor sem inversor
Motor com inversor
Tipo de carga
	
Características da aplicação
Regime de operação
	Padrão de funcionamento do motor ao longo do tempo. São eles:
S1 - Serviço continuo: A máquina trabalha a carga constante, e alcança a temperatura de regime permanente.
S2 -Serviço temporário ou de curta duração: A máquina trabalha em regime de carga constante durante curtos intervalos de tempo, não chegando a alcançar uma temperatura estável. Permanecendo parada até atingir de novo a temperatura ambiente. 
S3, S4 e S5 - Serviços intermitentes: consistem numa série continua de ciclos iguais, compostos por períodos de carga constante (S3), incluindo o tempo de arranque (S4) ou arranques e paragens (S5), seguidos de períodos de repouso sem que se alcance nunca uma temperatura constante.
Características da aplicação
Regime de operação
	Padrão de funcionamento do motor ao longo do tempo. São eles:
S6, S7 e S8 – Serviços ininterruptos: similares respectivamente a S3, S4 e S5 mas sem períodos de repouso.
Características da aplicação
Regime de operação
	Um motor de uso geral que opera em regime S2 pode acionar uma carga maior do que a potência indicada na sua placa de identificação definida para o regime S1.
Características da aplicação
S2 – de Tempo Limitado
S3 – Intermitente periódico
S1 – Contínuo
Inércia da carga
	A inércia da carga pode ser variável ou constante em relação à velocidade. Em ambos os casos, sabê-la é fundamental para determinar o torque necessário para acelerá-la dentro do tempo especificado para a aplicação.
	
	Exemplo: Uma carga com momento de inércia 3kg.m² é acelerada de uma velocidade de 500 RPM para 1000 RPM em 10s. Qual é o torque necessário se a carga requer um torque de 50N.m, independente da velocidade?
	Tdin,n= 3 *2pi/60 * (1000-500)/10 = 15.7 N.m
	T= Tdin + Tcarga = 65.7 N.m
Características da aplicação
 Fator de sobrecarga momentânea
Em uma situação de torque variável (torques não constantes ou regimes variados), adotar o maior torque como o torque necessário para a máquina seria um superdimensionamento.
 Pode-se adotar a corrente eficaz equivalente à corrente a nominal do motor para dimensionar o motor quanto a dissipação térmica. (Método da corrente eq.)
Notar que para isso o torque máximo deve ser suficiente , e sua aplicação não deve exceder a capacidade do motor de sobrecarga momentânea.Ex.: 60% da carga nominal durante 10s.
Características da aplicação
Velocidade
	Mínima: Crítica para aquecimento
	(motores autoventilados)
	Máxima: Crítica para torque
Tipo de acoplamento
	Altera a velocidade e torque necessários para o motor dada uma aplicação. Possui determinada eficiência.
Potência
	A potência selecionada para o motor deve ser capaz de gerar o torque para a situação de máxima velocidade.
	
	
Características do meio ambiente
Temperatura
	Se a temperatura ambiente é maior que 40°C, considera-se uma condição de trabalho especial. O motor deve ser sobredimensionado +2% por °C acima de 40°C.
Altitude
	Para altitudes maiores que 1000m, o motor deve ser sobredimensionado +1% por 100 m acima de 100 m. O limite dessa faixa é para uma altitude de 4000m.
Atmosfera
	Uma atmosfera explosiva requer Classe de Temperatura (inferior à tempera-
	tura de ignição do gás explosivo) e Grau de Proteção adequados (vedação em
	caso de presença de fibras inflamáveis ou explosivas, por exemplo).
Características construtivas
Categorias do motor – Conjugado de Partida
Categoria N
Conjugado de partida normal, corrente
 de partida, baixo escorregamento.
Categoria H
Conjugado de partida alto, corrente de partida nominal, baixo escorregamento.
Categoria D
Conjugado de partida alto, corrente de partida normal, alto escorregamento.
Obs.: NY, HY: Previstos para partida estrela-triângulo.
Dimensionamento
Dimensionamento de Carcaça, Número de Polos e Potência.
Para motores autoventilados é necessário considerar um conjugado sobredimensionado para evitar aquecimento indevido do motor em função do torque e da frequência.
Para f/fn menor que 1 devemos dimensionar a carcaça do motor. 
Para f/fn maior ou igual a 1 devemos dimensionar a potência do motor.
fmin/fn = Tr
fmax/fn = Tr
Características construtivas
Classe de Isolação
Temperatura máxima que o material de que é feito o isolamento pode suportar sem perder as suas propriedades.
Obtém-se “ensaiando o material e comparando os resultados com os de materiais padrão de eficácia conhecida” (Norma NBR-7094).
Classe de
isolamento
Temperatura
máximaºC
A
105
E
120
B
130
F
155
H
180
Temperatura máxima suportada, pela isolamento, tem haver com o tipo de material utilizado.
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Características construtivas
Classe de Isolação
Os materiais das classes A, B e F são os mais comumente usados na fabricação dos motores elétricos industriais. Os seguintes materiais compõem estas classes:
Classe A: tecidos de algodão, papel, fibras de celusose, seda e similares, todos eles impregnados com verniz.
Classe B: mica, asbesto e fibras de vidro aglomeradas por substâncias orgânicas.
Classe F: os mesmos materiais da classe B impregnados com verniz ou outra substância sintética.
Mica é um mineral com alta rigidez dielétrica.
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Características construtivas
Classe de Isolação
Características construtivas
Grau de Proteção
A norma IEC 529 estabelece um sistema de especificação geral em função do grau de proteção que se consegue em qualquer material elétrico. O grau de proteção designa se com as letras IP seguidas de três algarismos, dos quais nas máquinas elétricas só se utilizam dois:
1º algarismo: indica a proteção das pessoas contra contatos sob tensão e/ou peças em movimento no interior, assim como a proteção da máquina contra a penetração de corpos sólidos estranhos.
2º algarismo: indica a proteção contra a penetração de água.
3º algarismo: indicaria a proteção contra danos mecânicos.
Ex:
IP- _6_ _5_
1º Algarismo – Proteção Contra Penetração de Corpos Estranhos 
2º Algarismo – Proteção Contra Penetração de Água
É designado pelas letras IP seguidas de 2 algarismos, sendo que o primeiro tem haver com a proteção contra contato com 
As partes energizadas e contra objetos sólidos.
Já a segunda é relacionada a penetração de água.
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Características
construtivas
Grau de Proteção
Características construtivas
Grau de Proteção
Características construtivas
Sistema de Ventilação
Características construtivas
Sistema de Ventilação
Características construtivas
Sistema de Ventilação
Refrigeração por Ar (motor aberto).
Ventilação interna: Proporcionando distribuição de temperatura homogênea no seu interior.
 Refrigeração por Ar (motor fechado).
Autoventilado: São constituídos de aletas no eixo.
Ventilação Independente: usualmente necessária quando acionado por inversor de frequência.
Refrigeração por Água (motor fechado):
Manto d'água, circuito fechado.
Características construtivas
Sistema de Ventilação
Refrigeração por Ar motor aberto.
Ventilação interna por aletas
Características construtivas
Sistema de Ventilação
Refrigeração por Ar motor fechado
Autoventilado
Características construtivas
Sistema de Ventilação
Refrigeração por Ar motor fechado
Autoventilado
Características construtivas
Sistema de Ventilação
Refrigeração por Ar motor fechado
Ventilação independente
Não há problemas de sobreaquecimento do motor por redução de refrigeração, podendo o mesmo ser dimensionado com a carcaça normal e potência necessária ao acionamento.
Características construtivas
Sistema de Ventilação
Vantagens de sistema por água
Mantém a eficiência térmica, inclusive em velocidades reduzidas.
Permite o uso do inversor de frequência com ampla faixa de velocidade
Permite uso até mesmo em aplicações severas com torque constante.
Resfria os mancais e dispensa a ventilação forçada.
Reduzindo a manutenção e o ruído.
Características Construtivas
Fator de Serviço
A norma ABNT NBR 7094/1996, define fator de serviço como um multiplicador que, quando aplicado à potência nominal do motor, indica a carga que pode ser acionada continuamente sob tensão e frequência nominais (regime S1). Entretanto, a utilização do fator de serviço implica em vida útil inferior àquela do motor com carga nominal.
Obs: O fator de serviço não deve ser confundido com a sobrecarga momentânea do motor, a qual vale por curtos períodos de tempo.
Funciona como uma reserva energética do motor onde se deve multiplicar a potência nominal pelo fator de serviço, mas neste caso o motor
Só funciona em regime continuo S1.
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Características Construtivas
Fator de Serviço
O fator de serviço, quando especificado, deve ter o valor conforme indicado na Tabela:
			Conforme NBR 17094-1
Funciona como uma reserva energética do motor onde se deve multiplicar a potência nominal pelo fator de serviço, mas neste caso o motor
Só funciona em regime continuo S1.
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Características Construtivas
Placa de Identificação
Características Construtivas
Placa de Identificação
Bibliografia
Ferramenta didática para a seleção e especificação de motores elétricos. Cobenge, 2009.
Technical guide No.7. Dimensioning of a drive system. ABB.
Aplicação de Motores de Média Tensão dedicados acionados por inversor 
de frequência e utilização de um único projeto em diferentes solicitações 
de carga. WEG.
Catálogo de motores elétricos WEG.