Escola Federal de
Engenharia de Itajubá
Concurso WEG para Conservação de
Energia Elétrica
“ANÁLISE TÉCNICO
ECONÔMICA DO
REPARO DE MOTORES DE
INDUÇÃO WEG
VISANDO A CONSERVAÇÃO
DE ENERGIA”
Autor: ANDRÉ LUIZ PEREIRA DE OLIVEIRA
Orientador: JAMIL HADDADItajubá, Julho de 1999
APRESENTAÇÃO
Além da justificativa usual e direta de que o uso eficiente de energia interessa por si mesmo, como de
resto são oportunas todas as medidas de redução das perdas e de racionalização técnico-econômica dos fatores
de produção, é conveniente observar o caráter estratégico e determinante que o suprimento de eletricidade e
combustíveis apresenta em todos os processos produtivos. Ainda que representando uma parcela por vezes
reduzida dos custos totais, a energia não possui substitutos senão a própria energia e sem ela os processos não se
desenvolvem. Tendo em conta o presente cenário da oferta de energia, seja no Brasil ou nos demais países, onde
restrições de ordem financeira e ambiental se conjugam de modo a incrementar os custos dos energéticos e
configuram perspectivas preocupantes de descompasso entre as disponibilidades e as demandas energéticas, o
uso efici ente de energi a amplia significativamente sua importância.
De maneira geral, reduzir as perdas traz benefícios para todos. Melhora a economicidade
dos processos produtivos e aumenta a disponibilidade de energia de modo a atender um maior
número de pessoas com o menor uso de recursos. Mas, fundamentalmente, de forma distinta de
outros métodos de incremento de produtividade, valoriza o esforço humano, favorece a geração de
empregos e ajuda a preservar o meio ambiente.
A Weg começou a fabricar motores elétricos numa cidade do interior de Santa Catarina, com
crescimento acelerado sendo uma marca reconhecida devido a qualidade de seus produtos.
Atualmente reconhecida no mundo todo, a Weg produz geradores, componentes eletroeletrônicos,
produtos para automação industrial, transformadores de força e distribuição, tintas líquidas e em pó e
vernizes eletroisolantes. Sendo a maior indústria de motores elétricos da América Latina (e presente
em mais de 50 países nos cinco continentes), possuindo os processos de produção mais avançados,
os mais exigentes programas de qualidade total e sabendo a importância da energia elétrica hoje em
dia, a Weg teve a ótima iniciativa de criar um concurso que incentiva trabalhos voltados para a
conservação de energia.
Apesar de possuir vários produtos de excelente qualidade, é devido a grande presença dos
motores elétricos nas indústrias que este trabalho foi desenvolvido objetivando avaliar o reparo nos
motores elétricos de indução, visando a conservação de energia. Os motores são responsáveis por
grande parte do consumo de energia nacional, e consequentemente, há desperdícios de energia
ocasionados por usos inadequados, qualidade duvidosa dos motores, etc. Este trabalho analisa a
qualidade dos serviços prestados e materiais utilizados pelas oficinas situadas no Sul do Estado de
Minas Gerais e na região do Vale do Paraíba (SP) no reparo dos motores, fazendo um estudo sobre
a melhor maneira de se efetuar o reparo.
ÍNDICE
APRESENTAÇÃO i
INTRODUÇÃO 01
CAPÍTULO I
A IMPORTÂNCIA DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA 03
I.1 – A Questão Energética 03
I.2 – O Consumo de Energia 04
I.3 – A Questão Ambiental 06
I.4 – O Uso Eficiente de Energia Elétrica e suas Vantagens 07
I.5 – Os Motores Elétricos e a Conservação de Energia Elétrica 09
CAPÍTULO II
RESUMO TEÓRICO 11
II.1 – O que são os Motores Elétricos 11
II.2 – O princípio de funcionamento de um Motor Elétrico 12
II.3 – Tipos de Motores Elétricos 12
II.4 – Classes de Isolamento e Classificação Térmica 13
A Elevação de Temperatura do Motor e sua Medição 14
II.5 – O Cálculo do Rendimento de um Motor Elétrico 15
II.6 – Dimensionamento de Motores Elétricos 15
II.7 – Perdas em um Motor Elétrico 18
II.8 – Utilização Racional dos Motores Elétricos 19
II.9 – Controladores de Velocidades dos Motores Elétricos 20
II.10 – Motores de Alto Rendimento 21
CAPÍTULO III
AS OFICINAS DE MOTORES ELÉTRICOS 23
III.1 – Critérios de Avaliação 23
Aspectos gerais das oficinas 23
Ferramental das oficinas 24
Procedimentos no Reparo dos Motores Elétricos 25
III.2 – Avaliação das Oficinas 25
CAPÍTULO IV
O REPARO EM MOTORES ELÉTRICOS 29
IV.1 – O que é Rebobinar um Motor Elétrico 29
IV.2 – As etapas do reparo de um motor elétrico 29
Obtenção do diagrama do enrolamento 29
Remoção do enrolamento 30
Isolamento das ranhuras 30
Confecção das formas 30
Enrolamento das bobinas 31
Colocação das bobinas 31
Amarração e ligação 31
Testes dos motores 31
Medida da resistência de isolamento 32
Verificação de Curto-Circuito entre Espiras 32
Conclusão 33
CAPÍTULO V
OS ENSAIOS NOS MOTORES ELÉTRICOS 34
V.1 – O Ensaio de Rendimento 34
V.2 – O Ensaio de Elevação de Temperatura 35
Introdução 35
Método da Resistência 35
Temperatura do Meio Refrigerante 36
V.3 – Catalogação dos Motores Elétricos 36
Dados do Motor 1: WEG 5cv 37
Dados do Motor 2: WEG 10cv 37
V.4 – Ensaios dos Motores antes do Reparo 37
Motor 1: WEG 5cv 37
Motor 2: WEG 10cv 39
V.5 – Ensaios dos Motores após o Reparo 40
Motor 1: WEG 5cv 40
Motor 2: WEG 10cv 42
CAPÍTULO VI
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES 44
BIBLIOGRAFIA 47
ANEXOS 48
INTRODUÇÃO
Normalmente, os motores elétricos constituem-se nas cargas mais significativas das indústrias. Estudos
recentes mostram que estes são responsáveis por 50% do consumo de energia, podendo chegar a 70%
dependendo do segmento da indústria, o que corresponde a cerca de 30% de toda energia produzida no País.
[OLIVEIRA, 1998]
A grande quantidade existente e as condições equivocadas de concepção e operação dos motores
elétricos, levam com freqüênci a, ao surgimento de unidades danificadas, resultando em consideráveis custos.
Após a avaliação da extens ão dos eventuais danos, surge uma questão bastante objetiva: Deve-se recuperar o
motor ou trocá-lo por um novo?
É prática comum em muitas indústrias, principalmente nas maiores, considerar-se os motores de
pequeno porte como, literalmente, descartáveis, enquanto que os de maior são passíveis de reparos. Por outro
lado, este último fato ocorre para qualquer motor em pequenas indústrias.
A realidade prática mostra que existem muitas incertezas sobre a substituição, ou não, dos motores
elétricos. No tocante à critérios de decisão, pode-se dizer que existe todo um campo de estudos para ser
desenvolvido, principalmente com relação ao rendimento, vida útil, caract erísticas elétri cas, custos, etc.
Neste sentido, a questão das condições do motor pós-reparo motivaram o presente trabalho. Pesquisouse
o desempenho dos motores antes e após o seu reparo, bem como as oficinas que fazem esse trabalho,
avaliando-se principalmente os aspectos de qualidade e atualização tecnológica, e sua correl ação com o
desempenho do motor depois de recondicionado. Estas oficinas podem ser bastante di ferenciadas, situando-se as
vezes dentro das próprias instalações industriais, contando ou não com pessoal especializado e capacitado.
Acredita-se que, enquanto um motor bem reparado, deva apresent ar desempenho praticament e idêntico
ao do motor novo, um reparo mal feito, empregando métodos e procedimentos não padroni zados e materiais não
recomendáveis, poderá alterar as características originais do motor, levando a significativos desperdícios de
energia el étrica.
Pretende-se, então, verificar a influência do reparo de motores no rendimento dos mesmos.
Com isto, esse trabalho irá abordar os procedimentos e técnicas adotadas pelas oficinas de reparo.
Foram ensaiados em laboratório 10 (dez) motores elétricos, sendo que o defeito imposto nos
mesmos era o de sobrecarga (através do travamento do rotor) para o posterior envio às oficinas.
Durante os ensaios, foram observadas as variações das perdas, de rendimento, rotação,
temperatura e demais variáveis, antes e após o seu rebobinamento.
No primeiro capítulo do trabalho são apresentados aspectos da importância da conservação
de energia, o consumo mundial e nacional, os impactos ambientais gerados, as vantagens do uso
eficiente de energia elétrica e a participação dos motores elétricos na conservação de energia. No
segundo capítulo é apresentado um resumo teórico dos motores elétricos com o princípio de
funcionamento, tipos, classes de isolamento e classificação térmica, cálculo do rendimento,
dimensionamento, perdas, utilização eficiente, controladores de velocidade e os motores de alto
rendimento. No terceiro capítulo são apresentados os critérios utilizados e a avaliação das oficinas
de reparo de motores elétricos da região do Sul de Minas Gerais e do Vale do Paraíba (SP).
No quarto capítulo é apresentado o reparo em motores elétricos e suas etapas. No quinto
capítulo são apresentados os métodos de ensaio e os resultados de dois dos motores elétricos (num
total de dez motores elétricos ensaiados). No sexto e último capítulo são apresentadas as
conclusões e recomendações quanto ao trabalho das oficinas de reparo de motores e também
quanto ao desempenho dos motores após o reparo dos mesmos.
CAPÍTULO I
A IMPORTÂNCIA DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA
I.1 – A Questão Energética
A questão energética é, hoje, fundamental no mundo inteiro pois a energia elétrica é o motor
das sociedades e das economias atuais. Entre as muitas formas de energia secundária usadas pela
humanidade destaca-se a importância da eletricidade. O consumo de eletricidade vem crescendo
rapidamente no mundo inteiro. Em muitos países ela cresce mais velozmente do que o produto
econômico, indicando uma tendência para a eletrificação das economias. A eletricidade é uma forma
de energia de alta qualidade, tem múltiplas aplicações práticas facilmente controláveis e uma série
de usos cativos cujo emprego se amplia a cada dia. A iluminação, o calor concentrado, os
sofisticados aparelhos modernos e os componentes tecnológicos de nossa era, as comunicações, os
processos de controle, a computação e a automação, por exemplo, são áreas dependentes do uso
da eletricidade que se expandem em todos os países.
A energia em geral e a eletricidade em particular podem ser associadas a tantos benefícios,
mas também podem acarretar implicações negativas. A produção, o transporte e a distribuição de
quase todos os energéticos inclusive da própria eletricidade, podem ter conseqüências sociais e
ambientais negativas para a humanidade. A geração, a transmissão, a distribuição e o uso da própria
eletricidade acarretam danos ambientais tanto em nível local quanto em nível global. Entre os danos
locais mais comuns causados pelas hidrelétricas, por exemplo, pode-se pensar, no alagamento de
regiões agrícolas férteis em decorrência da construção de grandes barragens. Já entre os problemas
globais influenciados pela energia avulta a questão da mudança climática global, decorrente da
intensificação do efeito estufa, provavelmente causado pela emissão de dióxido de carbono (C02) e
outros gases derivados principalmente da queima de combustíveis fósseis como ocorre, por
exemplo, nas usinas termelétricas à carvão ou óleo combustível. Entre todos estes problemas, existe
também a grande dificuldade de financiar os investimentos energéticos. À medida que os recursos
naturais e ambientais disponíveis para a produção de eletricidade se tornam mais escassos e a
legislação ambiental se torna mais rígida, os custos de construção de novas usinas elétricas se
ampliam.
No Brasil a demanda por eletricidade tem crescido a taxas médias em torno de 6%
[OLIVEIRA, 1998] ao ano e necessita de um crescimento maior. O setor elétrico vem enfrentando
dilemas sérios para sua expansão e as perdas de energia elétrica no sistema e o uso ineficiente de
eletricidade são, ainda, grandes em nosso país. Por todas estas razões, aliadas ao fato de que cada
nova usina pode provocar novos impactos ambientais, vem se criando no Brasil uma nova
mentalidade voltada para o combate ao desperdício de energia elétrica. A conservação de energia
deve ser, atualmente, um compromisso de cada cidadão brasileiro e uma contínua preocupação
técnica e política do governo. O Brasil possui grandes riquezas, inclusive energéticas, mas também
inequidades sociais, econômicas além do desperdício de muitos recursos naturais e humanos. O
combate ao desperdício em geral é uma necessidade premente da nação pois é um meio de atenuar
as inequidades sociais fazendo com que um maior número de necessidades sociais possa ser
atendida com o mesmo volume de recursos.
I.2 – O Consumo de Energia
Os dados do panorama energético mundial em 1990 quanto ao consumo de energia no
mundo mostra a desigualdade entre os países industrializados e os países em desenvolvimento ou
economicamente subdesenvolvidos. Constata-se que os habitantes dos países desenvolvidos
consomem mais da metade da energia do mundo.
Tabela I.1: Consumo de energia e população em 1990
Regiões
Energia
(Milhões TEP)
%
População
(Milhões hab.)
%
Nações desenvolvidas de economia
de mercado - OECD
4112 50 852 16
Antiga URSS, Europa Central e do
Leste
1724 20 413 8
Nações em desenvolvimento ou
subdesenvolvidas
2459 30 4005 76
Totais mundiais 8295 100 5270 100
Fonte: OLIVEIRA, 1998
O consumo de energia por habitante das nações desenvolvidas é cerca de oito vezes aquele
apresentado nas nações em desenvolvimento e/ou subdesenvolvidas. Nesta proporção, a metade
mais pobre da população mundial não deverá atingir nem mesmo um nível mínimo de condição
material de vida e de consumo de energia no horizonte possível. Apesar disto, algumas nações em
desenvolvimento, possivelmente o Brasil, conseguirão romper o teto da pobreza e passarão a ser
maiores consumidores de energia, porém, não deverão atingir o padrão dos Estados Unidos da
América e da União Européia por não haver disponibilidade de recursos energéticos globais na Terra
para tal demanda de energia.
Devido aos choques dos preços do petróleo promovidos pela OPEP em 1973 e 1979
aumentou a insegurança e a preocupação com a questão da energia dos países importadores. Por
conseguinte, ocorreram significativos ajustes de demanda, de produção e de substituição entre
recursos energéticos alternativos. 0 quadro sintético da evolução recente do consumo de energia em
suas formas primárias no Brasil e no mundo explica a grande importância da participação da energia
hidrelétrica no Brasil em comparação aos países industrializados.
Tabela I.2: Evolução recente do consumo de energia primária em %
Mundo Brasil
Origem
1971 1992 1971 1992
Carvões 31,0 29,0 3,1 5,3
Petróleo 47,8 39,2 34,8 30,6
Gás 18,4 22,0 0,3 2,4
Nuclear 0,6 7,0 - 0,1
Hidro 2,1 2,4 16,0 37,8
Biomassa/Outros 0,1 0,4 45,8 23,9
Fonte: OLIVEIRA, 1998
Quanto se trata da composição da demanda final de energia o fenômeno dominante no
intervalo dos vinte anos entre 1970 e 1990, foi o crescimento continuo da participação relativa da
energia elétrica na composição final da matriz energética.
Tabela I.3: Estrutura da demanda de energia final em %
Setores
Países
Industrializados
Países em
Desenvolvimento
Brasil
Residências e Serviços 21 21 15
Transportes 22 14 20
Indústrias 19 34 25
Eletricidade (todos) 38 31 39
Fonte: OLIVEIRA, 1998
Na virada do século XIX para o século XX estavam em curso, no Brasil, várias iniciativas
privadas e locais de geração de energia elétrica, especialmente nos Estados de São Paulo, Rio de
Janeiro e Minas Gerais. A maioria era promovida por empresários cujas atividades agrícolas,
comerciais, industriais ou financeiras estavam vinculadas às localidades a serem beneficiadas pela
introdução dos novos serviços. No Nordeste e no Norte as iniciativas limitaram-se às capitais e,
particularmente em Manaus, Belém e Recife.
A eletricidade contribuiu significativamente para o desenvolvimento social e econômico do
Brasil durante os últimos 25 anos. O uso per capita de energia elétrica foi quintuplicado entre
meados da década de 60 e o final dos anos 80. O número de domicílios supridos com energia
elétrica aumentou de 38% em 1960 para 80% em 1985 [PROCEL, 1998]. De forma semelhante, a
energia elétrica tem sido um fator chave para impulsionar o desenvolvimento industrial brasileiro.
Neste sentido, o uso de energia elétrica por unidade de produto industrial cresceu mais do que o
dobro entre 1970 e 1988.
O consumo total de energia elétrica no Brasil aumentou a taxas médias de 12% ao ano no
período 1970-1980, 6,5% ao ano no intervalo 1980-1990 e de 3.5% entre 1990 e 1995. Em 1996,
com a estabilização da moeda e o plano real, a taxa de consumo de energia elétrica voltou a subir,
no Brasil como um todo, para 6,0% e, no Nordeste em particular para 7,0% [PROCEL, 1998].
Tabela I.4: Consumo total de energia elétrica em 1996 - Brasil e Regiões
Energia Firme Energia Firme + Interruptível
Região
GWh Δ% 1996/95 GWh Δ% 1996/95
Norte 13453 7,1 13961 11,1
Nordeste 40927 7 41299 6,5
Sudeste 151888 5,6 153397 2,9
Sul 39343 5,3 39391 5,1
Centro-Oeste 12816 7,5 12860 6,9
Brasil 258427 6 260908 4,4
Fonte: OLIVEIRA, 1998
Para atender a esta taxa de crescimento da demanda, cerca de 37 GW em capacidade
geradora precisariam ser instalados no período de 1990 a 2000. Com os custos marginais de
geração atuais, o fornecimento deste volume de energia, juntamente com as instalações de
transmissão e distribuição exigiriam cerca de USS 75 bilhões em investimentos. Mobilizar
investimentos desta ordem para o setor elétrico nas condições econômico-financeiras atuais está se
tornando uma tarefa muito difícil, quase impossível. Como complicador deste cenário é importante
destacar que aproveitamentos hidrelétricos nas regiões Sul, Sudeste e Nordeste estão praticamente
esgotados. As alternativas em análise mais comuns como a implantação de centrais termelétricas ou
a exploração da bacia Amazônica terão significante impacto no volume de investimento e na questão
ambiental.
I.3 – A Questão Ambiental
O crescimento rápido e mal planejado da produção e do consumo energético implicam
impactos ambientais seríssimos à natureza. No passado as questões ambientais eram consideradas
secundárias e acessórias à necessidade do contínuo crescimento econômico das nações.
Recentemente os impactos têm sido identificados como uma restrição potencial ao desenvolvimento.
A fim de se diminuir esses impactos ambientais, foram estabelecidas as seguintes medidas
para limitar as concentrações de gases estufas na atmosfera: diminuir a intensidade do uso de
combustíveis fósseis; melhorar a eficiência no uso dos combustíveis e da termeletricidade (30% das
emissões globais de CO2 advém da operação de centrais termelétricas).
A nível nacional a maioria das mudanças da política energética que contemplam a questão
ambiental são efetivamente implementadas. Deve-se entretanto, avançar no sentido se estabelecer
outros mecanismos de controle e colocá-los em prática. Dentre os mecanismos que estão sendo e
outros que propõem aspectos inovadores podem ser destacados: os padrões de desempenho
energético, programas institucionais ou governamentais de aquisição de tecnologia, gerenciamento
do lado da demanda (GLD) pelas companhias de eletricidade e atividades de pesquisa e
desenvolvimento.
Sempre que são implementadas, essas medidas fazem parte do programas que têm o
objetivo de atingir o grande público, fazendo com que o mesmo se conscientize sobre os benefícios
da utilização eficiente de todos os recursos energéticos. A busca da eficiência no processo de
transformação energética tem como objetivo evitar as conseqüências indesejáveis do uso irracional
da energia, que vão desde a poluição local até o efeito estufa global passando pela insegurança da
energia nuclear e pelo esgotamento das fontes de energia.
I.4 – O Uso Eficiente de Energia Elétrica e suas Vantagens
No horizonte de médio prazo a maior de todas as fontes de energia para o futuro está na sua
conservação. A conservação da energia é entendida como a soma de todas as ações voltadas para
o uso eficiente da energia. Neste sentido destacam-se as operações de controle do desperdício, a
adequada operação de máquinas e utensílios, a busca da eficiência na concepção do projeto e da
construção de equipamentos de produção e transformação de energia e, bem assim, a eficiência das
próprias máquinas, das instalações e dos utensílios em que a energia final é utilizada.
O uso eficiente da energia nas edificações, tanto comerciais como residenciais envolve duas
etapas distintas: a da produção dos materiais de construção e a etapa de ocupação da edificação. A
produção de materiais faz parte do setor industrial e como tal se comporta. Por outro lado, a
construção civil contém, mais do que qualquer outra atividade produtiva, uma contradição intrínseca
entre gastos presentes e futuros, decorrentes das concepções arquitetônicas e das características
dos materiais empregados. Ao se optar entre dois materiais, para produção de calor ou de luz, por
exemplo, utilizando-se o critério do preço corrente de mercado o usuário estará criando um consumo
futuro cujo custo dependerá de sua escolha atual. Essa dificuldade de se avaliar quantitativamente a
economia de energia nas edificações é agravada pelo simples fato de que, em geral. a comparação
entre os consumos da fase de construção e da fase de ocupação é feita por pessoas diferentes, o
construtor/proprietário e o usuário.
Fato semelhante ocorre com os utensílios domésticos, em que a escolha pelo menor valor de
aquisição a preços correntes de mercado pode-se tornar onerosa ao longo da vida útil do
equipamento devido ao consumo de energia. Tanto nos utensílios quanto na iluminação têm sido
feitos significativos aperfeiçoamentos técnicos ao mesmo em que se progride na informação ao
público. Existe também um esforço para a certificação destes equipamentos por parte de instituições
idôneas e incentivadas pelo Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL).
Este programa foi criado em 1985 com o objetivo de combater o desperdício de energia na produção
e no consumo de esforço coordenado de governos, empresas concessionárias, consumidores,
fabricantes de equipamentos e instituições de pesquisas tecnológicas. A secretaria executiva ficou a
cargo da Eletrobrás. A partir de 1990 o PROCEL passou a atuar também do lado da oferta dos
sistemas isolados de geração termelétrica e em 1991 passou a se constituir em programa de
governo.
As medidas de eficiência energética enfrentam diferentes barreiras para serem
implementadas. Entre elas podem ser citadas: os investimentos em uso eficiente de energia têm
retorno lento; a compra/venda de equipamentos de uso domiciliar é feita, em geral, por
consumidores/vendedores que não detêm informações sobre tecnologias mais eficientes; a
abundância de energia elétrica e seu baixo custo explicam em grande parte, de um lado, a
manutenção da cultura do desperdício por parte dos usuários e, de outro, o desestímulo na busca de
inovações tecnológicas; incompatibilidade dentre concepções arquitetônicas e a busca da utilização
eficiente da energia; a maneira tradicional de tarifação de energia utilizada nas empresa torna o lucro
mais dependente da quantidade de energia vendida do que da busca da eficiência por parte de seu
mercado consumidor; falta de incentivo à capacitação técnica.
A grande vantagem de se investir num projeto para tornar eficiente o uso da energia elétrica
é que ele é mais barato do que um projeto de produção de energia. Não resta dúvida que investir em
tecnologia para produtos mais eficientes sempre requer maiores investimentos. Sistemas e
equipamentos mais eficientes são, em geral, mais caros que as tecnologias que eles substituem.
Entretanto, o custo de conservar 1,0 kWh é geralmente mais barato que a produção da mesma
quantidade de energia. Em muitas aplicações o custo da eficiência é uma pequena fração dos custos
da produção de energia.
Aumentar a eficiência significa diminuir custos já que as medidas de conservação de
eletricidade custam menos que a sua produção. A conservação reduz a probabilidade de colapso no
fornecimento de energia elétrica, proporcionando uma melhoria na qualidade da energia elétrica. O
aumento da eficiência da utilização da energia pode ajudar as indústrias e os produtos brasileiros a
competirem no mercado mundial. Finalmente, a conservação da energia diminui os impactos
ambientais e sociais provocados pela construção de novas usinas hidrelétricas, termelétricas e
nucleares. Portanto, o aumento da eficiência no uso da eletricidade no Brasil proporcionará uma
ampla gama de benefícios.
I.5 – Os Motores Elétricos e a Conservação de Energia Elétrica
Grande parte do consumo de energia elétrica nas indústrias destina-se à alimentação de
suas maiores cargas, os motores elétricos. De fato, uma pesquisa recente mostrou que, em média,
cerca de 50% das cargas elétricas industriais são compostas por motores de indução, chegando a
70% em algumas regiões do país [SANTOS, 1998]. Muito embora os motores de indução sejam
máquinas intrinsecamente eficientes, pode-se explicar este fenômeno através de duas razões
principais: a grande quantidade de motores instalados e a aplicação ineficiente dos mesmos. Estes
equipamentos são utilizados para diversa finalidades, desde máquinas voltadas ao processo
industrial até sistemas de ventilação e condicionamento ambiental.
Tabela I.5: Consumo total de energia elétrica por setor
Industrial Residencial Comercial Público e Rural
Motores Elétricos 51%
Processos
Eletroquímicos 21%
Aquecimento 20%
Refrigeração 6%
Iluminação 2%
Refrigeração
(geladeiras
e freezers) 32%
Aquecimento
de Água 26%
Iluminação 24%
Outros 18%
Refrigeração 17%
Condicionamento
Ambiental 20%
Iluminação 44%
Outros 19%
Iluminação
Pública 44%
Saneamento 20%
Prédios Públicos 19%
Outros 17%
Total Nacional
45% 26,9% 13,4% 14,5%
Fonte: PROCEL, 1999
A seleção do tipo de motor que irá compor um determinado equipamento é normalmente
realizada pelo critério do menor custo inicial, desprezando-se os custos de operação do equipamento
ao longo de sua vida útil. Por outro lado, é muito comum encontrar-se o chamado motor
sobredimensionado, ou seja, motores acionando cargas muito inferiores à sua capacidade nominal,
acarretando em baixos fatores de potência e rendimentos. Agravando ainda mais o quadro de
desperdício característico dos sistemas de força motriz, há uma tendência generalizada de se
especificar motores com potências significativamente superiores às necessárias, em nome de uma
suposta reserva de potência que em contrapartida iria aumentar a confiabilidade do equipamento,
mas tais ações aumentam os gastos com energia elétrica.
Ao se analisar a eficiência do motor de indução, percebe-se que este está inserido em um
sistema onde o rendimento total do processo depende de cada uma de suas partes componentes. O
uso racional dos recursos existentes, mediante pequenos e médios investimentos ou mesmo através
da adoção de medidas operativas, pode trazer grandes benefícios e reduzir substancialmente os
gastos com energia. Como medidas operativas com custos de implantação praticamente nulos,
pode-se citar a verificação das condições dos acoplamentos, eliminando possíveis folgas, limpeza e
lubrificação dos mancais, e a otimização da partida seqüencial de motores, visando reduzir as perdas
no sistema alimentador, buscando uma solução de compromisso entre os custos de operação e as
restrições impostas pelo processo industrial.
A energia elétrica deve ser sempre usada de maneira racional, evitando-se seu desperdício.
Isto pode muitas vezes ser conseguido a partir da adoção de medidas simples e de fácil implantação,
como por exemplo o desligamento dos motores e máquinas quando não utilizados. Medidas desta
natureza podem proporcionar uma significativa economia de energia elétrica, que não deve ser
desprezada. [AGÊNCIA PARA APLICAÇÃO DE ENERGIA, 1997]
CAPÍTULO II
RESUMO TEÓRICO
II.1 – O que são os Motores Elétricos
Os motores elétricos são máquinas utilizadas em grande escala pela sociedade
contemporânea, sendo usadas no campo industrial e doméstico, estando intimamente incorporados
ao dia a dia do homem. Um motor elétrico é um equipamento cuja função é de transformar a energia
elétrica recebida pela rede em energia mecânica, que faz movimentar quase tudo, o que vem hoje
facilitar muito a vida do cidadão. [SANTOS, 1997; TORREIRA, 1985]
Figura II.1: Exemplo de um motor elétrico
Dos vários tipos motores elétricos, os de indução trifásicos (MIT) são os mais utilizados no
campo industrial, perfazendo um número cada vez maior de motores utilizados, em relação aos
outros tipos.
Os motores de indução trifásicos (MIT) possuem 3 enrolamentos no estator, correspondentes
ao número de fases de alimentação, sendo independentes um do outro e instalados
convenientemente nas ranhuras, que são locais determinados no núcleo e estator do motor para
receber os enrolamentos.
Figura II.2: Exemplos de motores de indução trifásicos
II.2 – O princípio de funcionamento de um Motor Elétrico
Para produzirem torque, todos os motores elétricos de indução requerem a interação de dois
campos magnéticos (T = K ∅ I). Estes campos são produzidos por dois conjuntos de enrolamentos
percorridos por correntes supridas por uma rede de alimentação. Um dos conjuntos de enrolamentos
está situado no estator (parte estacionaria da máquina), enquanto o outro está situado na parte
rotativa, chamada rotor. Em motores de corrente alternada do tipo indução, o enrolamento do estator
é normalmente distribuído em ranhuras existentes na sua parte interna. Estes enrolamentos são
alimentados pela fonte e o campo produzido induz corrente no enrolamento do rotor. A corrente do
rotor, por sua vez, cria um campo magnético que, interagindo com o campo magnético produzido
pelo estator, dá origem ao torque necessário ao funcionamento da máquina.
II.3 – Tipos de Motores Elétricos
Os motores elétricos subdividem-se em duas categorias básicas principais: os motores de
corrente continua e os motores de corrente alternada.
Os motores de corrente continua são, em geral, utilizados em serviços que requerem
controle preciso da velocidade. De fato, a possibilidade de regulação da velocidade de
funcionamento em amplas faixas e por vários métodos (ajuste de fluxo, ajuste da resistência de
armadura ou ajuste da tensão de armadura) garante a utilização do motor de corrente contínua em
certos ramos da indústria. Por outro lado, seu custo é mais elevado que os motores de corrente
alternada e ainda requer a instalação de retificadores. São mais volumosos, não desenvolvem
grandes velocidades e são menos eficientes em relação aos de corrente alternada.
Figura II.3: Exemplos de motores de corrente contínua
Os motores de corrente alternada estão separados em motores síncronos e motores
assíncronos, sendo estes últimos mais conhecidos como motores de indução.
Os motores síncronos operam em velocidades fixas, apresentam rendimento um pouco
superior aos de indução e fator de potência unitário. No entanto, o preço deste tipo de motor é
principalmente quando se trata de motores de pequena potência. Sua aplicação industrial fica assim
restrita a equipamentos de grande potência nos quais a velocidade constante é fundamental. Em
indústrias têxteis, por exemplo.
Figura II.4: Exemplos de motores de corrente alternada
Com base em dados de vendas de motores, os de indução ocupam em torno de 78% do
mercado de motores trifásicos no Brasil. A razão disto é que eles são muito mais simples, robustos e
baratos que os síncronos e os de corrente continua. Devido a suas características de funcionamento
é possível a produção de conjugado em qualquer velocidade.
II.4 – Classes de Isolamento e Classificação Térmica
Os materiais isolantes e os sistemas de isolamento são agrupados em Classes de
Isolamento, cada qual definida pela sua temperatura característica que define o limite superior de
temperatura que o material pode suportar continuamente sem que seja afetada sua vida útil. As
classes de isolamento são apresentadas na tabela a seguir. [SARAIVA, 1986; SCHIMIDT, 1988]
Tabela II.1: Classes de Isolamento, Temperaturas e Materiais Constituintes
Classe
Temperatura máxima de
Operação
Materiais ou Combinação de Materiais
Y 90ºC
Algodão, seda, papel e materiais similares, não
impregnados nem imersos em dielétricos líquidos
A 105ºC
Algodão, seda, papel e materiais similares, imersos, ou
impregnados em dielétricos líquidos como o óleo
E 120ºC Fibras orgânicas sintéticas e outros materiais
B 130ºC
Materiais à base de poliéster e poli-imídicos aglutinados
ou impregnados com materiais orgânicos
F 155ºC
Materiais à base de mica, amianto e fibra de vidro
aglutinados com materiais sintéticos como o silicone,
poliésteres ou epóxis
H 180ºC
Materiais à base de mica, amianto e fibra de vidro
aglutinados com silicones de alta estabilidade térmica
C Acima de 180ºC Mica, vidro, cerâmica e quartzo sem aglutinante
Fonte: SANTOS, 1997
Em se tratando de máquinas elétricas, são utilizadas as classes A, E, B, F, e H, sendo as
classes B e F as mais utilizadas em motores de indução atualmente. A utilização de materiais de
classe H em motores de indução é restrita devido ao aumento de custo que o uso deste tipo de
isolamento acarreta.
• A Elevação de Temperatura do Motor e sua Medição
As perdas elétricas e mecânicas ocorrem com a subsequente transformação de tais perdas
em energia térmica ocasionando o aquecimento das diversas partes da máquina. A maior limitação é
garantir adequado desempenho do sistema isolante dos enrolamentos, pois todos os materiais
isolantes começam a deteriorar a uma temperatura relativamente baixa. Assim sendo, a máxima
potência disponível em dado motor é limitada pela máxima temperatura permissível para os materiais
isolantes empregados. Observa-se que especificamente no caso de motores elétricos de indução, a
temperatura não se distribui uniformemente ao longo de todas as partes do motor. A temperatura do
ponto mais quente do enrolamento deve ser mantida abaixo do limite da classe. A temperatura total é
equivalente à soma da temperatura ambiente, da elevação de temperatura Δt e da diferença entre a
temperatura média do enrolamento e o seu ponto mais quente. As normas de motores fixam a
máxima elevação de temperatura Δt, de maneira que a temperatura do ponto mais quente fica
limitada, baseando- se nas seguintes considerações:
• A temperatura ambiente é, no máximo 40ºC, por norma, e acima disso as condições de
trabalho são consideradas especiais.
• A diferença entre a temperatura média e a do ponto mais quente não varia muito de
motor para motor e seu valor estabelecido em norma, baseado na prática é: 5ºC para as
classes A e E, 10ºC para a classe B e 15ºC para as classes F e H.
Portanto, as normas de motores estabelecem um máximo para a temperatura ambiente e
especificam uma elevação de temperatura máxima para cada classe de isolamento, limitando
indiretamente a temperatura do ponto mais quente do motor. Os valores numéricos, bem como a
composição da temperatura admissível do ponto mais quente, são indicados na tabela a seguir.
Tabela II.2: Classes de Isolamento e Temperaturas Admissíveis
Classe de Isolamento A E B F H
Temperatura Ambiente (ºC) 40 40 40 40 40
Elevação de temperaturaΔt (ºC) 60 75 80 100 125
Diferença até o ponto mais quente
(ºC)
5 5 10 15 15
Temp. do ponto mais quente (ºC) 105 120 130 155 180
Fonte: SANTOS, 1998
II.5 – O Cálculo do Rendimento de um Motor Elétrico
O motor elétrico absorve energia elétrica da rede e a transforma em energia mecânica
disponível no eixo. O rendimento (η) define a eficiência com que é feita esta transformação. Tem-se
a seguinte equação:
ϕ ϕ
η
3 * * cos
1000* ( )
3 * * cos
736* ( )
( )
( )
V I
P Kw
V I
P Cv
Pa W
= Pu W = =
Onde:
Pu = Potência Útil (potência mecânica disponível no eixo)
Pa = Potência Absorvida (potência elétrica que o motor retira da rede)
Na norma NBR 5383 constam diversos métodos para determinação do rendimento que
podem ser divididos em dois grupos principais:
a) Métodos diretos:
- Ensaio através de freio mecânico
- Ensaio através de dinamômetros
- Ensaio com máquina calibrada
- Ensaio de oposição elétrica e mecânica
b) Métodos indiretos:
- Determinação das perdas separadamente para sua adição
- Determinação das perdas totais
- Circuito equivalente
- Diagrama circular
Nos métodos diretos, o rendimento é calculado através de medições das potências elétrica e
mecânica. Já nos métodos indiretos, o mesmo é obtido através do cálculo das perdas normalmente a
partir da medição dos parâmetros do motor nos ensaios de rotor livre e bloqueado.
II.6 – Dimensionamento de Motores Elétricos
A curva característica de um motor de indução mostra que o seu rendimento e o seu fator de
potência dependem da carga instalada no seu eixo. Independentemente da potência do motor,
observa-se que quanto menor for o carregamento menores serão as grandezas acima citadas e, em
conseqüência, menos eficiente será a sua operação.
Nem sempre é possível ajustar a potência do motor àquela efetivamente necessária para
acionar uma determinada carga. Primeiro porque os motores oferecidos no mercado têm valores de
potência padronizados, segundo porque, em alguns casos, o regime de funcionamento e
carregamento das máquinas são variáveis.
A especificação adequada dos motores depende do tipo de trabalho ao qual o mesmo estará
submetido. Quando o regime de trabalho for continuo deve-se especificar o motor para operar entre
75% e 100% da carga, o que corresponde à faixa de rendimento máximo, segundo as curvas
características.
O fator de serviço do motor é, neste caso, considerado um fator de segurança. Para partidas
pesadas deve-se levar em consideração os dados de carga, o tipo de partida (estrela-triângulo,
compensadora ou direta) e o tipo de acoplamento. Nos casos de regime intermitente, o motor deve
ser dimensionado pelo método quadrático, calculando-se a potência em regime continuo equivalente
que produz a mesma imposição térmica ao motor.
Para estimar o potencial de economia com o redimensionamento de motores, sugere-se o
conjunto de procedimentos descritos abaixo:
• fazer o levantamento dos motores de potência mais significativa, anotar a potência
nominal em CV e a tensão de operação;
• medir a corrente de cada um dos motores nas condições normais do equipamento;
• determinar os valores de fator de potência (cosϕ ) e rendimento (η), para a corrente
medida utilizando a curva característica de cada motor;
• calcular a potência ativa do motor utilizando a relação:
Pa = 3 *V * I * cosϕ [W]
em que:
Pa = potência ativa do motor (W)
U = tensão de operação do motor(V)
I = corrente medida do motor (A)
cosϕ = fator de potência obtido da curva característica do motor
• calcular a potência útil do motor dada pela seguinte expressão:
Pu Pa [W]
736
= *η
em que:
Pu = potência útil do motor (CV)
Pa = potência ativa do motor (W)
η = rendimento obtido da curva característica do motor;
• calcular a relação entre a potência útil (Pu) e a potência nominal (Pn). Se Pu/Pn > 0,75; o
motor está dimensionado de forma compatível com a tarefa que executa. Caso contrário,
ou seja, Pu/Pn < 0,75; o motor está sobredimensionado, continuar com os seguintes;
• selecionar, através das curvas características fornecidas por fabricantes, um motor
potência nominal próxima à potência útil calculada. O quociente Pu/Pn para o novo deve
estar entre 0,8 e 1,0;
• verificar os valores de fator de potência e corrente do motor escolhido para as condições
de carregamento em questão;
• calcular a potência ativa do novo motor utilizando a expressão:
Pa'= 3 *V * I * cosϕ [W]
em que:
Pa’ = potência ativa do motor (W)
U = tensão de operação do motor(V)
I = corrente medida do motor (A)
cosϕ = fator de potência obtido da curva característica do motor
• estimar a quantidade de horas mensais de operação (h) do motor;
• calcular o potencial de economia mensal com a substituição do motor em kWh/mês:
( )
1000
E = Pa − Pa' * h
II.7 – Perdas em um Motor Elétrico
As perdas que se produzem no funcionamento de um motor de indução são:
- perdas no ferro do estator (Histerese e Foucault)
- perdas por efeito Joule no estator e no rotor
- perdas adicionais
- perdas mecânicas (atrito e ventilação)
a) Perdas no ferro no estator: As perdas no ferro são devidas às perdas por correntes
parasitas (Foucault) e às perdas por histerese. Estas perdas são funções da freqüência e
como no rotor a freqüência de variação do fluxo é muito pequena, estas são desprezadas,
ficando as perdas no ferro restritas somente ao estator.
- Perdas por correntes parasitas (Foucault): Numa massa metálica sujeita à variação de
fluxo, geram-se f.e.m. que produzem, dentro da própria massa metálica condutora, correntes
muito intensas, chamadas correntes parasitas.
Estas correntes produzem uma f.m.m. (força magnetomotriz) que, pela Lei de Lenz, se opõe
à causa que a produz, isto é, ao movimento. Assim sendo, o efeito destas correntes constitui
uma perda de potência. A fim de se reduzir esta perda de potência, é necessário construir-se
o induzido com lâminas de ferro isoladas entre si. Com esta construção, o valor da f.e.m.,
produzida em cada lâmina é pequeno e atua sobre um circuito elétrico de pequena seção o
que reduz consideravelmente o valor das correntes parasitas e a correspondente perda de
potência.
- Perdas por histerese magnética: Qualquer núcleo magnético, sujeito a magnetizar-se,
percorre um ciclo de histere todas as vezes que o campo magnetizante varia de +B a -B e
deste novamente para +B sendo a potência perdida proporcional à superfície do ciclo. Esta
perda foi interpretada como sendo necessária para vencer os atritos entre os magnetos
elementares de que o núcleo se compõe, e foi chamada de perda por histere magnética.
b) Perdas por Efeito Joule no estator e rotor: As perdas por efeito Joule são as que se
verificam nos condutores estatóricos e rotóricos por efeito da passagem da corrente elétrica.
c) Perdas adicionais: Além das perdas citadas anteriormente, outras se verificam no decorrer
do funcionamento da máquina devido à alguns fatores como fluxo de dispersão, distribuição
não uniforme da corrente, imperfeições mecânicas e irregularidades no entreferro.
Segundo a NBR 5383, salvo especificação diferente, admite-se que o valor destas perdas
com carga nominal é de 0,5% da potência elétrica aparente absorvida pelo motor.
d) Perdas mecânicas: As perdas mecânicas são devidas aos atritos nos suportes e à
ventilação, por isso dependem do tipo de suportes dos processos de lubrificação, dos
sistemas de ventilação e da velocidade de rotação do motor.
II.8 – Utilização Racional dos Motores Elétricos
Muitas vezes a adoção de medidas simples e de fácil implementação leva a resultados
surpreendentes no que diz respeito à economia de energia. Sempre tendo em mente que a energia
elétrica deve ser usada de maneira racional, pode-se obter significativos percentuais de economia
pelo simples desligamento dos motores e máquinas quando estes não estiverem sendo efetivamente
utilizados. [OLIVEIRA, 1998]
A economia de energia a ser alcançada com esta medida pode assim ser estimada:
• identificar os equipamentos e máquinas que apresentam tempos ociosos de operação;
• verificar se é possível desligar tais equipamentos nestes períodos sem provocar
problemas de qualquer natureza;
• verificar a tensão (U) e a corrente (I) de operação de cada motor quando este estiver
operando desnecessariamente;
• a partir da corrente medida obter, utilizando as curvas características, o valor do fator de
potência (cosϕ) para esta condição de operação;
• calcular a potência ativa solicitada em cada um dos motores solicitados, de acordo com a
equação:
Pa = 3 *V * I *cosϕ[W]
em que:
Pa = potência ativa do motor (W)
U = tensão de operação do motor(V)
I = corrente medida do motor (A)
cosϕ = fator de potência obtido da curva característica do motor
• estimar a quantidade de horas mensais (h) que o motor pede ser desligado;
• calcular o potencial de economia que pode ser obtido com o desligamento do motor em
kWh/mês:
1000
Pa * h
E =
II.9 – Controladores de Velocidades dos Motores Elétricos
A utilização de motores de velocidade variável é necessária no processo de fabricação em
um grande número de atividades industriais tais como laminações e nas máquinas de tração elétrica.
[OLIVEIRA, 1998]
Existe, por outro lado, uma série de situações onde a velocidade variável, se realizada de
maneira correta, pode proporcionar considerável economia de energia. Este é o caso de bombas,
ventiladores, insufladores, compressores e outros. Estas máquinas requerem uma regulagem
contínua do ponto de funcionamento em função de parâmetros de processo. Os métodos clássicos
de regulagem consistem, geralmente, na introdução de perdas de carga suplementares. Isto é,
quando a carga do sistema está abaixo do seu valor máximo, o motor é mantido operando a uma
velocidade constante e uma válvula reguladora ou um amortecedor é usado para reduzir a taxa de
fluxo e o potencial de saída. Estas são, portanto, soluções que provocam desperdício de energia. A
velocidade variável é um procedimento aplicável com vantagens a esta família de máquinas.
Vários são os métodos utilizáveis para variação de velocidade dos motores. Como exemplo
citam-se a introdução de resistência em série no coletor dos motores de corrente continua, o sistema
Ward Leonard e os variadores eletromagnéticos. Estas soluções apresentam como principal
desvantagem o desperdício de energia devido ao aumento das perdas dos motores.
Entre as alternativas mais eficientes, a solução convencional consiste em se utilizar um
motor de corrente contínua alimentado por um conversor estático. Este tipo de conversor se adapta
bem a uma larga gama de potências. Sua tecnologia é simples e comprovada, apresentando boa
flexibilidade e desempenho. No entanto, as características do motor de corrente continua são
limitadas pela capacidade de comutação e a resistência mecânica do coletor.
Por sua vez, a existência de um contato deslizante pode se revelar incompatível com as
exigências de segurança e manutenção. Por esses motivos, os equipamentos de variação de
velocidade para motores de corrente alternada vêm experimentando avanços consideráveis.
Para estes motores, pode-se utilizar os inversores estáticos para corrente alternada que
apresentam rendimentos elevados para diversas condições de rotação do motor. Os inversores
estáticos são equipamentos que permitem variar a velocidade de motores trifásicos de indução a
partir da variação de sua freqüência e tensão de operação. A tensão e a freqüência são modificados
proporcionalmente para que o torque seja mantido constante em toda a faixa de velocidade. Apesar
de apresentar um custo inicial elevado para motores de potência razoável, a economia no preço da
energia devida à intensa utilização pode proporcionar o retorno em prazos satisfatórios.
II.10 – Motores de Alto Rendimento
Numa primeira fase, a evolução na construção de motores era direcionada para oferecer
produtos cada vez mais baratos, não tendo realizado qualquer melhoramento no rendimento dos
motores. Este rendimento, pelo contrário, caiu significativamente nesta fase. [OLIVEIRA, 1998]
Numa segunda fase, direcionada para a obtenção de motores de alto rendimento energético,
a indústria de motores passou a investir, nos últimos anos, no emprego de materiais selecionados,
em processos de fabricação mais aperfeiçoados e em fatores de tolerância mais estreitos. Como
resultado destes aperfeiçoamentos tecnológicos desenvolveram-se motores que apresentam, em
média, rendimentos da ordem de 10% superiores ao rendimento dos motores convencionais de baixa
potência (na faixa de 1 a 5 CV) e de 3% superiores aos rendimentos de motores convencionais de
potência elevada (200 CV).
A utilização de motores de alto rendimento deve ser considerada como um potencial
interessante de racionalização do uso de energia. Sua atratividade torna-se mais evidente nos casos
de motores de baixa potência, elevado fator de carga e longas horas de operação.
Os motores de alto rendimento, obviamente. apresentam custos de aquisição superiores aos
motores convencionais. A economia obtida na utilização dos motores eficientes deve ser avaliada
separadamente em três situações distintas:
• instalar o motor eficiente em uma nova aplicação;
• instalar um motor eficiente quando um motor convencional em uso necessitar ser
rebobinado;
• instalar um motor eficiente em substituição a um motor convencional em operação.
O tempo de retomo do investimento, no caso da primeira situação apresentada, é feito
utilizando-se a expressão:
−
= Δ
p e
P h TC
R anos c
η η
0,736 * * * * 100 100
( )
em que:
R = retomo do investimento em anos;
Δc = diferença de custo entre motores eficientes e motores comuns;
P = potência do motor em CV;
h = número de horas de trabalho do motor em 1 (um) ano;
TC = tarifa de consumo de energia elétrica (US$/kWh);
ηp = Rendimento do motor padrão;
ηe = Rendimento do motor eficiente.
CAPÍTULO III
AS OFICINAS DE MOTORES ELËTRICOS
III.1 – Critérios de Avaliação
Conforme visto anteriormente, devido as más condições de concepção e operação, os
motores elétricos acabam queimando. Embora alguns destes motores sejam sucateados, uma
parcela considerável é recuperada, essencialmente através de seu rebobinamento.
Surgem então uma grande quantidade de oficinas de recuperação de motores, de pequeno,
médio e grande porte, sendo a maioria representada por oficinas de pequeno porte, instaladas
muitas vezes em garagens e pequenos galpões, são na maioria micro empresas com um
responsável técnico que geralmente é o próprio dono e poucos funcionários que oferecem todo o tipo
de serviço, em manutenção de equipamentos elétricos, desde embreagens, transformadores,
resistências, painéis, etc., mas o rebobinamento em motores elétricos é sempre a atividade
preponderante.
Sendo portanto uma prática usual o rebobinamento e a reforma do motor elétrico, é uma
operação que requer uma certa técnica e é muito importante que haja entre o cliente e a oficina de
reparo, um relacionamento franco e honesto, devendo acima de tudo prevalecer o aspecto da
qualidade do serviço prestado pela oficina.
Inicialmente foram visitadas as oficinas de pequeno e médio porte da região do Sul de Minas
Gerais, porém sentiu-se necessidade de se visitar outras de porte maior, para uma comparação dos
métodos utilizados por estas oficinas, com isso foram visitadas oficinas localizadas na região do Vale
do Paraíba (SP) com capacidade de recuperar até 400 motores por mês.
Para a avaliação das oficinas, levou-se em consideração os aspectos gerais, o ferramental
das mesmas e os procedimentos utilizados para a realização do reparo nos motores elétricos.
Maiores detalhes são apresentados a seguir.
• Aspectos gerais das oficinas
Foram levados em consideração os seguintes aspectos:
- Classificação: As oficinas foram classificadas da seguinte maneira:
Pequena: até 50 motores reparados por mês
Média: de 51 até 100 motores reparados por mês
Grande: acima de 100 motores reparados por mês
- Limpeza: levou-se em consideração a limpeza do local onde são feitos a
manutenção e reparo de motores.
- Lay out: levou-se em consideração a apresentação do local onde são feitos a
manutenção e reparo de motores.
- Ferramental: consideração quanto ao ferramental das oficinas que fazem a
manutenção e reparo de motores; uma descrição mais detalhada é feita à seguir.
- Uniformização: consideração quanto a uniformização dos empregados da oficina
que realiza a manutenção e reparo de motores.
- Informatização: consideração quanto a informatização da oficina que realiza a
manutenção e reparo de motores.
- Equipamento de Proteção Individual: consideração quanto a utilização de
equipamentos de proteção individual (EPI) pelos empregados da oficina que realiza a
manutenção e reparo de motores. O EPI completo é: óculos de segurança, máscara para
pintura, luvas e sapato de segurança, roupas, etc.
- Extintores de Incêndio: consideração sobre a existência e quantidade de extintores
de incêndio da oficina que realiza a manutenção e reparo de motores.
- Cartazes Instrutivos: consideração sobre a existência de cartazes instrutivos sobre
segurança dos empregados e qualidade dos serviços prestados pela oficina que realiza a
manutenção e reparo de motores.
- Certificado de Garantia da Qualidade: consideração quanto a existência de um
certificado de garantia da qualidade dos serviços prestados pela oficina que realiza a
manutenção e reparo de motores.
• Ferramental das oficinas
Foi observada a presença ou não nas oficinas do seguinte ferramental: Amperímetro alicate,
Analisador de vibração, Aquecedor indutivo, Balanceadora, Bancada de testes, Bobinadeira
motorizada, Cabine de pintura, Compressor de ar, Estufa de secagem, Guilhotina, Guincho
hidráulico, Jato de areia ou granalha, Megger, Micrômetro / paquímetro, Multímetro, Prensa e
Roncador.
• Procedimentos no Reparo dos Motores Elétricos
Foi observado o procedimento utilizado no reparo dos motores, atribuindo-se notas para os
quesitos apresentados nas oficinas. Observou-se os seguintes aspectos:
- Armazenamento adequado dos componentes
- Não utilização de maçarico para retiradas das bobinas
- Boa limpeza do estator após a remoção dos enrolamentos e isolantes das ranhuras
- Utilização de guilhotina na confecção do isolamento das ranhuras
- Possui bobinadeira com contador de voltas
- Ligações efetuadas por fusão através do uso de maçarico
- Realizações de testes antes do envernizamento
- Utilização de verniz adequado à especificação do motor
- Método do envernizamento
- Respeito do tempo de secagem recomendado
- Aplicação de algum produto no rotor
- Faz pintura externa do motor
- Utilização de aquecedor indutivo para colocação dos rolamentos
- Teste do motor ligado à rede
- Elaboração de algum tipo de relatório para o cliente
III.2 – Avaliação das Oficinas
A seguir apresenta-se a avaliação das oficinas visitadas, resumida na forma de tabelas:
Tabela III.1: Avaliação quanto aos Aspectos Gerais das Oficinas
ASPECTOS GERAIS
DAS OFICINAS
Peso 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12
Classificação (*) - Peq.
-------
Méd.
------
Peq.
------
Peq.
------
Peq.
------
Peq.
------
Méd.
------
Gde.
------
Gde.
------
Gde.
------
Gde.
------
Limpeza 3 Bom
6
Bom
6
Regul.
3
Ruim
0
Bom
6
Regul.
3
Bom
6
Bom
6
Bom
6
Bom
6
Bom
6
Lay out 3 Bom
6
Bom
6
Ruim
0
Ruim
0
Bom
6
Regul.
3
Bom
6
Bom
6
Bom
6
Bom
6
Bom
6
Iluminação 3 Bom
6
Bom
6
Regul.
3
Regul.
3
Bom
6
Regul.
3
Bom
6
Bom
6
Bom
6
Regul.
3
Bom
6
Ferramental (**) 3 Reg.
3
Reg.
3
Ruim
0
Ruim
0
Reg.
3
Reg.
3
Bom
6
Bom
6
Bom
6
Bom
6
Reg.
3
Pessoal Uniformizado? 1 Sim
2
Não
0
Não
0
Parc.
1
Sim
2
Não
0
Sim
2
Sim
2
Parc.
1
Sim
2
Não
0
Possui sistema
informatizado?
2 Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Sim
4
Sim
4
Não
0
Sim
4
Equipamento de
proteção individual
completo? (***)
3 Parc.
3
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Parc.
3
Não
0
Parc.
3
Sim
6
Parc.
3
Parc.
3
Possui extintores de
incêndio?
1 Sim
2
Sim
2
Sim
2
Não
0
Sim
2
Não
0
Não
0
Sim
2
Sim
2
Sim
2
Sim
2
Possui cartazes
instrutivos?
(sobre segurança)
1 Não
0
Sim
2
Não
0
Sim
2
Sim
2
Não
0
Sim
2
Não
0
Não
0
Sim
2
Não
0
Possui certificação de
garantia da qualidade?
2 Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Possui cartazes
instrutivos?
1 Não
0
Sim
2
Não
0
Não
0
Sim
2
Não
0
Sim
2
Não
0
Sim
2
Sim
2
Sim
2
TOTAL DE PONTOS 28 27 08 06 29 15 30 35 39 32 32
(*) Classificação quanto ao porte da oficina: Pequena -até 50 motores reparados/ mês; Média - de 51 até 100; Grande - acima de 100
(**) Vide tabela de ferramental Pontuação: Bom - 2 / Regular - 1 / Ruim - 0
(***) EPI completo: óculos de segurança, máscara p/ pintura, luva,sapato de segurança Sim - 2 / Parcialmente - 1 / Não - 0
Tabela III.2: Avaliação quanto aos Procedimentos de Reparo de Motores
PROCEDIMENTOS DE REPARO DE MOTORES Peso 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12
Armazenamento dos componentes adequado? 1 Sim
2
Sim
2
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Sim
2
Sim
2
Sim
2
Sim
2
Sim
2
Utiliza maçarico para a retiradas das bobinas?(*) 3 Não
6
Não
6
Não
6
Não
6
Não
6
Não
6
Não
6
Sim
0
Sim
0
Não
6
Não
6
A limpeza do estator após a remoção dos
enrolamentos e isolantes das ranhuras é boa?
3 Não
0
Sim
6
Sim
6
Não
0
Sim
6
Não
0
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Utiliza guilhotina na confecção do isolamento das
ranhuras?
1 Não
0
Sim
2
Não
0
Não
0
Não
0
Sim
2
Sim
2
Sim
2
Sim
2
Sim
2
Sim
2
Possui bobinadeira com contador de voltas? 2 Sim
4
Não
0
Não
0
Sim
4
Não
0
Sim
4
Sim
4
Sim
4
Sim
4
Sim
4
Sim
4
As ligações são efetuadas por fusão através do
uso de maçarico?
2 Sim
4
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Sim
4
Sim
4
Sim
4
Sim
4
Sim
4
Realiza testes elétricos antes do
envernizamento?
3 Sim
6
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Não
0
Utiliza o verniz adequado à especificação do
motor?
3 Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Método de envernizamento(**) 3 Gotej
3
Gotej
3
Gotej
3
Pincel
0
Pincel
0
Pincel
0
Gotej
3
Gotej
3
Gotej
3
Gotej
3
Gotej
3
Respeita o tempo de secagem recomendado? 3 Sim
6
Sim
6
Não
0
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Não
0
Sim
6
Não
0
Sim
6
Aplica algum produto no rotor? 2 Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Sim
4
Sim
4
Sim
4
Sim
4
Pintura externa do motor? 2 Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Sim
4
Sim
4
Sim
4
Sim
4
Sim
4
Utiliza aquecedor indutivo para colocação dos
rolamentos?
3 Sim
6
Sim
6
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Teste do motor ligado à rede? 3 Sim
6
Sim
6
Sim
6
Não
0
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Sim
6
Elabora algum tipo de relatório para o cliente? 1 Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Não
0
Sim
2
Sim
2
Sim
2
Sim
2
Sim
2
TOTAL -- 49 43 27 22 30 30 63 55 61 61 61
Pontuação: Não - 0 / Sim - 2 (*) Não -2 Sim – 0 (**) Método de envernizamento: Pincel: 0/ - Gotejamento: 1/ - Imersão :2/ - Autoclave: 3
Tabela III.3: Avaliação quanto ao Ferramental
FERRAMENTAL 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12
Amperímetro alicate Sim Sim Sim Não Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim
Analisador de vibração Não Não Não Não Não Não Não Sim Sim Não Não
Aquecedor indutivo Sim Sim Não Não Não Não Sim Sim Sim Sim Sim
Balanceadora Não Não Não Não Não Não Não Não Sim Não Não
Bancada de testes Sim Não Não Não Não Não Sim Não Sim Não Não
Bobinadeira motorizada Sim Não Não Não Não Sim Sim Sim Sim Sim Não
Cabine de pintura Não Não Não Não Não Não Não Sim Não Sim Não
Compressor de ar Sim Sim Sim Não Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim
Estufa de secagem Sim Não Não Não Sim Não Sim Sim Sim Sim Sim
Guilhotina Não Sim Não Não Não Sim Sim Sim Sim Sim Sim
Guincho hidraúlico Sim Sim Não Não Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim
Jato de areia ou granalha Não Não Não Não Não Sim Sim Não Sim Sim Não
Megger Não Não Não Não Não Não Sim Sim Sim Sim Sim
Micrômetro / paquímetro Sim Sim Não Não Não Não Não Sim Sim Sim Sim
Multímetro Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim
Prensa Sim Sim Não Não Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim
Roncador Sim Não Não Não Não Não Não Sim Sim Não Não
TOTAL DE ÍTENS 11 08 03 01 06 08 12 14 16 13 10
CLASSIFICAÇÃO Regul. Regul. Ruim Ruim Regul. Regul. Bom Bom Bom Bom Regul.
Classificação quanto ao ferramental: de 0 a 5 ítens - Ruim
(número de positivo) de 06 a 11 ítens - Regular
de 12 a 17 ítens - Bom
CAPÍTULO IV
O REPARO EM MOTORES ELÉTRICOS
IV.1 – O que é Rebobinar um Motor Elétrico
Rebobinar é uma operação em que o enrolamento original é minuciosamente copiado e
substituído por um outro com novo material. Para os objetivos apresentados, enrolamento é sinônimo
de rebobinamento, porque a mesma técnica é usualmente adotada, muito embora a tarefa mais difícil
seja o rebobinamento; não somente deve ele determinar os dados corretos do enrolamento original,
como também apresentar um serviço com bom acabamento, sem ter tido a menor participação no
desenvolvimento do projeto. [FALCONE, 1995]
IV.2 – As etapas do reparo de um motor elétrico
Nesta parte será apresentado de uma forma geral, os procedimentos para reparo de um
motor de indução trifásico e as etapas que as oficinas devem cumprir para executar uma boa
manutenção. [ALMEIDA, 1994];[WILKINSON, 1984]
• Obtenção do diagrama do enrolamento
O primeiro passo é obter o diagrama original e determinar.
1. As conexões das bobinas.
2. O número de espiras por bobina.
3. O número de bobinas por polo.
4. O diâmetro do fio do enrolamento.
5. O espaço ocupado pelo enrolamento.
Figura IV.1: Desmontagem de um Motor elétrico para obtenção do diagrama do enrolamento
• Remoção do enrolamento
Após executada a primeira etapa (anotados todos os dados / diagrama), faz-se a remoção do
enrolamento. O enrolamento velho deve ser agora removido e como a maioria dos estatores são
envernizados e recozidos, o enrolamento deve ser amaciado para permitir sua retirada. A remoção
pode ser executada de várias maneiras:
1. Aquecendo-o por passagem de corrente elétrica, (esse método é muito pouco
utilizado pois uma vez o motor queimado geralmente não haverá continuidade).
2. Aquecendo-o (à gás) ou forno (estufa).
Aparando as bobinas junto as proximidades do estator após aquecimento, posicionar o feixe
de fios da bobina para fora da ranhura; ou remover as saliências e retirar cada bobina espira por
espira. Assim uma vez removido o enrolamento velho, as ranhuras devem ser limpas, com a retirada
de todo o material velho utilizado para o isolamento.
• Isolamento das ranhuras
O tipo de revestimento para a ranhura varia de acordo com a máquina. De um modo geral
deve-se ajustar sob as bordas das ranhuras e projetar-se cerca de 5 mm para fora em cada
extremidade. O material isolante pode ser: uma simples camada de “ Presspan” com ceras (tipo
resina) ou similar, ou papel isolante cinza (fibra isolante) “ Terilene”, “ Poliéster”, “Micanite”, ou
qualquer combinação desses.
Exemplo: Uma simples camada de isolamento com cerca de 5 mm de espessura com a
adição de material adesivo é uma vantagem, pois previne contra rasgos no papelão (fibra) nas
extremidades da ranhura.
• Confecção das formas
A maneira mais fácil de executar o enrolamento é enrolar individualmente as bobinas em
formas de madeira. As dimensões das formas podem ser obtidas medindo-se ou estimando o
comprimento e largura de cada bobina. Ela deve ser confeccionada com um chanfro bastante
acentuado para permitir:
- A retirada da bobina com facilidade;
- Conceder um acréscimo nas dimensões da bobina, ou seja, um aumento na
periferia da bobina.
O material das formas pode ser composto dos seguintes materiais:
- Madeira compensada,
- Duas ou três peças ligadas para dar a espessura correta.
• Enrolamento das bobinas
De acordo com o diagrama do enrolamento obtido (1º passo), é montado o grupo de formas
com separador entre elas para se iniciar esta operação. As bobinas são enroladas com o mesmo
número de espiras, sem cortar o fio, que simplesmente passa de uma forma para outra. Quando um
pólo estiver completamente enrolado, as formas são removidas da máquina e cada bobina amarrada
em cada lado, à medida que os separadores forem cuidadosamente retirados.
• Colocação das bobinas
Estando as bobinas prontas, o estator limpo e com novo isolamento colocado, pode-se
começar o enrolamento. Este procedimento inicia-se colocando-se o estator entre dois batentes
presos à bancada. Toma-se um grupo de bobinas deixando cada uma com o lado maior voltado para
cima. Uma vez instalados todos os grupos de bobinas, os mesmos são cobertos com uma camada
de isolamento (papel isolante ou resina ou a combinação de ambos).
• Amarração e ligação
Com todo enrolamento instalado o estator é moldado com um pequeno macete e uma das
extremidades é amarrada com cordão ou fita. O próximo passo é efetuar as ligações do enrolamento
conforme o diagrama de ligações, obtido na 1ª etapa.
• Testes dos motores
Após efetuado todo o rebobinamento, estando o mesmo apto para tal, passa-se a fase de
testes.
Medida da resistência de isolamento
Figura IV.2: Teste de Medida da Resistência de Isolamento
Este teste tem por objetivo assegurar que todo o enrolamento esteja isolado da carcaça.
Após este teste as seguintes condições devem ser asseguradas:
1. Tanto as bobinas, como os pólos, devem estar corretamente ligados, de acordo
com os dados obtidos no enrolamento original.
2. O número de espiras e o calibre de cada fio devem estar corretos.
3. A posição das bobinas nas ranhuras e os pólos devem conferir com o original.
4. Não deve haver curto circuito entre as bobinas, entre os fios da bobina, ou entre
os pólos.
Destas condições, as três fundamentais (1, 2 e 3), são atendidas por um trabalho cuidadoso.
O problema de maior importância é assegurar que não haja curto-circuito entre espiras ou entre
terminais de bobinas.
Verificação de Curto-Circuito entre Espiras
Este teste utiliza o intrumento chamado de “roncador” ou popularmente “tatu”. O roncador
age como um transformador sem enrolamento secundário. O fluxo alternado produzido por ele
percorre a laminação do núcleo do estator sob teste, e qualquer curto-circuito na bobina colocada na
ranhura onde está o aparelho, produzirá uma distinta vibração em uma lâmina de serra colocada
sobre a ranhura que contém o outro lado da bobina sob teste.
Figura IV.3: Teste de Curto - Circuito entre Espiras
• Conclusão
Após todas as etapas concluídas e testes feitos com sucesso, o motor está pronto para ser
montado. A verificação das condições dos mancais, dos rolamentos e eixo do motor devem ser feitas
por uma inspeção criteriosa. Caso seja necessário, substitui-se os rolamentos, a colocação dos
mesmos, bem como as tampas do motor, deverá ser feita por pessoal qualificado.
Finalmente com o motor montado, o mesmo pode ser instalado ou devidamente
acondicionado no almoxarifado para ficar de reserva.
CAPÍTULO V
OS ENSAIOS NOS MOTORES ELÉTRICOS
V.1 – O Ensaio de Rendimento
O método utilizado para a determinação do rendimento dos motores foi o dinamométrico. A
determinação do rendimento se dá segundo as condições nominais de funcionamento do motor. O
dinamômetro utilizado consiste em uma máquina de corrente contínua, de carcaça livre, atuando
como gerador. Ao ligar este gerador a uma determinada carga elétrica (no caso, utiliza-se como
carga uma resistência líquida), obtém-se um conjugado resistente ao do motor, o qual é medido
utilizando-se um transdutor de torque inserido entre o motor e o dinamômetro.
Este sistema, além de permitir a leitura direta do conjugado estabelecido, permite também a
leitura da velocidade de rotação no eixo do motor e, consequentemente, o cálculo da potência
mecânica fornecida no eixo do mesmo. O mancal usado para sustentar o estator da máquina de
corrente contínua é um mancal de bucha construído de modo a oferecer mínima resistência à
rotação.
A potência elétrica é obtida tomando-se as correntes e as tensões de fase que alimentam o
motor. O software de aquisição de dados calcula o valor da potência elétrica tomando 256 valores de
tensão e corrente de fase por ciclo. Os dados para os cálculos da potência elétrica e mecânica são
obtidos depois do motor ter atingido o equilíbrio térmico. Atingido o equilíbrio, é tirado uma média dos
valores destas potências e calculado o rendimento.
.
Figura V.1: Esquema da bancada de Ensaios
V.2 – O Ensaio de Elevação de Temperatura
Introdução
O ensaio de elevação de temperatura é de fundamental importância para a definição dos
limites operacionais da máquina. Através dele, determina-se a temperatura de operação da máquina
e verifica-se a sua adequação à classe de isolamento, o que permite um teórico aumento de sua vida
útil. Permite, também, avaliar se o motor pode acionar uma carga superior a sua potência nominal,
bem como o tempo correspondente a esta operação.
Através de comparações com resultados anteriores, é possível checar se houve obstrução
dos dutos de ventilação por acúmulo de poeira ou excesso de resina, proveniente de um
rebobinamento impróprio. Assim, permite também confirmar se eventuais reparos foram executados
de forma adequada.
Para a realização do ensaio de elevação de temperatura, deve-se monitorar a temperatura
das diversas partes da máquina, enquanto o motor funciona sob carga nominal, até que se atinja a
estabilização térmica. Esta condição é supostamente alcançada quando leituras subsequentes
indicarem uma elevação de temperatura inferior à 2°C no intervalo de uma hora. O método utilizado
para a determinação da elevação de temperatura, foi o método da resistência, descrito a seguir.
Método da Resistência
Por este método, a elevação de temperatura dos enrolamentos é determinada pelo aumento
da resistência dos mesmos, segundo a expressão abaixo:
t t
R R
2 a R k t t ta
2 1
1
− = 1 1
−
⋅( + ) + −
Onde:
t1 = Temperatura do enrolamento a frio no instante da medição da resistência inicial (°C);
t2 = Temperatura do enrolamento no final do ensaio (°C);
ta = Temperatura do meio refrigerante no final do ensaio (°C);
R1 = Resistência inicial do enrolamento a frio (Ω);
R2 = Resistência do enrolamento no final do ensaio (Ω);
k = 234,5 para o Cobre;
Quando a temperatura de um enrolamento é determinada pela resistência, a temperatura do
enrolamento a frio, medida com um termômetro, deve ser praticamente igual à do meio refrigerante,
no caso o ar ambiente. O tempo máximo, após o desligamento do motor para a medição do primeiro
valor de resistência final é de 30 segundos. Ultrapassado este tempo, pode-se incorrer em duas
situações:
i) para valores somente decrescentes de resistência, o valor da resistência a quente será
obtido por extrapolação gráfica;
ii) para valores que primeiro crescem para depois decrescerem, o valor a ser tomado é o da
primeira medida após o desligamento do motor.
A tabela abaixo, mostra os limites de elevação de temperatura para enrolamentos de
motores com potência nominal inferior a 7000 cv e núcleo de comprimento inferior a 1 m.
Tabela V.1: Classes e Limites de Temperatura
Classe A E B F H
Limites (°C) 60 75 80 100 125
Fonte: KAPUR, 1992
Temperatura do Meio Refrigerante
A temperatura do ar ambiente deve ser medida através de um termômetro colocado
a uma distância de 1 ou 2 metros do motor. O sistema de medição deve estar protegido de eventuais
correntes de ar e irradiações de calor.
A fim de se evitar erros devidos às variações rápidas de temperatura do ar ambiente,
recomenda-se mergulhar os termômetros em recipientes metálicos com óleo. Tais recipientes devem
ter no mínimo 25 mm de diâmetro e 50 mm de altura.
Recomenda-se que a medição de temperatura seja feita em intervalos regulares que não
excedam 30 minutos (no caso do ensaio realizado, adotou- se intervalos regulares de 10 minutos). A
temperatura do meio é obtida pela média aritmética dos valores medidos durante a última quarta
parte do ensaio.
V.3 – Catalogação dos Motores Elétricos
Neste item apresenta-se a catalogação de dois motores de um total de dez. Posteriormente
serão apresentados os resultados dos ensaios antes e após o reparo destes mesmos dois motores.
Dados do Motor 1: WEG 5cv
Fabricante WEG
Potência 5 [CV]
Tensões Nominais 220 [V] / 380 [V]
Correntes Nominais 15 [A] / 8,7 [A]
Frequência Nominal 60 [Hz]
Número de Pólos 4
Velocidade Nominal 1710 [rpm]
Relação Ip/In 7,1
Grau de Proteção IP54
Classe de Isolação B
Regime de Serv iço S-1
Modelo 100L288
Dados do Motor 2: WEG 10cv
Fabricante WEG
Potência 10 [CV]
Tensões Nominais 220 [V] / 380 [V]
Correntes Nominais 28 [A] / 16 [A]
Frequência Nominal 60 [Hz]
Número de Pólos 4
Velocidade Nominal 1750 [rpm]
Relação Ip/In 8,0
Grau de Proteção IP54
Classe de Isolação B
Regime de Serv iço S-1
Modelo 132S687
V.4 – Ensaios dos Motores antes do Reparo
Motor 1: WEG 5cv
1. RESISTÊNCIA DOS ENROLAMENTOS
BOBINA VALOR MEDIDO
R14 1,40 ± 0,03 [Ω]
R25 1,32 ± 0,03 [Ω]
R36 1,44 ± 0,03 [Ω]
Temperatura Ambiente: 25OC
2. RESISTÊNCIA DE ISOLAMENTO
Valor Corrigido
(40OC)
1252 ± 19 [MΩ]
3. RESULTADOS DOS RENDIMENTOS MEDIDOS ATRAVÉS DO MÉTODO DE MEDIÇÃO
DIRETA
25% de Carga 69,5 ± 0,4 [%]
50% de Carga 78,8 ± 0,4 [%]
75% de Carga 81,7 ± 0,4 [%]
100% de Carga 80,7 ± 0,4 [%]
4. RESULTADOS DOS RENDIMENTOS OBTIDOS ATRAVÉS DO MÉTODO DA
SEPARAÇÃO DE PERDAS
25% de Carga 67,9 ± 0,5 [%]
50% de Carga 78,5 ± 0,3 [%]
75% de Carga 81,6 ± 0,2 [%]
100% de Carga 81,8 ± 0,2 [%]
5. RESULTADO DAS PERDAS INDIVIDUAIS DO MOTOR
PERDAS A VAZIO
PA,V 0.045 [kW] (Graficamente)
P0 0,328 ± 0,006 [kW]
PERDAS EM CARGA
25 % DE CARGA
PJE 0,101 ± 0,003 [kW]
PJR 0,0094 ± 0,0001 [kW]
50 % DE CARGA
PJE 0,146 ± 0,004 [kW]
PJR 0,0363 ± 0,005 [kW]
75% DE CARGA
PJE 0,222 ± 0,005 [kW]
PJR 0,087 ± 0,001 [kW]
100 % DE CARGA
PJE 0,335 ± 0,008 [kW]
PJR 0,173 ± 0,001 [kW]
Onde:
PA,V → Perdas por Atrito e Ventilação;
P0 → Perdas a Vazio;
PJE → Perdas por Efeito Joule no Estator;
PJR→ Perdas por Efeito Joule no Rotor.
6.ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA
Elevação de Temperatura 70 ± 3 [o C]
Motor 2: WEG 10cv
1. RESISTÊNCIA DOS ENROLAMENTOS
BOBINA VALOR MEDIDO
R14 0,4610 ± 0,0025 [Ω]
R25 0,4610 ± 0,0025 [Ω]
R36 0,4610 ± 0,0025 [Ω]
Temperatura Ambiente: 23,0OC
2. RESISTÊNCIA DE ISOLAMENTO
Valor Corrigido
(40OC)
1575 ± 24 [MΩ]
3. RESULTADOS DOS RENDIMENTOS MEDIDOS ATRAVÉS DO MÉTODO DE MEDIÇÃO
DIRETA
25% de Carga 76,3 ± 0,5 [%]
50% de Carga 84,4 ± 0,4 [%]
75% de Carga 86,7 ± 0,4 [%]
100% de Carga 86,8 ± 0,4 [%]
4. RESULTADOS DOS RENDIMENTOS OBTIDOS ATRAVÉS DO MÉTODO DA
SEPARAÇÃO DE PERDAS
25% de Carga 76,1 ± 0,2 [%]
50% de Carga 84,8 ± 0,1 [%]
75% de Carga 87,7 ± 0,1 [%]
100% de Carga 88,3 ± 0,1 [%]
5. RESULTADO DAS PERDAS INDIVIDUAIS DO MOTOR
PERDAS A VAZIO
PA,V 0.09256 [kW] (Graficamente)
P0 0,455 ± 0,005 [kW]
PERDAS EM CARGA
25 % DE CARGA
PJE 0,117 ± 0,001 [kW]
PJR 0,0093 ± 0,0001 [kW]
50 % DE CARGA
PJE 0,172 ± 0,002 [kW]
PJR 0,0335 ± 0,0002 [kW]
75% DE CARGA
PJE 0,285 ± 0,004 [kW]
PJR 0,0836 ± 0,0005 [kW]
100 % DE CARGA
PJE 0,407 ± 0,003 [kW]
PJR 0,138 ± 0,001 [kW]
Onde:
PA,V → Perdas por Atrito e Ventilação;
P0 → Perdas a Vazio;
PJE → Perdas por Efeito Joule no Estator;
PJR→ Perdas por Efeito Joule no Rotor.
6.ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA
Elevação de Temperatura 69 ± 2 [o C]
V.5 – Ensaios dos Motores após o Reparo
Motor 1: WEG 5cv
1. RESISTÊNCIA DOS ENROLAMENTOS
BOBINA VALOR MEDIDO
R14 1,20 ± 0,03 [Ω]
R25 1,20 ± 0,03 [Ω]
R36 1,19 ± 0,03 [Ω]
Temperatura Ambiente: 22,2OC
2. RESISTÊNCIA DE ISOLAMENTO
Valor Corrigido (40OC) >20000 [MΩ]
3. RESULTADOS DOS RENDIMENTOS MEDIDOS ATRAVÉS DO MÉTODO DE MEDIÇÃO
DIRETA
25% de Carga 79,4 ± 0,5 [%]
50% de Carga 86,0 ± 0,4 [%]
75% de Carga 87,2 ± 0,5 [%]
100% de Carga 86,8 ± 0,4 [%]
4. RESULTADOS DOS RENDIMENTOS OBTIDOS ATRAVÉS DO MÉTODO DA
SEPARAÇÃO DE PERDAS
25% de Carga 79,7 ± 0,3 [%]
50% de Carga 87,0 ± 0,2 [%]
75% de Carga 88,7 ± 0,1 [%]
100% de Carga 88,9 ± 0,1 [%]
5. RESULTADO DAS PERDAS INDIVIDUAIS DO MOTOR
PERDAS A VAZIO
PA,V 0.04619 [kW] (Graficamente)
P0 0,56 ± 0,01 [kW]
PERDAS EM CARGA
25 % DE CARGA
PJE 0,133 ± 0,002 [kW]
PJR 0,0169 ± 0,0001 [kW]
50 % DE CARGA
PJE 0,216 ± 0,003 [kW]
PJR 0,0624 ± 0,0004 [kW]
75% DE CARGA
PJE 0,358 ± 0,004 [kW]
PJR 0,155 ± 0,003 [kW]
100 % DE CARGA
PJE 0,567 ± 0,006 [kW]
PJR 0,286 ± 0,007 [kW]
Onde:
PA,V → Perdas por Atrito e Ventilação;
P0 → Perdas a Vazio;
PJE → Perdas por Efeito Joule no Estator;
PJR→ Perdas por Efeito Joule no Rotor.
6.ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA
Elevação de Temperatura 80 ± 3 [o C]
Motor 2: WEG 10cv
1. RESISTÊNCIA DOS ENROLAMENTOS
BOBINA VALOR MEDIDO
R14 0,481 ± 0,003 [Ω]
R25 0,473 ± 0,003 [Ω]
R36 0,482 ± 0,003 [Ω]
Temperatura Ambiente: 23,2OC
2. RESISTÊNCIA DE ISOLAMENTO
Valor Corrigido (40OC) > 2000 [MΩ]
3. RESULTADOS DOS RENDIMENTOS MEDIDOS ATRAVÉS DO MÉTODO DE MEDIÇÃO
DIRETA
25% de Carga 76,8 ± 0,5 [%]
50% de Carga 85,2 ± 0,5 [%]
75% de Carga 87,5 ± 0,4 [%]
100% de Carga 87,5 ± 0,4 [%]
4. RESULTADOS DOS RENDIMENTOS OBTIDOS ATRAVÉS DO MÉTODO DA
SEPARAÇÃO DE PERDAS
25% de Carga 76,3 ± 0,4 [%]
50% de Carga 85,1 ± 0,2 [%]
75% de Carga 87,7 ± 0,2 [%]
100% de Carga 88,4 ± 0,1 [%]
5. RESULTADO DAS PERDAS INDIVIDUAIS DO MOTOR
PERDAS A VAZIO
PA,V 0.04847 [KW] (Graficamente)
P0 0,444 ± 0,008 [kW]
PERDAS EM CARGA
25 % DE CARGA
PJE 0,126 ± 0,002 [kW]
PJR 0,00240 ± 0,00002 [kW]
50 % DE CARGA
PJE 0,183 ± 0,002 [kW]
PJR 0,023 ± 0,002 [kW]
75% DE CARGA
PJE 0,278 ± 0,003 [kW]
PJR 0,058 ± 0,002 [kW]
100 % DE CARGA
PJE 0,413 ± 0,004 [kW]
PJR 0,122 ± 0,003 [kW]
Onde:
PA,V → Perdas por Atrito e Ventilação;
P0 → Perdas a Vazio;
PJE → Perdas por Efeito Joule no Estator;
PJR→ Perdas por Efeito Joule no Rotor.
6.ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA
Elevação de Temperatura 65 ± 2 [o C]
CAPÍTULO VI
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Com respeito às oficinas de reparo de motores, pode-se considerar que a maior parte das
visitadas seguem os procedimentos corretos para a manutenção de motores de indução. Em
algumas ocasiões foi observado o emprego de materiais de qualidade duvidosa, principalmente no
que diz respeito aos isolantes, o que pode influenciar sobremaneira na queda da vida útil dos
motores. Outra prática empregada com uma certa freqüência, e também danosa, é a utilização de
maçarico para remoção das espiras danificadas, o que pode causar alteração nas propriedades
eletromagnéticas do núcleo.
Foram visitadas oficinas de grande, médio e pequeno portes das regiões do Sul de Minas
Gerais e Vale do Paraíba (SP). No que se refere à garantia da qualidade, as oficinas maiores têm
mais condições de oferecer um serviço melhor, pois contam com equipamentos para testes do motor
durante todas as fases do reparo e ao término, fornecendo, inclusive, documentação sobre o motor.
Já entre as de pequeno porte, muitas vezes encontra-se oficinas que não possuem o instrumental
mínimo necessário para a execução de um bom serviço. De uma maneira geral, pode-se considerar
a amostra de oficinas visitadas representativa, podendo-se observar que não existem variações
significativas entre oficinas de mesmo porte, mesmo em estados diferentes, principalmente quanto
aos equipamentos disponíveis e aos procedimentos empregados.
Como conclusão principal sobre o desempenho dos motores após o reparo, pode-se
observar que houve um aumento médio do rendimento dos mesmos. É importante observar que os
motores ensaiados eram motores usados, levando a uma melhor aderência com a realidade, e não
motores novos, como em outros estudos executados em nível internacional, onde observa-se uma
queda média do rendimento.
A principal característica que se altera nas manutenções é uma notável variação na
resistência dos enrolamentos do estator e, por conseguinte, alteração das perdas por efeito Joule.
Esta variação, no entanto, não é uniforme, podendo-se encontrar diferenças antes e após o
rebobinamento da ordem -13,1 a +28,3%. Observou-se que as perdas Joule no estator têm
aproximadamente o mesmo percentual de variação da resistência do estator.
Considerando que a oficina tenha utilizado um condutor de mesma bitola, esta diminuição da
resistência do estator pode ser parcialmente explicada pelo emprego de material de melhor
qualidade ou por alguma diferença entre o enrolamento original e o executado nas oficinas, pois nas
fábricas é utilizado maquinário especial ao passo que nas oficinas o bobinamento é feito
manualmente. Desta maneira, torna-se difícil conseguir alojar um número igual ao original de espiras
dentro das ranhuras, o que também contribui com a redução da resistência do estator, alterando
inclusive outras características da máquina.
Como a estrutura do projeto do motor permanece intocada, ou seja, o pacote magnético, o
formato e a disposição das ranhuras e rotor não se alteram, mas são resultados de um projeto
otimizado do motor, observa-se que em poucos casos existiram variações nas perdas por histerese e
Foucault. Tal fato pode ser observado pelos resultados da separação das perdas e também pela
pequena variação da corrente em vazio do motor. Nos casos onde existam grandes variação destas
perdas, pode-se considerar o fato de que, devido à natureza do defeito imposto (queima por
sobrecarga) e ao procedimento adotado para a manutenção (aplicação de maçarico), a elevação da
temperatura possa influenciar sobremaneira as características magnéticas do material do núcleo.
Sendo assim, a variação da resistência do estator e a variação das perdas por atrito e
ventilação, decorrentes da troca de rolamento, limpeza e lubrificação são fatores preponderantes
sobre o resultado do rendimento após a manutenção. Tal correlação pode ser verificada nas tabelas
apresentadas nos itens V.4 e V.5.
Com a redução ou aumento das perdas no estator do motor, tem-se uma maior ou menor
transferência de potência para o rotor. Sendo assim, as perdas também seguem esta proporção.
Para verificar as perdas no rotor pode-se analisar a rotação à plena carga. Esta diminui com o
aumento das perdas e vice-versa. É importante observar que, mesmo com um aumento do
rendimento global do motor, a redução da rotação diminui a eficiência da troca de calor entre o motor
e o ambiente, acarretando uma elevação de temperatura. É importante observar que, mesmo com
um aumento do rendimento global do motor, a redução da velocidade de rotação diminui a eficiência
da troca de calor entre o motor e o ambiente, acarretando em uma elevação de temperatura maior.
Observa-se que a eficiência dessa troca de calor também depende da temperatura externa. Esta
correlação é clara ao se observar as perdas no rotor, rotação e elevação de temperatura.
Considerando a classificação geral das oficinas pesquisadas, pode-se constatar uma clara
correlação entre as características de perdas e rendimento e a qualidade dos procedimentos de
reparo, ferramental disponível e aspectos gerais. Este fato pode ser notado com relação às perdas
por atrito e ventilação, onde o maior aumento observado (35,6%) foi obtido em uma das piores
oficinas, enquanto as oficinas melhores classificadas conseguiram uma redução de 23 a 47%. O
mesmo acontece com as perdas por histerese e Foucault, onde a maior queda (-11,4%) foi
observada em uma das oficinas de melhor classificação. Curiosamente o maior aumento da
resistência da armadura (23,5%) se deu em uma oficina dotada de bobinadeira, enquanto as maiores
reduções (-12,7 e -12,5%) em oficinas com bobinamento manual. Este fato pode ser explicado, em
contraponto ao citado anteriormente, desde que o enrolamento manual permite um menor diâmetro
da curvatura na cabeça de bobina, acarretando em um menor comprimento de condutor necessário
para um mesmo número de espiras.
Como foi verificado uma grande redução nas perdas por atrito e ventilação após o
rebobinamento, supõe-se que este fato seja devido à limpeza e lubrificação executadas durante a
manutenção. Sendo assim, recomenda-se que seja feita uma avaliação dos efeitos da simples
limpeza sobre o rendimento do motor, tendo em vista que esta é uma medida de baixíssimo custo e
que pode vir a ser aplicada em larga escala pela indústria para reduzir o consumo de energia
elétrica.
Finalmente conclui-se que o reparo em motores elétricos contribui para a conservação de
energia desde que seja feito por empresas que apresentem qualidade nos serviços, utilizando
materiais de boa qualidade, ferramental adequado, pessoal técnico especializado, entre outros.
BIBLIOGRAFIA
AGÊNCIA PARA APLICAÇÃO DE ENERGIA; “Manual de Administração de Energia 2- Força
Motriz: Motores Elétricos, Ar Condicionado e Ar Comprimido”
Governo do Estado de São Paulo – Secretaria de Energia, 1997
ALMEIDA, J. E.; ”Motores Elétricos: Manutenção e Testes”
Hemus Editora LTDA, 1994
FALCONE, A. G.; ”Motores de Indução: Manutenção e Instalação”
LVBA Comunicação, 1995
KAPUR, L.; ”Electrical Engineering Materials”
Khanna Publishers Delhi, 1992
OLIVEIRA, A. C. C.; SÁ Jr., J. C.; “Uso Eficiente de Energia Elétrica”
PROCEL - UFPE, Editora Universitária – Abril / 1998
SANTOS, A. H. M.; HADDAD, J.; NOGUEIRA, L. A. H.; BORTONI, E.C.; MELONI, P. S. R.;
et alli. ”Manual de Reparo de Motores de Indução”
EFEI, Primeira Edição – Maio / 1998
SARAIVA, D. B.; ”Materiais Elétricos”
Editoran Ganabara Dois, 1986
TORREIRA, R. P.; ”Manual Básico de Motores Elétricos”
Antenna Edições Técnicas LTDA, Segunda Edição – 1985
SCHMIDT, W.; ” Materiais Elétricos – Volumes 1 e 2”
Editora Edgard Blucher, 1988
WILKINSON, K.; ”Como Rebobinar Pequenos Motores Elétricos”
Antenna Edições Técnicas LTDA, Segunda Edição – 1984
ANEXOS
Equipamentos Utilizados nos Ensaios
1. RESISTÊNCIA DOS ENROLAMENTOS
EQUIPAMENTO UTILIZADO:
Ponte de Kelvin
Fabricante: YEW
Tipo / Modelo: 2769
Data da Última Calibração: 05/02/97
2. RESISTÊNCIA DE ISOLAMENTO
EQUIPAMENTO UTILIZADO:
Megohmetro
Fabricante: BBC Metrawatt
Tipo / Modelo: Metriso 500
Data da Última Calibração: 23/01/97
4. RESULTADOS DOS RENDIMENTOS OBTIDOS ATRAVÉS DO MÉTODO DA SEPARAÇÃO
DE PERDAS
E
5. RESULTADO DAS PERDAS INDIVIDUAIS DO MOTOR
EQUIPAMENTOS UTILIZADOS:
Transdutor de Torque
Fabricante: HBM
Tipo / Modelo: T30FN
Data da Última Calibração: 16/06/97
Analisador Trifásico MONITEK
Fabricante: JMAN
Tipo / Modelo: 9442
Microcomputador 486 DX
6.ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA
EQUIPAMENTOS UTILIZADOS:
Transdutor de Torque
Fabricante: HBM
Tipo / Modelo: T30FN
Data da Última Calibração: 16/06/97
Analisador Trifásico MONITEK
Fabricante: JMAN
Tipo / Modelo: 9442
Microcomputador 486 DX
Ponte Dupla de Kelvin
Fabricante: YEW
Tipo / Modelo: 2769
Data da Última Calibração: 05/02/97
Termômetro
Fabricante: ICONTERM
Tipo / Modelo: 65534
Data da Última Calibração: 05/03/97
Termômetro
Fabricante: GULterm do Brasil
Tipo / Modelo: GULterm 700 - 10S
Data da Última Calibração: 05/03/97
