Aplicação Motor Elétrico

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Faculdade de Tecnologia de Mogi Mirim
“Arthur de Azevedo”
Aplicação de Motores Elétricos
Projetos Mecânicos – Eletricidade Industrial
Fábio Antônio de Moraes			RA: 1630991813010
Felipe de Araujo Fernandes		RA: 1630991813036
Mogi Mirim
Dezembro – 2018
Faculdade de Tecnologia de Mogi Mirim
“Arthur de Azevedo”
Aplicação de Motores Elétricos
Projetos Mecânicos – Eletricidade Industrial
Fábio Antônio de Moraes			RA: 1630991813010
Felipe de Araújo Fernandes		RA: 1630991813036
Trabalho apresentado à Faculdade de Tecnologia de Mogi Mirim – Arthur de Azevedo, desenvolvido na disciplina de Eletricidade Industrial, ministrada pelo professor Gerson Roberto Luqueta, como parte das exigências do curso de Projetos Mecânicos para obtenção do título de Tecnólogo em Projetos Mecânicos.
Mogi Mirim
Dezembro – 2018
RESUMO
FERNANDES, Felipe de Araujo; MORAES, Fábio Antônio. Aplicação de Motores Elétricos. 2018. Trabalho do curso de Projetos Mecânicos. Faculdade de Tecnologia de Mogi Mirim – Arthur de Azevedo, Mogi Mirim. 2018.
Este trabalho foi montado e estruturado com a finalidade de aplicar o conhecimento adquirido nas aulas de Eletricidade Industrial, do curso de Projetos Mecânicos na Fatec Arthur de Azevedo. Neste documento contém todo passo-a-passo, detalhamento, imagens e cálculos para o dimensionamento de um motor elétrico gaiola de esquilo em uma talha elétrica.
O presente documento refere-se somente a escolha do motor que irá ser aplicado ao equipamento, não apresentando assim detalhes sobre o equipamento nem sobre a sua construção. Para a consulta dos motores existentes, foi-se consultado o catálogo da fabricante de motores elétricos WEG.
Palavras-chave: Aplicação. Motor Elétrico. Dimensionamento.
ABSTRACT
FERNANDES, Felipe de Araújo; MORAES, Fábio Antônio. Applications of Electric Motors. 2018. Paper of Mechanical Projects Couse. Technology College of Mogi Mirim – Arthur de Azevedo, Mogi Mirim. 2018.
This work was assembled and structured with the purpose of applying the knowledge acquired in the classes of Industrial Electricity, of the course of Mechanical Projects at Fatec Arthur de Azevedo. This document contains all step-by-step, detailing, images and calculations for the sizing of an electric squirrel cage motor in an electric hoist.
	This document only indicates the choice of the motor that will be applied to the equipment, thus not presenting details about the equipment or its construction, for the consultation of the existing motors, the catalog of the manufacturer of electric motors WEG was consulted.
Keywords: Applications. Eletric Motors. Sizing.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
Segundo Carvalho (2013), os motores elétricos são utilizados para converter energia elétrica em energia mecânica e representam uma das invenções mais úteis na indústria elétrica; 50% da eletricidade produzida nos Estados Unidos é usada para alimentar motores. Um motor elétrico funciona com base em magnetismo e correntes elétricas, existem dois tipos básicos de categorias de motores, os de corrente alternada e os de corrente contínua.
O motor elétrico surgiu quando, Michael Faraday percebeu que se colocasse um ímã dentro de uma bobina, cujo fio passasse energia elétrica, este imã se movia de forma a acompanhar as linhas de força da bobina, demonstrou assim que uma bobina eletrizada é também um ímã. Então se colocarmos uma bobina entre dois ímãs fixos, sem tocar neles, ela aponta seu polo norte para o polo sul do ímã e vice-versa. Mas, como os polos da bobina são determinados pelo sentido da corrente que passa pelo fio, quando o invertemos, os polos também se invertem, o que faz com que a bobina se mova novamente, se essa inversão da corrente for constante, ela não para de girar, e foi assim que se surgiu o princípio de funcionamento do motor elétrico.
A partir daí, com o passar dos anos foram sendo aplicados em diversas áreas, mas o lugar onde se pode encontrar uma maior quantidade e tipos de motores elétricos é na indústria. Um dos equipamentos que usa motores elétricos na indústria são as talhas elétricas, ela pode ser considerada um equipamento de fundamental importância na execução de trabalhos em diversas áreas onde exista a necessidade de carregar objetos pesados. Uma talha é composta basicamente de três partes fundamentais: um motor elétrico; uma caixa de redução e um tambor para cabo de aço ou corrente. 
Um dos motores mais utilizados na indústria é o motor gaiola de esquilo, este tipo de motor consiste em um cilindro de laminas de aço, com condutores de alumínio ou cobre embutidos em sua superfície, o enrolamento do estator não rotativo é conectado a uma fonte de energia de corrente alternada, a corrente alternada no estator produz um campo magnético rotativo e o enrolamento do rotor tem uma corrente induzida pelo campo do estator e produz seu próprio campo magnético. A interação das duas fontes de campo magnético produz torque no rotor.
MATERIAIS E MÉTODOS
Os objetivos deste trabalho serão explicar de maneira satisfatória o dimensionamento mecânico de motor gaiola de esquilo em um equipamento industrial, equipamento este que será uma talha elétrica.
TALHA ELÉTRICA
Uma talha elétrica é um aparelho movido a eletricidade usado para levantar, abaixar e até mesmo mover objetos pesados ou de difícil locomoção, tem como principal função aliviar a tensão e evitar possíveis lesões em qualquer pessoa que precise levantar um objeto pesado ou em situações em que o objeto é simplesmente pesado demais para ser levantado por um ser humano sem ajuda. 
As talhas elétricas são encontradas em várias áreas de trabalho, são comumente usadas em construção civil, armazéns, oficinas, garagens de manutenção de automóveis, estaleiros e embarcações de grande porte, mas há várias outras atribuições para o equipamento, a (Figura 1), mostra um modelo simples de talha elétrica.
Figura 1 – Talha elétrica GEV 1000 Vonder.
Fonte: Catálogo Vonder, 2018.
A talha na maioria das vezes pode ser anexada a uma estrutura sólida de suporte de carga, como um portal móvel, guindaste de lança, viga de aço ou mesmo apenas a um gancho robusto preso com firmeza. Depois de presa, o gancho da talha pode ser abaixado utilizando o seu próprio controle, com isso pode-se acoplar os objetos que se desejam levantar e transportar.
A maioria das talhas elétricas contém algum tipo de mecanismo de segurança para evitar o deslizamento das cargas, o que pode ser extremamente perigoso. Talhas geralmente trabalham com um sistema de embreagem, o que permite que a cadeia entre em um torque programado que impede qualquer sobrecarga. Em algumas talhas elétricas, o limite de sobrecarga é operado através da cadeia mecanicamente envolvida com um mecanismo interruptor. Talhas mais modernas têm interruptores de segurança que cortam automaticamente a energia, se houver algum problema com o sistema.
Há várias razões para se usar uma talha elétrica. A principal é a segurança, pois esse equipamento pode reduzir extremamente o risco de lesões, devido ao fato de que é o elevador que leva todo o peso, e não o indivíduo, são notórios os problemas de segurança do trabalho decorrentes da elevação ou movimentação de objetos pesados.
CONJUGADO
Um dos primeiros passos para se dimensionar um motor elétrico, é calcular o conjugado, e estabelecer as necessidades normalmente exige alguns cálculos, após estabelecer o conjugado o segundo passo é estabelecer a velocidade da carga, a qual é geralmente especificada pelo cliente ao qual é prestado o serviço.
O conjugado (também chamado de torque, momento ou binário), é a medida do esforço necessário para girar um eixo. (WEG, 2009, p. 3).
Um exemplo prático para se estabelecer o conjugado, é medir a força empregada, para isso também é preciso da medida do centro do eixo até a tangente na qual é aplicada a força. Deste modo,a magnitude da grandeza do conjugado depende:
Da magnitude da grandeza, (Força).
Da magnitude da grandeza da distância perpendicular à força, (Raio).
CRITÉRIOS PARA SELECIONAR MOTOR TALHA
As características onde o motor irá trabalhar são fatores importantes na seleção do motor e portanto deve ser conhecida previamente. Pode-se dividir em algumas características, são elas: 
Características da rede de alimentação
Tensão de alimentação do motor;
Frequência nominal;
Método de partida;
Características do Ambiente
Altitude;
Temperatura ambiente;
Atmosfera;
Características Construtivas
Forma construtiva;
Potência;
Proteção térmica;
Sentido de rotação;
Características da talha
Fator de redução da velocidade;
Carga a ser levantada;
Velocidade do levantamento da carga;
Rendimento total do sistema;
Momento de inércia do acoplamento do redutor;
Diâmetro polia ou tambor onde está suspensa a carga;
Classe de operação de acordo com a norma NBR 9974 – Seleção de motores elétricos para elevação ou, o número máximo de manobras por hora e o valor percentual do ciclo;
VELOCIDADE DO MOTOR
Conhecendo a velocidade de levantamento da carga (Vc), determina-se a velocidade do tambor, pela equação 1:
 (1)
Onde:
nc: Velocidade do tambor (rps).
Vc: Velocidade levantamento da carga (m/s).
D: Diametro do tambor (m).
Dividindo-se a velocidade do tambor pelo fator de redução, obtêm-se a velocidade requerida pelo motor, como mostra a equação 2:
(2)
Onde:
n: Velocidade requerida pelo motor (rps).
nc: Velocidade do tambor (rps).
R: Rendimento do motor.
Desta forma, determina-se qual a polaridade do motor a ser utilizado para o acionamento, porém ainda há necessidade de uma análise econômica para se determinar qual a melhor relação fator de redução e polaridade do motor de dois polos.
CONJUGADO REQUERIDO PELA TALHA
Em função da carga a ser levantada, do diâmetro do tambor ou polia, pode-se determinar o conjugado nominal (Cn) da talha, conforme equação 3.
 (3)
Onde:
Cn: Conjugado nominal (Kgfm).
m: Carga a ser levantada (Kg).
g: Gravidade (9,8).
D: Diâmetro do tambor (m).
Expressão válida para acionamento direto, sem polia móvel.
POTÊNCIA NOMINAL DO MOTOR
Para se determinar a potência absorvida pela talha conhecendo a carga a ser levantada (m) em Kg e a velocidade (Vc) em m/s, a potência requeria pela talha em KW é dada pela equação 4.
 (4)
Onde:
nt: Rendimento total da talha.
P: Potencia absorvida (m).
m: Carga a ser levantada (Kg).
g: Gravidade (9,8).
Vc: Velocidade levantamento da carga (m/s).
A figura 2 mostra o rendimento isolados dos mecanismos das talhas. O rendimento total (nt) é dado pelo produto dos rendimentos mostrados na figura.
Figura 2 – Rendimento isolado dos mecanismos de talhas.
Fonte: Weg, 2019.
REGIME DE TRABALHO DO MOTOR
O regime de trabalho de uma talha está mostrado na figura 3. E na figura 4, é mostrado a relação de regimes básicos para talhas de acordo com a norma NBR 9974 Seleção de motores elétricos para elevação.
Figura 3 – Regime de trabalho, talha.
Fonte: WEG, 2009.
Figura 4 – Classes de regime de trabalho de talhas.
Fonte: WEG, 2009.
CATEGORIA DO MOTOR
Em função do regime de trabalho da talha, geralmente intermitente, o motor mais adequado é do tipo D, cujas características normalizadas são:
Conjugado de partida igual ou superior á 275% do nominal;
Escorregamento nominal entre 5 e 8% ou entre 8 e 13%;
Entretanto, existem casos em que o motor categoria N satisfaz as exigências da aplicação.
GRAU DE PROTEÇÃO
Os invólucros dos equipamentos elétricos, conforme as características do local em que serão instalados e de sua acessibilidade devem oferecer um determinado grau de proteção. A norma NBR 9884/IEC define os graus de proteção dos equipamentos elétricos por meio das letras características IP, seguida por dois algarismos, Conforme mostra as figuras 5 e 6.
Figura 5 – Grau do proteção 1° algarismo.
Fonte: WEG, 2009.
Figura 6 – Grau de proteção 2° algarismo.
Fonte: WEG, 2009.
DESENVOLVIMENTO E RESULTADOS
Para exemplificar de maneira clara o que foi dito nos capítulos anteriores, neste capítulo apresentasse todo o memorial de cálculo para o dimensionamento do motor para uma talha. A talha a qual irá ser dimensionada, será para o uso em diversos setores da indústria e apresenta as seguintes características:
Características da rede:
Tensão: 220V;
Frequência: 60 Hz;
Partida direta;
Características do ambiente:
Temperatura < 40°C;
Altitude < 1000m;
Sentido de rotação: Horário e anti-horário;
Características da talha:
Carga a ser levantada: 500Kg;
Velocidade do levantamento: 0,7m/s;
Redução: 0,041;
Rendimento total do sistema: 0,9600;
Diâmetro do tambor: 0,2m;
Gravidade: 9,8m/s²;
Classe de operação: 1CM (120man/h 20% de ED).
Pela equação 4, determina-se a potência nominal do motor em KW.
Pela equação 1, determina-se a velocidade do tambor em rps.
	
Pela equação 2, determina-se a velocidade do motor em rps.
Como Nrpm = 27,07 x 60 = 1624, determinasse ser um motor 4 polos.
	
Pela equação 3, determinasse o conjugado requerido pela talha.
CONCLUSÃO
Dados da placa do motor:
Motor trifásico de indução, rotor de gaiola, marca WEG Alto Rendimento Plus;
Potência: 3,7 KW 5 CV;
Polaridade: 4 polos;
Tensão: 220 Volts;
Frequência: 60 Hz;
Carcaça: 100L
Forma construtiva: B3D;
Grau de proteção: IP55;
Categoria: N;
Regime de serviço: S4 – 20%, 240 part/h.
Todos os dados apresentados já foram justificados nos capítulos anteriores.
Para efeito de comparação foi-se encontrado no catálogo Vonder, um modelo de talha, com um motor com características muito próximas do motor dimensionado. 
Capacidade de carga (sem gancho e polia de inversão): 500 kg;
Capacidade de carga (com gancho e polia de inversão): 1000 kg; 
Potência (W): 1.800;
Polaridade: 4 polos;
Fator de trabalho do guincho elétrico: 20% - 10 min; 
Índice de proteção (IP) do motor elétrico: IP55 
Velocidade de elevação (com gancho e polia de inversão): 4 metros/minuto 
Velocidade de elevação (sem gancho e polia de inversão): 8 metros/minuto
Tensão (V): 220 V
Frequência (Hz): 60 Hz 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANDRADE, Maria Margarida de. Como Preparar Trabalhos de Pós-Graduação: Noções Práticas. São Paulo: Atlas, 1995. 118 p.
CARVALHO, Diogo Moraes. Dimensionamento da potência mecânica de motores elétricos de indução trifásicos gaiola pelo critério do tempo de aceleração. Disponível em: <https://ifgjatai.webcindario.com/DMCarvalho.pdf>. Acesso em: 25/11/2018.
PETRUZELLA, Frank D. Motores Elétricos e Acionamentos. Porto Alegre: McGraw-Hill, 2013. 372 p.
VONDER, Catálogo de produtos 2018. Disponível em: <http://www.ovd.com.br/_CATALOGO/vonder/catalogo_vonder_2018.pdf>. Acesso em: 25/11/2018.
WEG, Comando de Proteção. Disponível em: 
<https://docente.ifsc.edu.br/rafael.grebogi/MaterialDidatico/Eletromecanica/Eletricidade%20Industrial%20(OLD)/M1%20%20Comando%20e%20Prote%C3%A7%C3%A3o.pdf>. Acesso em: 25/11/2018.
WEG, Seleção de Motores Elétricos. Disponível em:
<http://ecatalog.weg.net/tec_cat/tech_motor_sel_web.asp#>.Acesso em: 25/11/2018.
TALHA USADA PARA COMPARAÇÃO: <http://www.dutramaquinas.com.br/p/talha-eletrica-capacidade-500-1000-kg-elevacao-de-ate-12-metros-gev-1000-61-95-100-220?gclid=EAIaIQobChMI9bbA-Lj_3gIVTgWRCh0WHwPtEAkYAiABEgL8IfD_BwE>
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