Análise térmica dos MIT - redes desbalanceadas1

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ANÁLISE TÉRMICA DOS MIT QUANDO ALIMENTADOS POR REDES DESEQUILIBRADAS
Mário César G. Ramos
ESTE ESTUDO FOI DESENVOLVIDO NA UMC COM OBJETIVO DE MONITORAMENTO DO COMPORTAMENTO TÉRMICO DURANTE O FUNCIONAMENTO DO MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO, QUANDO ALIMENTADO EM REDES DESEQUILIBRADAS.
O DESEQUILÍBRIO ENTRE AS TENSÕES DE UMA REDE TRIFÁSICA PODE SER CAUSADO, PRINCIPALMENTE, PELA ALIMENTAÇÃO DE CARGAS MONOFÁSICAS DESIGUALMENTE DISTRIBUIDAS ENTRE AS FASES.
ESTA SITUAÇÃO PODE CAUSAR EFEITOS ADVERSOS NO DESEMPENHO DOS MOTORES, COM O SURGIMENTO 
DE CORRENTES FORTEMENTE DESEQUILIBRADAS, RESULTANDO EM UM INCREMENTO SIGNIFICATIVO E, COMO CONSEQUÊNCIAS:
 SOBREAQUECIMENTO NOS ENROLAMENTOS;
 DIMINUIÇÃO NO RENDIMENTO;
 DIFICULDADES PARA AJUSTE DAS PROTEÇÕES;
 ALTERAÇÃO NO VALOR DO FATOR DE POTÊNCIA;
 REDUÇÃO DA VELOCIDADE;
 REDUÇÃO DE SUA VIDA ÚTIL.
A MOTIVAÇÃO DESTE TRABALHO FOI DE SALIENTAR A IMPORTÂNCIA DA QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA NA EFICIÊNCIA E NO DESEMPENHO DOS MIT.
PARA ESSA FINALIDADE FOI DESENVOLVIDO UMA BANCADA DE TESTES, COMPOSTA DE UM MOTOR DE INDUÇÃO EQUIPADO COM 6 SENSORES DE TEMPERATURA NOS ENROLAMENTOS, ACOPLADO A UM GERADOR DE CORRENTE CONTÍNUA FUNCIONANDO COMO CARGA.
OS SENSORES FORAM INSTALADOS NAS “CABEÇAS DAS BOBINAS”, UM EM CADA FASE, NO LADO DA FRENTE (EIXO) E NO LADO DO VENTILADOR.
BACADA DE TESTES: MIT – 1cv; gerador CC – 1,5kW, 6 medidores de temperatura, 2 variac monofásico e instrumentos de medição
 SENSOR PT 100
 MIT – 1,5 CV
CONTROLADORES DE TEMPERATURA
GDI X GDT EM MIT
PROCEL
NBR 17094
 FATOR DE REDUÇÃO DE POTÊNCIA
CIRCUITO UTILIZADO PARA PROVOCAR O DESEQUILÍBRIO DE TENSÕES
O ENSAIO NÚMERO 1 FOI REALIZADO COM A REDE EQUILIBRADA E O MOTOR FUNCIONANDO EM SUAS CONDIÇÕES NOMINAIS, COM OBJETIVO DE DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA NOS SEIS PONTOS INTERNOS.
OS ENSAIOS SEGUINTES, DE NÚMEROS 2, 3 E 4, FORAM REALIZADOS COM A REDE GRADATIVAMENTE DESEQUILIBRADA, A FIM DE SE DETERMINAR O SEU COMPORTAMENTO TÉRMICO.
O ENSAIO DE NÚMERO 5 FOI REALIZADO COM O MAIOR VALOR DO GRAU DE DESEQUILÍBRIO DE TENSÃO E GRADATIVAMENTE FOI REDUZIDA A CARGA ATÉ SE OBTER AS CONDIÇÕES DO ENSAIO NÚMERO 1
EM TODOS OS ENSAIOS A TEMPERATURA AMBIENTE FOI DE 25ºC.
ENSAIO Nº 1: ANÁLISE TÉRMICA SOB CONDIÇÕES NOMINAIS
	ALIMENTAÇÃO		MOTOR 
 INDUÇÃO		GERADOR	
	TENSÃO AJUSTADA		CORRENTES 
MEDIDAS		TENSÃO ARMADURA	200V
	VA’B’	220V	I(R)	3,02 A	CORRENTE
ARMADURA	3,12A
	VB’C’	220V	I(S)	3,01 A	TENSÃO 
CAMPO	130V
	VC’A’	220V	I(T)	2,91 A	CORRENTE
CAMPO	0,4A
ENSAIO Nº 1:
 LA – lado acoplado (frente) LNA – lado não acoplado - traseira
LA/R	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25.1	30.8	35.300000000000004	38.5	41	43.3	45.3	47	48.5	49.7	50.8	51.5	52.3	52.9	53.6	54	54.5	54.9	55.2	55.5	55.9	56.1	56.	2	56.4	56.6	56.7	56.7	LA/S	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25.2	30.3	34.4	37.6	40	42.2	44.2	45.7	47.2	48.3	49.4	50.2	50.9	51.4	51.9	52.5	52.9	53.2	53.7	53.9	54.2	54.5	54.6	54.7	54.9	55	55	LA/T	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25.4	31.8	36.1	39.4	42	44.1	45.9	47.4	48.9	50.1	51.2	52	52.7	53.3	53.8	54.3	54.8	55.2	55.6	55.8	56.1	56.2	56.3	56.5	56.7	56.8	56.8	LNA/R	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25.5	30.8	34.9	37.9	40	42.1	43.8	45.4	46.7	48	48.8	49.5	50.1	50.6	51	51.6	52	52.4	52.8	53.2	53.4	53.6	53.6	53.7	53.7	53.8	53.8	LNA/S	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25.3	30.2	33.800000000000004	36.6	38.800000000000004	40.700000000000003	42.3	43.8	45.1	46.3	47.2	47.8	48.4	49	49.5	49.9	50.4	50.8	51.2	51.4	51.7	51.8	51.8	52	52.1	52.3	52.3	LNA/T	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25	31.8	35.800000000000004	38.700000000000003	40.800000000000004	42.9	44.4	46	47.3	48.5	49.3	50	50.6	51	51.6	52.1	52.6	53	53.3	53.7	53.8	53.9	54	54.1	54.3	54.4	54.4	
ENSAIO Nº 2: GDT = 0,81%
	 TENSÃO 
(V)		 CORRENTE (A)		GDT (%)	GDI (%)
	VA’B’ 	217	I(R) 	3,06	0,81	6,93
	VB’C’ 	218	I(S) 	2,84		
	VC’A’ 	220	I(T) 	3,2		
Segundo a Norma IEC 60034/26 com um 
desequilíbrio de até 1%, o circuito é 
considerado equilibrado.
ENSAIO Nº 2: GDT = 0,81%
A variação de temperatura foi irrelevante.
 LA – lado acoplado (frente) LNA – lado não acoplado - traseira
LA/R	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25.4	29.3	35	38.5	41.5	43.8	46	47.6	49.3	50.5	51.4	52.4	53.2	53.8	54.5	55	55.4	56	56.4	56.8	57.2	57.5	57.7	57.8	57.9	58	58	LA/S	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25.5	29	34.200000000000003	37.4	40.200000000000003	42.4	44.4	46	47.6	48.6	49.7	50.6	51.4	52	52.4	53.1	53.6	54.1	54.6	54.9	55.3	55.6	55.9	56	56.2	56.3	56.3	LA/T 	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25.6	30.4	35.9	39.5	42.3	44.6	46.6	48.2	49.8	50.8	52	52.9	53.7	54.3	54.8	55.3	55.8	56.3	56.9	57.3	57.5	57.8	58	58.2	58.3	58.4	58.4	LNA/R	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25.4	29.3	34	37	39.5	42	44	45.7	47	48	49	50	50.7	51.5	52	52.6	53.1	53.6	54	54.5	54.8	55.1	55.2	55.3	55.4	55.5	55.5	LNA/S	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25.2	29.4	33.700000000000003	36.6	39.1	41	43	44.5	45.8	46.8	47.7	48.7	49.2	49.7	50.3	50.7	51.2	51.9	52.2	52.6	52.9	53.2	53.4	53.5	53.6	53.7	53.7	LNA/T	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25.4	30.7	35.9	38.9	41.4	43.5	45.3	46.9	48.1	49.2	50.1	51.1	51.7	52.2	52.6	53.2	53.7	54.2	54.6	55.1	55.3	55.6	55.8	56	56.1	56.1	56.1	min
ENSAIO Nº 3: GDT = 1,88%
	 TENSÃO 
(V)		 CORRENTE (A)		GDT (%)	GDI (%)
	VA’B’ 	213	I(R) 	3,13	1,88	12
	VB’C’ 	216	I(S) 	2,65		
	VC’A’ 	220	I(T) 	3,26		
ENSAIO Nº 3: GDT = 1,88%
Atingiu a temperatura do ensaio nominal em apenas 54 minutos
 LA – lado acoplado (frente) LNA – lado não acoplado - traseira
LA/R	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25	31.6	36	39.300000000000004	42.1	44.2	46	47.6	49.5	50.7	51.9	52.8	53.7	54.5	55.1	55.6	56	56.6	56.9	57.3	57.7	57.	9	58.1	58.3	58.4	58.7	58.7	LA/S	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25.2	30.6	35	38.1	40.6	42.7	44.6	46.1	47.7	48.9	50	50.9	51.9	52.5	53.2	53.6	54.1	54.5	55	55.4	55.6	55.9	56.1	56.3	56.4	56.6	56.6	LA/T	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25.4	33.200000000000003	37.5	40.700000000000003	43.5	45.5	47.3	49	50.5	51.8	52.9	53.9	54.8	55.4	56.1	56.6	57	57.5	57.8	58.2	58.5	58.8	59	59.2	59.4	59.6	59.6	LNA/R	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25.4	31.6	35.800000000000004	38.700000000000003	41.3	43.3	45	46.7	48.3	49.4	50.5	51.6	52.5	53	53.8	54.2	54.6	54.9	55.4	55.8	56	56.3	56.5	56.7	56.8	56.8	56.8	LNA/S	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25.6	31.4	34.9	37.6	40	41.9	43.5	44.9	46.4	47.6	48.5	49.4	50.3	50.8	51.5	51.8	52.3	52.7	53.1	53.4	53.7	53.9	54.2	54.2	54.5	54.7	54.7	LNA/T	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42	45	48	51	54	57	60	63	66	69	72	75	78	25.4	32.800000000000004	37.200000000000003	40.1	42.8	44.5	46.3	47.8	49.2	50.4	51.2	52.2	53.1	53.6	54.3	54.8	55.1	55.3	55.8	56.1	56.5	56.8	56.9	57.1	57.2	57.4	57.4	min
ENSAIO Nº 4: GDT = 2,95%
	 TENSÃO 
(V)		 CORRENTE (A)		GDT (%)	GDI (%)
	VA’B’ 	209	I(R) 	3,17	2,95	19,73
	VB’C’ 	214	I(S) 	2,45		
	VC’A’ 	220	I(T) 	3,46		
“Este grau de desequilíbrio de tensão pode levar o motor a queima, dependendo das condições de trabalho.” 
ENSAIO Nº 4: GDT = 2,95%
Atingiu a temperatura do ensaio nominal em apenas 37 minutos
 LA – lado acoplado (frente) LNA – lado não acoplado - traseira
RESULTADOS DO GDI EM FUNÇÃO DO GDT
GDI X GDT
0	0.81	1.8800000000000001	2.9499999999999997	2.5499999999999998	6.9300000000000024	12	19.73	GDT(%)
FATOR DE REDUÇÃO DE POTÊNCIA0	0.5	1	1.5	2	2.5	3	3.5	4	4.5	5	1	1	1	0.98	0.95500000000000063	0.93	0.9	0.8700000000000061	0.83700000000000063	0.8	0.76000000000000689	DESEQUILÍBRIO DE TENSÃO (%)
FATOR DE REDUÇÃO DE POTÊNCIA
ENSAIO Nº 5: MANTENDO O GDT IGUAL A 2,95% FOI REDUZIDA A CARGA NO EIXO DO MOTOR ATÉ SE OBTER A MESMA TEMPERATURA DO ENSAIO Nº 1, OU SEJA, NAS CONDIÇÕES NOMINAIS.
O VALOR DA REDUÇÃO DA CARGA PARA A OBTENÇÃO DESTA CONDIÇÃO FOI DE 13,8%, OU SEJA, O MOTOR TEVE UMA REDUÇÃO DE 86,2% DO VALOR DE SUA POTÊNCIA NOMINAL.
NO GRÁFICO DA NBR 17094, PARA ESSE VALOR DE GDT, O FATOR DE REDUÇÃO É DE APROXIMADAMENTE 90%, O QUE VALIDA OS RESULTADOS EXPERIMENTAIS OBTIDOS.
 
CONCLUSÕES:
A ANÁLISE TÉRMICA DO ENROLAMENTO DO MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO MOSTROU QUE AS CURVAS DE TEMPERATURAS NAS FASES NÃO SÃO LINEARES, PORÉM, POSSUEM UMA SEMELHANÇA QUANDO SÃO SUBMETIDAS A TENSÕES EQUILIBRADAS.
PARA DESEQUILÍBRIOS DE ATÉ 1% AS CORRENTES NAS FASES PERMANECERAM PRATICAMENTE IGUAIS E NÃO SE OBSERVOU ALTERAÇÕES SIGNIFICATIVAS NAS TEMPERATURAS MEDIDAS NO ENROLAMENTO, EM RELAÇÃO À CONDIÇÃO ANTERIOR.
CONCLUSÕES:
PARA DESEQUILÍBRIOS ENTRE 1% E 2% OCORRERAM VARIAÇÕES NAS TEMPERATURAS DO ENROLAMENTO, ALCANÇANDO VALORES SUPERIORES À CONDIÇÃO NOMINAL.
O DESEQUILÍBRIO DE 2,95%, PROVOCOU UMA REDUÇÃO EXPRESSIVA NO RENDIMENTO, OCASIONANDO UMA PERDA DE POTÊNCIA DE 13,8% DO SEU VALOR NOMINAL, ALÉM DO AUMENTO DO NÍVEL DE RUÍDO E VIBRAÇÃO, CONDIÇÕES QUE SOMADAS A OUTRAS, PODERIAM CERTAMENTE DANIFICAR O MOTOR.
CONCLUSÕES:
O GRAU DE DESEQUILÍBRIO DE TENSÕES É UM FATOR DE FUNDAMENTAL IMPORTÂNCIA NAS ANÁLISES DA QUALIDADE DE ENERGIA, POIS, ALÉM DO AUMENTO DAS PERDAS E A CONSEQUENTE REDUÇÃO DA POTÊNCIA ÚTIL, DIMINUEM A VIDA ÚTIL DOS MOTORES ELÉTRICOS.
OS RESULTADOS OBTIDOS POR MEIO DA ANÁLISE TÉRMICA DO MIT FORAM SATISFATÓRIOS E APROXIMARAM BASTANTE DA CURVA DE REDUÇÃO DE POTÊNCIA APRESENTADA NA NORMA NBR 17094.
CONCLUSÕES:
SENDO O MIT A PRINCIPAL CARGA DO SETOR INDUSTRIAL E O MAIOR CONSUMIDOR DE ENERGIA É IMPERATIVO O CONTROLE DO GDT E CASO NECESSÁRIO A SUA CORREÇÃO (*).
(*) -Atualmente, os sistemas motrizes são responsáveis por cerca de 45% da demanda global de eletricidade, constituindo-se no maior uso final de energia elétrica, seguido pela iluminação, que responde por 19% do consumo [1].
[1] -Revista Eletricidade Moderna nº 456 – mar/2012 – Carta ao leitor, pg. 6.