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Unidade 6:

Instalações industriais

6.1 Primeiras palavras

Esta unidade apresenta os elementos elétricos fundamentais de uma planta industrial, trata dos transformadores de energia e dos motores elétricos. Vamos entender o funcionamento e os cuidados necessários para prolongar a vida útil desses equipamentos.

6.2 Problematizando o tema

Em nossas residências a tensão elétrica normalmente tem dois valores: 127V ou 220V. Na indústria, de um modo geral, é preciso alimentar equipamentos de grandes potências com tensões elétricas maiores para redução correspondente da corrente elétrica. Assim, nas instalações industriais podemos encontrar valores nominais de tensão de 380V, 440V ou até maiores.

6.3 Texto básico para estudos

6.3.1 Transformador de potência

É um equipamento que, por meio de indução eletromagnética, transfere energia de um circuito chamado primário para um ou mais circuitos denominados secundário ou terciário, respectivamente, sendo mantida a mesma frequência, porém com tensões e correntes diferentes:

Quanto ao meio isolante, os transformadores se classificam em:

Ÿ transformadores imersos em óleo mineral isolante;

Ÿ transformadores a seco.

Contemplaremos somente os transformadores imersos em óleo, devido à quase exclusividade de sua utilização em projetos industriais. Os transformadores a seco são empregados mais especificamente em instalações de prédios de habitação ou em locais de alto risco para a vida das pessoas e do patrimônio. São construídos, em geral, em resina epóxi.

Um transformador imerso em óleo mineral é composto basicamente de três elementos:

Ÿ tanque ou carcaça;

Ÿ parte ativa (núcleo e enrolamentos);

Ÿ acessórios (terminais, ganchos, registros, etc.).

O seu funcionamento está fundamentado nos fenômenos de mútua indução magnética entre os dois circuitos (primário e secundário) eletricamente isolados, porém magneticamente ligados.

A equação fundamental de operação de um transformador é:

N1 - número de espiras do enrolamento primário;

N2 - número de espiras do enrolamento secundário;

V1 - tensão aplicada nos terminais da bobina do primário;

V2 - tensão de saída nos terminais da bobina do secundário;

I1 - corrente que circula no enrolamento primário;

I2 - corrente que circula no enrolamento secundário.

Os transformadores podem ser, quanto ao número de fases:

Ÿ monobucha (F-T);

Ÿ monofásico (F-N);

Ÿ bifásico (2F);

Ÿ trifásico (3F).

Ao longo desta unidade só se fará referência aos transformadores trifásicos, devido à sua quase total utilização em sistemas industriais no Brasil. A 89 apresenta um transformador trifásico a óleo mineral.

Quanto às características elétricas, os transformadores podem ser estudados conforme os itens a seguir.

6.3.1.1 Potência nominal

É a potência que o transformador fornece continuamente a uma determinada carga, sob condições de tensão e frequência nominais, dentro dos limites de temperatura especificados por norma. A determinação da potência nominal do transformador em função da carga que alimenta é dada pela equação a seguir.

P1=

Vs - tensão secundária de alimentação de carga, em V;

Ic - corrente da carga conectada, em A.

As potências nominais padronizadas e usuais estão discriminadas na Tabela 20.

Tabela 20 Dados característicos de transformadores trifásicos em óleo para instalação interior ou exterior - classe 15kV - primário em estrela ou triângulo e secundário em estrela - 60Hz.

Potência

(kVA)

Tensão (V)

Perdas (W)

Rendimento

Regulação

Impedância

A vazio (no ferro)

Cobre

(%)

(%)

(%)

15

220 a 440

120

300

96,24

3,32

3,5

30

220 a 440

200

570

96,85

3,29

3,5

45

220 440

260

750

97,09

3,19

3,5

75

220 440

390

1200

97,32

3,15

3,5

112,5

220 440

520

1650

97,51

3,09

3,5

150

220 a 440

640

2050

97,68

3,02

3,5

225

380 a 440

900

2800

97,96

3,63

4,5

300

220

1120

3900

97,96

3,66

4,5

380 ou 440

1120

3700

98,04

3,61

4,5

500

220

1700

6400

98,02

3,65

4,5

380 ou 440

1700

6000

98,11

3,6

4,5

750

220

2000

10000

98,04

4,32

5,5

380 ou 440

2000

8500

98,28

4,2

5,5

1000

220

3000

12500

98,10

4,27

5,5

380 ou 440

3000

11000

98,28

4,19

5,5

1500

220

4000

18000

98,20

4,24

5,5

380 ou 440

4000

16000

98,36

4,16

5,5

6.3.1.2 Tensão nominal

É o valor eficaz da tensão para a qual o transformador foi projetado segundo perdas e rendimento especificado.

Em geral, os transformadores são dotados de derivações ou tapes, utilizados quase sempre para elevar a tensão de saída do secundário, devido a uma tensão de fornecimento abaixo do valor requerido.

O tape de maior valor define a tensão nominal primária do transformador, isto é, a tensão para a qual foi projetado. Normalmente, o número máximo de derivações fica limitado a três, variando de 3,0 a 9,6% da tensão nominal especificada para o equipamento. Como exemplo, citando um transformador de tensão nominal de 13800V, os tapes disponíveis são de 12600, 13200 e 13800V.

É importante lembrar que é constante o produto da tensão e da corrente no primário e no secundário. Considerar, por exemplo, um transformador de 225kVA, tensão nominal de 13800/380V, operando numa rede com tensão nominal primária de mesmo valor. Por motivo de abaixamento da tensão de fornecimento, o transformador foi religado no tape de 12600V, logo, a corrente será aumentada de:

Vt1  It1 = Vt2  It2;

Vt1 - tensão no primário no tape 1;

Vt2 - tensão no primário no tape 2;

It1 - corrente no tape 1;

It2 - corrente no tape 2.

13800 It1 = 12.600 It2

It1 = A

13800 9,4 = 12600  It2 It2 = 10,29A

Se a tensão de fornecimento fosse de 12400V, a tensão secundária assumiria o valor de:

Vs = = 374V

6.3.1.3 Tensão nominal de curto-circuito

É medida curto-circuitando-se os terminais secundários do transformador e alimentando-o no primário com uma tensão que faça circular nesse enrolamento a corrente nominal. O valor percentual dessa tensão em relação à nominal é numericamente igual ao valor da impedância em percentagem, ou seja:

Zpt =

Zpt - tensão nominal de curto-circuito, em % ou impedância percentual;

Vnccp - tensão nominal de curto-circuito aplicada aos terminais do enrolamento primário, em V;

Vnpt - tensão nominal primária do transformador, em V.

Caso se deseje conhecer a impedância do transformador em valor ôhmico, pode-se usar a seguinte equação:

ZWt =

Pnt - potência nominal do transformador, em kVA;

Vnt - tensão nominal primária do transformador, em kV.

Uma impedância percentual de 5,5% corresponde a um transformador de 1000kVA - 13800/380V e tem como impedância ôhmica o valor de:

Z

6.3.1.4 Componentes percentuais da tensão nominal de curto-circuito

É determinada a partir da composição vetorial dos componentes de tensão resistiva e reativa. O componente de tensão resistiva percentual ou resistência percentual é o componente ativo da tensão percentual, cujo valor é dado pela seguinte equação:

Rpt =

Pcu - perdas ôhmicas de curto-circuito, ou simplesmente perdas no cobre, em W (Tabela 20);

Pnt - potência nominal do transformador, em kVA.

Conhecido o valor da tensão percentual de curto-circuito do transformador, fornecido pelo fabricante, aplica-se a seguinte equação para se obter o valor da tensão reativa percentual, ou seja:

Xpt =

Zpt - impedância percentual de placa do transformador.

Exemplo: Considerar um transformador de 225kVA, 13800-380/220V do qual se deseja saber os valores percentuais das quedas de tensão resistiva e reativa.

Pcu = 2800W (Tabela 20);

Zpt = 4,5% (Tabela 20).

6.3.1.5 Perdas elétricas

Os transformadores apresentam perdas elétricas pequenas quando comparadas com suas potências nominais. Mas sendo uma máquina que opera, em geral, continuamente, a energia desperdiçada pode ser relevante e, portanto, considerada nas avaliações de eficiência energética, conforme a unidade 5.

As perdas dos transformadores referem-se a perdas no núcleo e a perdas nos enrolamentos.

6.3.1.6 Regulação

Representa a variação de tensão no secundário do transformador, desde o seu funcionamento em vazio até a operação a plena carga, considerando a tensão primária constante.

Também denominada queda de tensão industrial, pode ser calculada em função dos componentes ativo e reativo, da impedância percentual do transformador, do fator de potência e do fator de carga, conforme a equação a seguir.

R = regulação;

Fc = fator de carga;

q = ângulo do fator de potência.

O valor da tensão no secundário do transformador, correspondente às condições de carga a que está submetido, é dado pela equação seguinte, ou seja:

Vnst= tensão nominal do secundário, em V.

Exemplo: Considerar uma transformador de 225kVA, 13800-380/220V operando numa instalação cujo fator de carga é 0,75. Deseja-se determinar o valor da regulação ou variação de tensão no secundário, sabendo-se que o fator de potência da carga é 0,80. Os valores de Rpt e Xpt foram calculados no exemplo anterior.

Logo a tensão secundária vale:

6.3.1.7 Rendimento

É a relação entre a potência elétrica fornecida pelo secundário do transformador e a potência elétrica absorvida pelo primário. Pode ser determinado pela equação:

Pfe = perdas no ferro, em kW;

q = ângulo do fator de potência.

Exemplo: Tomando como exemplo as condições previstas nos dois exemplos anteriores, determinar o rendimento do transformador de 225kVA.

h = 100 - 1,8 = 98,2%;

Pfe = 0,90kW (Tabela 20);

Pcu = 2,8kW (Tabela 20).

6.3.1.8 Líquido isolante

O líquido isolante nos transformadores tem a função de transferir o calor gerado pelas partes internas do equipamento para as paredes do tanque e dos radiadores, que são resfriadas naturalmente ou por ventilação forçada, fazendo com que o óleo volte novamente ao interior, retirando calor e passando ao exterior, num ciclo contínuo, segundo o fenômeno de convecção.

O óleo mineral para transformador deve apresentar uma alta rigidez dielétrica e excelente fluidez, além de manter as suas características naturais praticamente inalteradas perante temperaturas elevadas. Os transformadores podem conter óleo mineral do tipo parafínico ou naftênico.

O óleo mineral é inflamável e, portanto, cuidados devem ser tomados na instalação de transformadores. No caso de projetos industriais de produtos de alto risco de incêndio, usando-se transformadores a óleo, estes devem ser localizados distantes e fora da área de risco.

Existe, entretanto, um tipo de líquido isolante, chamado ascarel, cujas propriedades elétricas se assemelham às do óleo mineral, com a vantagem de não ser inflamável. Devido ao seu alto poder de poluição, está proibida a sua utilização no território nacional.

Quando for estritamente necessária a instalação de transformadores não inflamáveis, devem ser especificados transformadores a seco ou a silicone.

6.3.1.9 Especificação

O pedido de compra de um transformador deve conter, no mínimo, os seguintes elementos:

ð potência nominal;

ð tensão nominal primária;

ð tensão nominal secundária;

ð derivações desejadas (tapes);

ð perdas máximas no ferro e no cobre;

ð ligação dos enrolamentos;

ð tensão suportável de impulso;

ð impedância percentual;

ð acessórios desejados (especificar).

Exemplo: Transformador trifásico de 225kVA, tensão nominal primária 13,8kV, tensão nominal secundária 380/220V, com derivações 13,8/13,2/12,6kV, dispondo de ligação dos enrolamentos em triângulo primário e em estrela secundária com neutro acessível, impedância nominal percentual de 4,5%, frequência de 60Hz, perdas máximas no cobre de 2800W, perdas máximas no ferro de 900W e tensão suportável de impulso 95kV.

6.3.2 Motores elétricos de corrente alternada

O motor elétrico é uma máquina que transforma energia elétrica em energia mecânica de utilização.

Os motores elétricos de indução trifásicos são utilizados na maioria das aplicações industriais.

6.3.2.1 Motores trifásicos

São aqueles alimentados por um sistema trifásico a três fios, em que as tensões estão defasadas de 120º elétricos. Representam a grande maioria dos motores empregados nas instalações industriais. A 90 mostra os seus principais componentes. Podem ser do tipo indução ou síncrono.

6.3.2.1.1 Motores de indução

São constituídos de duas partes básicas: estator e rotor. O estator é formado por três elementos:

- Carcaça: constituída de uma estrutura de construção robusta, fabricada em ferro fundido, aço ou alumínio injetado, resistente à corrosão e com superfície aletada, que tem como principal função suportar todas as partes fixas e móveis do motor.

- Núcleo de chapas: constituído de chapas magnéticas adequadamente fixadas ao estator.

- Enrolamentos: dimensionados em material condutor isolado, dispostos sobre o núcleo e ligados à rede de energia elétrica de alimentação.

O rotor é constituído por quatro elementos básicos:

- Eixo: responsável pela transmissão da potência mecânica gerada pelo motor.

- Núcleo de chapas: constituído de chapas magnéticas adequadamente fixadas sobre o eixo.

- Barras e anéis de curto-circuito (motor de gaiola): constituído de alumínio injetado sobre-pressão.

- Enrolamentos (motor com rotor bobinados): constituídos de material condutor e dispostos sobre o núcleo.

Demais componentes:

- Ventilador: responsável pela remoção do calor acumulado na carcaça.

- Tampa defletora: componente mecânico provido de aberturas instaladas na parte traseira do motor sobre o ventilador.

- Terminais: conectores metálicos que recebem os condutores de alimentação do motor.

- Rolamentos: componentes mecânicos sobre os quais está fixado o eixo.

- Tampa: componente metálico de fechamento lateral.

- Caixa de ligação: local onde estão fixados os terminais de ligação do motor.

As correntes rotóricas são geradas eletromagneticamente pelo estator, único elemento do motor ligado à linha de alimentação.

O comportamento de um motor elétrico de indução relativo ao rotor é comparado ao secundário de um transformador.

O rotor pode ser constituído de duas maneiras:

a) Rotor bobinado

Constituído de bobinas, cujos terminais são ligados a anéis coletores fixados ao eixo do motor e isolados deste.

São de emprego frequente nos projetos industriais, principalmente quando se necessita de controle adequado à movimentação de carga, ou se deseja acionar uma determinada carga através de reostato de partida.

Esses motores são construídos com o rotor envolvido por um conjunto de bobinas normalmente interligadas, em conção estrela, com os terminais conectados a três anéis, presos mecanicamente ao eixo do motor, porém isolados eletricamente, e ligados por meio de escovas condutoras a uma resistência trifásica provida de cursor rotativo. Assim, as resistências são colocadas em série com o circuito do enrolamento do rotor, e a quantidade utilizada depende do número de estágios de partida adotado, que, por sua vez, é dimensionado em função, exclusivamente, do valor da máxima corrente admissível para acionamento da carga.

A 91 mostra esquematicamente a ligação dos anéis acoplados ao reostato de partida, com a barra de curto-circuito medianamente inserida. Já a 92 mostra também a ligação de um motor com reostato de partida ajustado para acionamento em três tempos.

Na 92, pode-se observar que, quando é acionado o contator geral C1 ligado aos terminais 1-2-3, o motor parte sob o efeito das duas resistências inseridas em cada bobina rotórica. Após um certo período de tempo previamente ajustado, o contator C3 curto-circuita o primeiro grupo de resistência do reostato, o que equivale ao segundo estágio. Decorrido outro determinado período de tempo, o contator C2 opera mantendo em curto-circuito o último grupo de resistências do reostato, o que equivale ao terceiro estágio. Nessa condição, o motor entra em regime normal de funcionamento.

Os motores de anéis são particularmente empregados na frenagem elétrica, controlando adequadamente a movimentação de cargas verticais, em baixas velocidades. Para isso, usam um sistema combinado de frenagem sobressíncrona ou subsíncrona com inversão das fases de alimentação. Na etapa de levantamento, o motor é acionado com a ligação normal, sendo que tanto a força necessária para vencer a carga resistente quanto a velocidade de levantamento são ajustadas pela inserção ou retirada dos resistores do circuito do rotor. Para o abaixamento da carga, basta inverter duas fases de alimentação e o motor comporta-se como gerador, em regime sobressíncrono, fornecendo energia à rede de alimentação, girando, portanto no sentido contrário ao funcionamento anterior.

Esses motores são empregados no acionamento de guindastes, correias transportadoras, compressores a pistão, etc.

b) Rotor em gaiola

Esse tipo de rotor é constituído de um conjunto de barras não isoladas através de anéis condutores curto-circuitados.

O motor de indução opera normalmente a uma velocidade constante, variando ligeiramente com a aplicação da carga mecânica no eixo.

O funcionamento de um motor de indução baseia-se no princípio da formação de campo magnético rotativo produzido no estator pela passagem da corrente alternada em suas bobinas, cujo fluxo, por efeito de sua variação, se desloca em volta do rotor, gerando, neste, correntes induzidas que tendem a se opor ao campo rotativo, sendo, no entanto, arrastado por ele.

O rotor em nenhuma hipótese atinge a velocidade do campo rotativo, pois, do contrário, não haveria geração de correntes induzidas, eliminando-se o fenômeno magnético rotórico, responsável pelo trabalho mecânico do rotor.

Quando o motor está girando sem a presença de carga mecânica no eixo, comumente chamado motor a vazio, o rotor desenvolve uma velocidade angular de valor praticamente igual à velocidade síncrona do campo girante do estator. Adicionando-se carga mecânica ao eixo, o rotor diminui a sua velocidade. A diferença existente entre as velocidades síncronas e a do rotor é denominada escorregamento, em termos percentuais, é dado pela seguinte equação:

Ws= velocidade síncrona;

W = velocidade angular do rotor.

6.3.2.2 Rendimento de uma máquina

Exemplo: Um motor consome 5kW de potência elétrica e fornece 4kW de potência mecânica em seu eixo. Qual o seu rendimento?

Exemplo: Um motor trifásico de 5kW (o valor que aparece na plaqueta do motor é a sua potência nominal de saída) e 380V tem um rendimento de 0,80 e um FP = 0,85. Qual a corrente recebida pelo motor na carga nominal?

Exemplo: Na placa de identificação de um motor trifásico estão as seguintes informações: 380V; 60A; cosq = 0,85; 30kW.

Qual é o rendimento desse motor?

Þ Pe = 1,73 x 380 x 60 x 0,85 Þ Pe = 33567W ou Pe = 33,57kW

h = 30/33,57 Þ h = 0,89 ou 89%

Exemplo: Um motor trifásico consome 11,8cv, tem um FP 0,85 e é alimentado por 220V. Calcule a corrente de linha do circuito, a potência reativa e a aparente. Considerar h = 1.

1cv = 735W (1hp = 746W)

Pe = 11,8cv = 8,67W Þ Potência de entrada

UL = 220V

cosq = 0,85

Triângulo de potências:

6.3.2.3 Motores monofásicos de indução

Os motores monofásicos são, em relação aos motores trifásicos, de pequeno uso em instalações industriais. São construídos normalmente para pequenas potências (até 15 cv, em geral).

Os motores monofásicos são providos de um segundo enrolamento colocado no estator e defasado de 90º elétricos do enrolamento principal, e que tem a finalidade de tornar rotativo o campo estatórico monofásico. Isso é o que permite a partida do motor monofásico.

O torque de partida é produzido pelo defasamento de 90º entre as correntes do circuito principal e do circuito de partida. Para se obter essa defasagem, liga-se ao circuito de partida um condensador, de acordo com o esquema da 93 (a).

O campo rotativo assim produzido orienta o sentido de rotação do motor. A fim de que o circuito de partida não fique ligado desnecessariamente após o acionamento do motor, um dispositivo automático desliga o enrolamento de partida, passando o motor a funcionar normalmente em regime monofásico. Esse dispositivo pode ser acionado por um sistema de força centrífuga, conforme a 93 (a).

A bobina que liga o circuito de partida é desenergizada pelo decréscimo do valor da corrente no circuito principal após o motor entrar em regime normal de funcionamento.

O condensador de partida é do tipo eletrolítico e tem a característica de funcionar somente quando solicitado por tensões com polaridade estabelecida. É montado, normalmente, sobre a carcaça do estator por meio de um suporte que também tem a finalidade de protegê-lo mecanicamente.

A Tabela 21 fornece as características básicas dos motores monofásicos.

Os motores monofásicos podem ser do tipo indução ou síncrono, cujas características básicas são idênticas às que foram estabelecidas para os motores trifásicos correspondentes.

(a) tipo força centrífuga (b)tipo decréscimo da corrente

Tabela 21 Características dos motores elétricos monofásicos.

Potência

Nominal

Corrente

220(V)

Veloci

dade

Fator de Potência

Rela-

ção

Rela

ção

Conjugado

Rendimento

Momento

de

Inércia

Nomi-

nal

Cm/Cn

cv

kW

A

rpm

%

Inp/In

Cp/Cn

Kgf . m

%

%

Kg . m2

2 polos

1,5

1,1

7,5

3,535

75

7,8

2,9

0,31

2,3

75

0,0020

2

1,5

9,5

3,530

76

7,2

2,9

0,61

2,3

76

0,0024

3

2,2

13,0

3,460

77

7,6

30,

0,81

2,2

77

0,0064

4

3,0

18,0

3,515

79

8,7

2,8

0,61

2,6

79

0,0093

5

3,7

23,0

3,515

81

7,9

2,8

1,00

2,6

81

0,0104

7,5

5,5

34,0

3,495

78

6,2

2,1

1,50

2,1

78

0,0210

10

7,5

42,0

3,495

82

7

2,1

2,00

2,6

82

0,0295

4 polos

1

0,75

5,8

1,760

71

8,2

3,0

0,41

2,5

71

0,0039

1,5

1,1

7,5

1,760

75

8,7

2,8

0,61

2,9

75

0,0052

2

1,5

9,5

1,750

77

8,7

3,0

0,81

2,8

77

0,0084

3

2,2

14,0

1,755

79

8,5

3,0

1,20

2,8

79

0,0163

4

3,0

19,0

1,745

80

7,1

2,90

1,60

2,6

80

0,0183

5

3,7

25,0

1,750

81

7,5

3,0

2,00

2,6

81

0,0336

7,5

5,5

34,0

1,745

84

7,4

3,0

3,10

2,6

84

0,0378

10

7,5

46,0

1,745

85

7,6

3,0

4,10

2,5

85

0,0434

6.3.2.4 Motores tipo universal

São aqueles capazes de operar tanto em corrente contínua como em corrente alternada. São amplamente utilizados em aparelhos eletrodomésticos, tais como enceradeiras, liquidificadores, batedeiras, etc. São constituídos de uma bobina de campo em série com a bobina da armadura, e de uma bobina de compensação, que pode estar ligada em série ou em paralelo com a bobina de campo, cuja compensação é denominada respectivamente de condutiva ou indutiva.

6.3.2.5 Motores assíncronos trifásicos com rotor em gaiola

Os motores de indução trifásicos, com rotor em gaiola, são usados na maioria das instalações industriais, principalmente em máquinas não suscetíveis a variações de velocidade.

Para obtenção de velocidade constante, devem-se usar motores síncronos normalmente construídos para potências elevadas, devido a seu alto custo relativo, quando fabricados em potências menores.

A seguir, serão estudadas as principais características dos motores de indução trifásicos com rotor em gaiola.

6.3.2.5.1 Potência nominal

É a potência que o motor pode fornecer no eixo, em regime contínuo, sem que os limites de temperatura dos enrolamentos sejam excedidos aos valores máximos permitidos por norma dentro de sua classe de isolamento. Sempre que são aplicadas aos motores cargas de valor muito superior ao da potência para a qual foram projetados, os seus enrolamentos sofrem um aquecimento anormal, diminuindo a vida útil da máquina, podendo danificar o isolamento até se estabelecer um curto-circuito interno que caracteriza a sua queima.

A potência desenvolvida por um motor representa a rapidez com que a energia é aplicada para mover a carga. Por definição, potência é a relação entre a energia gasta para realizar um determinado trabalho e o tempo em que o mesmo foi executado. Isso pode ser facilmente entendido quando se considera a potência necessária para levantar um objeto pesando 50kgf do fundo de um poço de 40m de profundidade, durante um período de tempo de 27s. A energia gasta foi de 50kgf x 40m = 2000kgf m. Como o tempo para realizar esse trabalho foi de 27s, a potência exigida pelo motor foi de Pm1 = 2000/27kgf.m/s = 74kgf m/s. Se o mesmo trabalho tivesse que ser realizado em 17s, a potência do motor teria que ser incrementada para Pm2 = 2000/17kgf m/s = 117kgf.m/s. Considerando que 1 cv equivale a 75 kgf m/s, então as potências dos motores seriam:

Pm1 = cv

Pm2 = 1.1/2 cv

A potência nominal normalmente é fornecida em cv, sendo que 1cv equivale a 0,736kW.

A potência nominal de um motor depende da elevação de temperatura dos enrolamentos durante o ciclo de carga. Assim, um motor pode acionar uma carga com potência superior à sua potência nominal até atingir um conjugado um pouco inferior a seu conjugado máximo. Essa sobrecarga, no entanto, não pode resultar em temperatura dos enrolamentos superiores à sua classe de temperatura. Do contrário, a vida útil do motor será sensivelmente afetada.

Quando o motor opera com cargas de regimes intermitentes, a potência nominal do motor deve ser calculada levando em consideração o tipo de regime.

A Tabela 22 fornece as principais características dos motores de indução de rotor em curto-circuito. Vale ressaltar que estes são valores médios e podem variar, em faixas estreitas, para cada fabricante, dependendo de sua tecnologia e projeto construtivo.

Tabela 22 Motores assíncronos trifásicos com rotor em curto-circuito.

Potência

Nominal

Potência

Ativa

Corrente

Nominal

Velocidade

(rpm)

Fator de Potência

Relação

Inp/In

Rendimento

Conjugado

Nominal

cv

kW

220V

380V

%

Kgf.m

2 polos

1

0,7

3,3

1,9

3440

0,76

6,2

0,81

0,208

3

2,2

9,2

5,3

3490

0,76

8,3

0,82

0,619

5

4

13,7

7,9

3490

0,83

9,0

0,83

1,020

7,5

5,5

19,2

11,5

3480

0,83

7,4

0,83

1,540

10

7,5

28,6

16,2

3475

0,85

6,7

0,83

2,050

15

11

40,7

23,5

3500

0,82

7,0

0,83

3,070

20

15

64,0

35,5

3540

0,73

6,8

0,83

3,970

25

18,5

69,0

38,3

3540

0,82

6,8

0,86

4,960

30

22

73,0

40,5

3535

0,88

6,3

0,89

5,960

40

30

98,0

54,4

3525

0,89

6,8

0,90

7,970

50

37

120,0

66,6

3540

0,89

6,8

0,91

9,920

60

45

146

81,0

3545

0,89

6,5

0,91

11,880

75

55

178

98,8

3550

0,89

6,9

0,92

14,840

100

75

240,0

133,2

3560

0,90

6,8

0,93

19,720

125

90

284,0

158,7

3570

0,90

6,5

0,93

24,590

150

110

344,0

190,9

3575

0,90

6,8

0,93

29,460

Potência

Nominal

Potência

Ativa

Corrente

Nominal

Velocidade

(rpm)

Fator de Potência

Relação

Inp/In

Rendimento

Conjugado

Nominal

cv

kW

220V

380V

%

Kgf.m

4 polos

1

0,7

3,8

2,2

1715

0,65

5,7

0,81

0,420

3

2,2

9,5

5,5

1720

0,73

6,6

0,82

1,230

5

4

13,7

7,9

1720

0,83

7,0

0,83

2,070

7,5

5,5

20,6

11,9

1735

0,81

7,0

0,84

3,100

10

7,5

26,6

15,4

1740

0,85

6,6

0,86

4,110

15

11

45,0

26,0

1760

0,75

7,8

0,86

6,120

20

15

52,0

28,8

1760

0,86

6,8

0,88

7,980

25

18,5

64,0

35,5

1760

0,84

6,7

0,90

9,970

30

22

78,0

43,3

1760

0,83

6,8

0,90

11,970

40

30

102,0

56,6

1760

0,85

6,7

0,91

15,960

50

37

124,0

68,8

1760

0,86

6,4

0,92

19,950

60

45

150,0

83,3

1765

0,86

6,7

0,92

23,870

75

55

182,0

101,1

1770

0,86

6,8

0,92

29,750

100

75

244,0

135,4

1770

0,87

6,7

0,92

39,670

125

90

290,0

160,9

1780

0,87

6,5

0,94

49,310

150

110

350,0

194,2

1780

0,87

6,8

0,95

59,170

180

132

420,0

233,1

1785

0,87

6,5

0,95

70,810

200

150

470,0

271,2

1785

0,87

6,9

0,95

80,000

220

160

510,0

283,0

1785

0,87

6,5

0,95

86,550

250

185

590,0

327,4

1785

0,87

6,8

0,95

95,350

300

220

694,0

385,2

1785

0,88

6,8

0,96

118,020

380

280

864,0

479,5

1785

0,89

6,9

0,96

149,090

475

355

1.100,0

610,5

1788

0,89

7,6

0,96

186,550

600

450

1384,0

768,1

1790

0,89

7,8

0,96

265,370

Como informação adicional, a seguir são dadas as expressões que permitem determinar a potência de um motor para as atividades de maior uso industrial:

a) Bombas

Pb =

Pb - potência requerida pela bomba, em kW;

Q - quantidade do líquido, em m3/s;

- peso específico do líquido, em kg/dm3;

= 1 kg /dm3 - para a água;

H - altura manométrica e perdas nas tubulações, em m;

- eficiência da bomba;

0,87 - para bombas a pistão;

0,40 para bombas centrífugas.

Exemplo de Aplicação

Calcular a potência nominal de um motor que será acoplado a uma bomba centrífuga, cuja vazão é de 0,50m3/s. A altura de recalque mais a de elevação é de 15m e destina-se à captação de água potável.

Pm =

b) Elevadores de carga

Pe =

Pe - potência requerida pelo motor do guindaste, em kW;

0,70;

C - carga a ser levantada, em kg;

V - velocidade, em m/s;

0,50  V  1,50 m/s - elevadores para pessoas;

0,40  V  0,60 m/s - elevadores para carga.

Exemplo de Aplicação

Determinar a potência nominal de um motor de um elevador de carga destinado a levantar uma carga máxima de 400kg.

Pe = 3,36kW Pm = 5 cv (Tabela 22)

c) Ventiladores

Pv =

Pv - potência requerida pelo ventilador, em kW;

Q - vazão, em m3/s;

P - pressão, em N/m2;

- rendimento;

0,50   0,80 - para ventiladores com P >400mmHg;

0,35   0,50 - para ventiladores com 100  P  400mmHg;

0,20   0,35 - para ventiladores com P < 100mmHg.

Obs.: 1 mmHg = 9,81 N/m2;

1 N/m2 = 1,02 10-3 kgf/m2.

Exemplo de Aplicação

Qual a potência nominal de um motor para ser acoplado ao eixo de um ventilador com vazão de 2m3/s e pressão de 200mmHg? Sabe-se que o rendimento do ventilador é de aproximadamente 40%.

d) Compressores

Pc =

Pc - potência requerida pelo compressor, em kW;

Wc - velocidade nominal do compressor, em rps;

Cnc - conjugado nominal do compressor, em Nm;

ac - rendimento de acoplamento:0,95.

Exemplo de Aplicação

Determinar a potência de um compressor, sabendo-se que a redução do acoplamento é de 0,66, a velocidade do compressor é de 1150rpm e o conjugado nominal é de 40Nm.

Ÿ Velocidade nominal do motor:

Wn = rpm

Ÿ Velocidade nominal do compressor:

Wc = 19,16 rps

Ÿ Potência nominal do motor:

Pc = W Pm = 7,5 cv (Tabela 22).

Existe uma condição operacional de motores muito utilizada em processos industriais, notadamente em esteiras rolantes, quando dois ou mais motores funcionam mecanicamente em paralelo.

Se dois ou mais motores idênticos são acoplados por um mecanismo qualquer e trabalham mecanicamente em paralelo dividem a carga igualmente. Para isso, é necessário que os motores tenham o mesmo escorregamento, o mesmo número de polos e a mesma potência nominal no eixo.

Se dois ou mais motores têm o mesmo número de polos, mas diferentes potências nominais no eixo, normalmente dividem a carga na mesma proporção de suas potências de saída.

6.3.2.5.2 Tensão nominal

As tensões de maior utilização nas instalações elétricas industriais são de 220, 380 e 440V. A ligação do motor num determinado circuito depende das tensões nominais múltiplas para as quais foi projetado.

Os motores devem trabalhar dentro de limites de desempenho satisfatório para uma variação de tensão de 10% de sua tensão nominal, desde que a frequência não varie.

6.3.2.5.3 Corrente nominal

É aquela solicitada da rede de alimentação pelo motor trabalhando à potência nominal, com a frequência e tensões nominais. O valor da corrente é dado pela equação:

Inm =

Pnm - potência nominal do motor, em cv;

V - tensão nominal trifásica, em volts;

- rendimento do motor;

cosθ - fator de potência sob carga nominal.

6.3.2.5.4 Frequência nominal

É aquela fornecida pelo circuito de alimentação e para a qual o motor foi dimensionado.

O motor deve trabalhar satisfatoriamente se a frequência variar dentro de limites de 5% da frequência nominal, desde que seja mantida a tensão nominal constante.

Os motores trifásicos com rotor bobinado, quando ligados numa rede de energia elétrica cuja frequência é diferente da frequência nominal, apresentam as seguintes particularidades:

· Motor de 50Hz ligado em 60Hz:

· a potência mecânica não varia;

· a corrente de carga não varia;

· a corrente de partida diminui em 17%;

· a velocidade nominal aumenta em 20%, isto é, na mesma proporção do aumento da frequência;

· a relação entre o conjugado máximo e o conjugado nominal diminui em 17%;

· a relação entre o conjugado de partida e o conjugado nominal diminui em 17%.

· Motor de 60Hz ligado em 50Hz:

* a potência aumenta em 20% para motores de 4, 6 e 8 polos;

* a corrente de carga não varia;

* a velocidade nominal diminui na mesma proporção da redução da frequência;

* a relação entre o conjugado máximo e o conjugado nominal aumenta;

* a relação entre o conjugado de partida e o conjugado nominal aumenta.

6.3.2.5.5 Fator de serviço

É um número que pode ser multiplicado pela potência nominal do motor, a fim de se obter a carga permissível que o mesmo pode acionar, em regime contínuo, dentro de condições estabelecidas por norma.

O fator de serviço não está ligado à capacidade de sobrecarga própria dos motores, valor geralmente situado entre 140 e 160% da carga nominal durante períodos curtos. Na realidade, o fator de serviço representa uma potência adicional contínua.

6.3.2.5.6 Perdas ôhmicas

O motor absorve do circuito de alimentação uma determinada potência que deverá ser transmitida ao eixo para o acionamento da carga. Porém, devido a perdas internas em forma de calor gerado pelo aquecimento das bobinas dos enrolamentos e outras, a potência mecânica de saída do eixo é sempre menor do que a potência de alimentação. Desse fenômeno nasce o conceito de rendimento, cujo valor é sempre menor que a unidade.

As perdas verificadas num motor elétrico são:

Ÿ perdas joule nas bobinas estatóricas: perdas no cobre (Pcu);

Ÿ perdas joule nas bobinas rotóricas: perdas no cobre (Pcu);

Ÿ perdas magnéticas estatóricas: perdas no ferro (Pfe);

Ÿ perdas magnéticas rotóricas: perdas no ferro (Pfe);

Ÿ perdas por ventilação: (Pv);

Ÿ perdas por atrito dos mancais: perdas mecânicas (Pm).

A 94 ilustra o balanço das potências e perdas elétricas envolvidas num motor elétrico.

Todo o calor formado no interior do motor deve ser dissipado para o meio exterior através da superfície externa da carcaça, auxiliada, para determinados tipos de motores, por ventiladores acoplados ao eixo.

Não se deve julgar o aquecimento interno do motor simplesmente medindo-se a temperatura da carcaça, pois isso pode fornecer resultados falsos.

Os motores trifásicos ligados a fontes trifásicas desequilibradas sofrem o efeito do componente de sequencia negativa em forma de aquecimento, provocando o aumento das perdas, principalmente as perdas no cobre e reduzindo, assim, a potência de saída disponível.

Portanto, deve-se procurar manter a tensão entre fases de alimentação dos motores elétricos o mais equilibrada possível.

6.3.3 Iluminação

6.3.3.1 Introdução

Até o momento, foi possível notar que as unidades volt, ampere e watt têm um grande significado para a compreensão de vários problemas referentes à utilização da eletricidade. Encontramos, igualmente na iluminação, grandezas que correspondem a uma característica especial da luz e das superfícies iluminadas. Trataremos, neste momento, das grandezas luminotécnicas indispensáveis para atingir os objetivos deste estudo: fluxo luminoso, rendimento luminoso e iluminamento.

6.3.3.2 Fluxo luminoso

As fontes luminosas elétricas absorvem potência elétrica e fornecem potência luminosa.

A potência luminosa irradiada em todas as direções por uma fonte luminosa se denomina fluxo luminoso (Ø). O fluxo luminoso é medido em lumens (lm).

Exemplos:

- uma lâmpada a vapor de mercúrio de 250 watts produz 12500 lumens;

- uma lâmpada a vapor de sódio de 250 watts produz 26000 lumens;

- uma lâmpada incandescente de 100 watts produz 1380 lumens.

6.3.3.3 Rendimento luminoso (h) ou eficiência luminosa

Na fonte luminosa, somente uma parte da potência elétrica se transforma em potência luminosa produzindo também calor.

A relação entre o fluxo luminoso irradiado e a potência elétrica consumida se chama rendimento luminoso.

O rendimento luminoso de uma fonte luminosa indica quantos lumens se produzem na lâmpada por cada watt de potência elétrica consumida na mesma (unidade = lm/W) dando, portanto, uma medida da economia de consumo de energia elétrica de uma fonte luminosa.

O rendimento luminoso depende do tipo e da potência da lâmpada.

TABELA 23 Rendimento luminoso.

LÂMPADA

CONSUMO DE

POTÊNCIA (W)

FLUXO

LUMINOSO

RENDIMENTO

LUMINOSO

Incandescente

100W - 220V

100

1380

13,8

Fluorescente

65W

78

3800

49

Vapor de mercúrio

80W/220V

89

3100

35

Vapor de sódio

60W/220V

81

5000

62

6.3.3.4 Iluminamento ou iluminância

Uma superfície iluminada vê-se clara se o fluxo luminoso incidente é grande e a superfície iluminada é pequena.

O iluminamento (E) é a relação entre o fluxo luminoso e a superfície iluminada. Sua unidade é o lux.

Em que:

E = iluminamento (lux);

Ø = fluxo luminoso (lumens);

A = superfície iluminada.

A intensidade de iluminação se mede com o medidor de iluminação (luxímetro). Nas iluminações de interiores, se distingue entre iluminação geral e iluminação do plano de trabalho.

Os exemplos abaixo dão uma ideia de ordem de grandeza.

Ÿ luz das estrelas: 0,002 lux;

Ÿ luar: 0,2 lux;

Ÿ iluminação nas ruas: 6 a 12 lux;

Ÿ luz do dia em interiores: 500 a 2000 lux;

Ÿ luz do dia em exteriores: 1000 a 10000 lux;

Ÿ luz do sol direta: 50000 a 100000 lux.

6.3.3.5 Refletância

A NBR 5413, por meio de duas tabelas, possibilita a determinação de valores de iluminância segundo o tipo de atividade desenvolvida no ambiente, com base em três variáveis: acuidade visual do observador, velocidade e precisão requerida no trabalho e condições de refletância da tarefa.

A Tabela 24 traz valores de iluminância (mínimo, médio e máximo) para três faixas de atividades A, B e C, cada uma subdividida em três níveis.

A Tabela 25, complementa a aplicação da Tabela 24, permitindo ao projetista o cálculo ponderado das variáveis que determinam a escolha da iluminância mínima, média ou máxima para cada caso. Para sua aplicação, primeiro atribui-se um peso (-1, 0 ou +1) a cada uma das três características que aparece na Tabela 25 relativa ao tipo de observador (idade), à tarefa visual (velocidade e precisão exigida) e à refletância do fundo da tarefa. Feito isso, somando-se algebricamente os três valores encontrados, obtêm-se o resultado: quando ele for -2 ou -3 pode-se usar a iluminância mais baixa do grupo; quando for +2 ou +3, usa-se a iluminância superior; nos demais casos, utiliza-se o valor médio.

Tabela 24 Iluminâncias para cada grupo de tarefas visuais.

FAIXA

ILUMINÂNCIA

LUX

TIPO DE ATIVIDADE

A

Iluminação geral para áreas

usadas ininterruptamente ou

com tarefas visuais

simples

20

30

50

Áreas públicas com arredores

escuros

50

75

100

Orientação simples para

permanência curta

100

150

200

Recintos não utilizados para

trabalho contínuo, depósitos

B

Iluminação geral para áreas

de trabalho

200

300

500

Tarefas com requisitos visuais

limitados, trabalho bruto de

maquinaria, auditórios

500

750

1000

Tarefas com requisitos visuais

normais, trabalho médio de

maquinaria, escritório

1000

1500

2000

Tarefas com requisitos especiais,

gravação manual, inspeção,

indústria de roupas

C

Iluminação adicional para

tarefas visuais difíceis

2000

3000

5000

Tarefas visuais exatas e

prolongadas, eletrônica de

pequeno tamanho

5000

7500

10000

Tarefas visuais muito exatas,

montagem de microeletrônica

10000

15000

20000

Tarefas visuais muito especiais, cirurgia.

Tabela 25 Fatores determinantes da iluminação adequada.

Característica da

Tarefa e do

Observador

PESO

-1

0

+1

Idade em anos

< 40

40 a 65

> 65

Velocidade e

precisão

Sem importância

Importante

Crítica

Refletância do

fundo da tarefa

> 70%

30% a 70%

< 30%

A NBR 5413 apresenta ainda valores de iluminâncias mínimas em lux, para diversos tipos de atividades.

6.3.3.6 Método dos lumens ou dos rendimentos

O método é baseado na expressão conhecida:

E = F

S

Em que:

E = iluminamento desejado (lux);

F = fluxo luminoso total (lumens);

S = área a iluminar (m2).

Para uma relativa precisão no cálculo de iluminação, muitos fatores devem ser observados na fórmula teórica:

* tipo de iluminação, isto é, incandescente, fluorescente ou outras e, além disso, se direta, indireta, etc.;

* reflexões das paredes e do teto;

* depreciação do fluxo luminoso com o tempo;

* dimensões relativas entre comprimento, largura e altura do ambiente;

* períodos de limpeza do ambiente e dos aparelhos de iluminação.

6.3.3.6.1 Coeficiente de utilização ou índice de forma

Para correção da forma teórica, define-se o coeficiente de utilização como uma função dos parâmetros notáveis, como:

hu = f (dimensões, reflexões, depreciação do fluxo com o tempo).

As dimensões do local e sua relação com a altura do plano de trabalho (0,75m do piso) podem ser definidas por parâmetro próprio do local, denominado índice do local ou índice de forma.

As reflexões do teto e das paredes também podem ser definidas, conhecendo o tipo de pintura ou o material de revestimento, posição, tipo e número de janelas, portas, etc.

Logo: hu = f (k, parâmetros conhecidos)

Sendo: k - índice do local, que é função das dimensões.

As expressões utilizadas para a estimativa do índice do local são, para qualquer tipo de luminária:

.

Em que:

c = comprimento do ambiente (maior dimensão);

l = largura do ambiente (menor dimensão);

h = distância, na vertical, das luminárias ao plano de trabalho.

6.3.3.6.1.1 Expressão geral (tabelas)

De maneira geral, pode-se dizer que o fluxo é fornecido por:

sendo “d” a depreciação.

A depreciação d, devido à limpeza do ambiente, pode ser estimada de acordo com o tempo de manutenção, segundo a Tabela 26.

Tabela 26 Fator de depreciação “d”.

Período de manutenção em horas

Tipo de ambiente

2500

5000

7500

Limpo

1,05

1,10

1,15

Normal

1,10

1,20

1,25

Sujo

1,25

1,50

1,75

6.3.3.6.2 Tabelas para determinação do coeficiente de utilização

A pedido, os fabricantes fornecem o fator de utilização de suas luminárias. Como exemplo, na Tabela 27 está o fator de utilização da luminária Philips TBS 912 com duas lâmpadas fluorescentes de 32W.

Tabela 27 Fator de utilização.

K

80

70

50

30

0

50

50

50

50

50

30

30

10

30

10

0

30

10

30

20

10

10

10

10

10

10

0

0,60

0,34

0,32

0,34

0,33

0,32

0,28

0,27

0,25

0,27

0,25

0,23

0,80

0,41

0,39

0,41

0,40

0,38

0,34

0,34

0,31

0,33

0,31

0,30

1,00

0,45

0,42

0,45

0,43

0,42

0,38

0,38

0,35

0,37

0,35

0,34

1,25

0,50

0,46

0,49

0,48

0,46

0,43

0,42

0,40

0,41

0,39

0,42

1,50

0,54

0,49

0,52

0,51

0,49

0,46

0,45

0,42

0,44

0,43

0,42

2,00

0,59

0,51

0,58

0,55

0,53

0,50

0,49

0,48

0,49

0,47

0,46

2,50

0,63

0,55

0,61

0,58

0,55

0,53

0,53

0,51

0,51

0,50

0,49

3,00

0,65

0,57

0,63

0,60

0,56

0,55

0,54

0,52

0,53

0,52

0,50

4,00

0,68

0,59

0,66

0,62

0,58

0,57

0,56

0,55

0,55

0,54

0,52

5,00

0,69

0,60

0,67

0,63

0,59

0,58

0,57

0,56

0,56

0,55

0,53

Nas Tabelas do fator de utilização, os números 751, 731, 711, etc. representam os índices de reflexão de tetos, paredes e pisos, nessa ordem. Assim 751, por exemplo, seria na realidade 70% de reflexão do teto, 50% de reflexão de paredes e 10% de reflexão do piso.

6.3.3.6.3 Exemplo de aplicação

Deseja-se iluminar um escritório de 20 metros de comprimento por 10 metros de largura e 3,2 metros de pé direito.

Sabe-se que o teto é branco e as paredes, na maior parte, brancas, com vidros a meia altura em uma delas, com piso de madeira clara.

A altura do plano de trabalho é de 0,80m.

Deve-se utilizar lâmpadas fluorescentes, luminária Philips TBS 912, duas lâmpadas de 32W por luminária, com os fatores de utilização apresentados na Tabela 27.

O ambiente é normal, com manutenção a cada 2500 horas (aproximadamente um ano).

Solução: adota-se o iluminamento do local em 500 lux.

O índice do local será:

Pela Tabela 26, a depreciação para 2500 horas e ambiente normal será:

d = 1,10

Pela Tabela 27, considerando teto 70%, parede 30% e piso 10%, obtém-se:

hu = 0,53

Logo, o fluxo total será:

Luminárias fluorescentes com 2 lâmpadas de 32W ð 2 x 2700lm/lâmpada = 5400lm/luminária.

ð Quantidade de luminárias = 207547/5400 = 38 luminárias.

6.3.3.6.4 Critério de espaçamento mínimo

Para que a área a ser iluminada tenha distribuição uniforme do fluxo total calculado, é preciso respeitar uma distância máxima entre luminárias fornecida pela expressão:

eL ≤ 1,5h

Sendo:

› eL - distância entre luminárias;

› h - altura da luminária ao plano de trabalho.

A distância máxima entre luminárias e paredes será:

eLP ≤ 0,75h

Sendo eLP a distância entre as luminárias e as paredes.

eL = 3,6m

eLP = 1,8m

A planta seguinte, 95, mostra a posição das luminárias.

Nesta unidade conhecemos os transformadores e os principais tipos de motores de aplicação em uma planta industrial. As noções de luminotécnica foram necessárias para o correto dimensionamento da quantidade de lâmpadas utilizadas em um ambiente interno.

6.5 Exercícios

1) Um transformador com núcleo de ferro funcionando numa linha de 120V possui 500 espiras no primário e 100 espiras no secundário. Calcule a tensão no secundário.

2) Um transformador para campainha com 240 espiras no primário e 30 espiras no secundário retira 0,3A de uma linha de 120V. Calcule a corrente no secundário.

3) Calcular a saída em kW de um transformador de 5kVA 2400/120V que alimenta a carga nominal com os seguintes fatores de potência:

a) 100%;

b) 80%;

c) 40%.

4) Um transformador monofásico tem 800 espiras primárias e 60 espiras secundárias. Se a porção secundária for conectada a uma resistência de carga de 15Ω, determine o valor da tensão primária necessária para produzir uma potência de 22,5W na carga (presuma que o transformador é livre de perdas).

5) Um transformador monofásico de 10kVA e 7200/120V tem uma resistência no enrolamento do primário de 12Ω e no enrolamento do secundário de 0,0033Ω. Calcule a perda no cobre:

a) com carga máxima;

b) com meia carga (5kVA);

c) com uma carga de 2kVA.

6) Um teste de curto-circuito para avaliação das perdas no cobre com carga máxima dá uma leitura de 175W no wattímetro. O transformador submetido ao teste é um transformador abaixador de 240/24V que tem uma especificação para a corrente do secundário com carga máxima de 60A. Se a resistência do primário for de 0,7Ω, qual a resistência do secundário?

7) A tensão da linha do secundário de um transformador D-D é de 405V e a corrente da linha do secundário é de 35A. Se o transformador tiver uma relação de espiras de 5:1, calcular:

a) a tensão de linha do primário;

b) a corrente de fase ou do enrolamento do secundário;

c) a corrente de linha do primário;

d) a corrente de fase ou do enrolamento do primário.

8) Um sistema trifásico fornece 34,2A a uma tensão de linha de 208V para uma carga equilibrada com 89% de fator de potência. Calcule a especificação do transformador em kVA.

9) Um motor trifásico de 6HP ligado em D funciona com um fator de potência de 0,85 com uma eficiência de 80%. Se a tensão da linha for de 220V, qual a corrente de linha?

10) Qual a corrente nominal secundária de um transformador trifásico com potência nominal de 112,5kVA trabalhando na tensão de 220V?

11) Calcular a potência nominal de um motor que será acoplado a uma bomba centrífuga com rendimento de 70% e vazão de 1 m3/s. A altura manométrica e as perdas nas tubulações é de 10m e destina-se à captação de água potável.

12) Determinar a potência nominal de um motor de um elevador com capacidade para 05 pessoas (~350kg) e velocidade nominal de elevação de 1,0m/s.

13) Um motor elétrico está acoplado a um compressor de ar comprimido através de um redutor de velocidade na relação de 1:2, ou seja a velocidade do compressor é de 875rpm e a do motor 1750rpm. Qual a potência necessária do motor para acionar o compressor, sabendo-se que seu conjugado nominal é de 20 N.m?

14) Sabe-se que um motor de 40cv e 4 polos está trabalhando em sua potência nominal na tensão de 380V. Qual é a corrente solicitada da rede de alimentação se nessas condições o fator de potência é de 85% e o rendimento de 91%?

15) Dimensionar a quantidade de luminárias fluorescentes 2x32W em uma sala de aula com largura de 8m, comprimento de 10m e pé direito de 4m. Considerar as mesmas condições do exemplo e iluminamento do local de 300 lux.

6.5.1 Respostas dos exercícios

1) V2 = 24V.

2) I2 = 2,4A.

3) a) P1 = 5 kW;

b) P2 = 4 kW;

c) P3 = 2 kW.

4) Up = 244,9V.

5) a) PCU = 46,07W;

b) PCU = 11,51W;

c) PCU = 1,85W.

6) RS = 0,042Ω.

7) a) U1 = 2025V;

b) IF = 20,21A;

c) I1 = 7A;

d) IF = 4,05A.

8) S = 12,32kVA.

9) IL = 17,3A.

10) IL = 295,2A.

11) Pm = 140kW ou 200cv.

12) Pm = 4,9kW ou 7,5cv.

13) Pm = 1,93kW ou 3cv.

14) Inm = 57,83A.

15) 12 luminárias.

6.6 Estudos complementares

6.6.1 Saiba mais

Como complemento do estudo de transformadores de energia, recomenda-se estudar o capítulo 16 do livro:

GUSSOW, Milton. Eletricidade Básica. São Paulo: Makron Books do Brasil, 1997.

Sobre motores elétricos, recomenda-se estudar o capítulo 6 do livro:

MAMEDE FILHO, João. Instalações Elétricas Industriais. Rio de Janeiro: LTC Editora, 2007.

Sobre luminotécnica:

GUERRINI, Délio Pereira. Iluminação: Teoria e Projeto. São Paulo: Érica, 2007.

6.6.2 Outras sugestões de fontes de informação (links, revistas, filmes, etc.)

<http://pt.wikipedia.org/wiki/transformador>

<http://pt.wikipedia.org/wiki/motor_elétrico>

<http://pt.wikipedia.org/wiki/luminotecnica>

<http://pt.wikipedia.org/wiki/lampada_fluorescente>

Glossário

Alta-tensão alternada: valor nominal maior que 69kV.

Aterramento: ligação intencional com a terra, realizada por um condutor ou por um conjunto de condutores enterrados no solo, que constituem o eletrodo de aterramento. Este pode ser constituído por uma simples haste vertical ou por um conjunto de hastes interligadas.

Baixa tensão alternada: valor nominal maior que 50V e menor ou igual a 1000V.

Capacidade de condução de corrente de um condutor: é a corrente máxima que pode ser por ele conduzida continuamente, em condições especificadas, sem que sua temperatura em regime permanente ultrapasse um valor predeterminado.

Capacidade de interrupção: um valor de corrente de interrupção que o dispositivo é capaz de interromper, sob uma tensão dada e em condições prescritas de emprego e funcionamento, dadas em normas individuais. A “capacidade de interrupção” era antigamente chamada de “capacidade de ruptura”, termo que não deve mais ser usado. O valor da “capacidade de interrupção” é de particular importância na indicação das características de disjuntores que são, por definição, dispositivos capazes de interromper correntes de curto-circuito, o que os demais dispositivos de manobra não fazem.

Choque elétrico: é o efeito patofisiológico resultante da passagem de uma corrente elétrica, a chamada corrente de choque, através do corpo de uma pessoa ou de um animal. Eletrocussão é o choque elétrico fatal.

Circuito elétrico de uma instalação: conjunto de componentes da instalação alimentados a partir da mesma origem e protegidos contra sobrecorrentes pelos mesmos dispositivos de proteção. Os condutores podem eventualmente não possuir a mesma seção nominal ao longo do circuito, desde que os dispositivos de proteção sejam selecionados para proteger os condutores de menor seção.

Comando: é uma ação humana ou de dispositivo automático que modifica o estado ou a condição de determinado equipamento.

Contator: dispositivo de manobra (mecânico) de operação não manual, que tem uma única posição de repouso e é capaz de estabelecer (ligar), conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, inclusive sobrecargas de funcionamento previstas.

Corrente alternada: é aquela em que a direção da corrente varia ciclicamente, ou seja, a que utilizamos nas instalações elétricas em frequência de 60Hz.

Corrente contínua: é aquela em que a direção da corrente permanece constante, como no caso das baterias de carro, pilhas, etc.

Corrente de curto-circuito: sobrecorrente que resulta de uma falha, de impedância insignificante entre condutores energizados que apresentam uma diferença de potencial em funcionamento normal.

Corrente de fuga: é a corrente de condução que, devido à imperfeição na isolação, percorre um caminho diferente do previsto. Em uma instalação é a corrente que flui para a terra ou para elementos condutivos estranhos à instalação.

Corrente de partida: valor eficaz da corrente absorvida pelo motor elétrico durante a partida, determinado por meio das características corrente-velocidade.

Corrente de projeto: é a corrente prevista para ser transportada pelo circuito durante seu funcionamento normal.

Corrente nominal: corrente cujo valor é especificado pelo fabricante do dispositivo. Essa corrente é obtida quando da realização dos ensaios normalizados.

Curto-circuito: é uma ligação intencional ou acidental entre dois ou mais pontos de um circuito através de uma impedância desprezível. Logo, um curto-circuito acidental é uma falta direta.

Disjuntor: dispositivo de manobra (mecânico) e de proteção, capaz de estabelecer (ligar), conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir por tempo especificado e interromper correntes em condições anormais especificadas do circuito, tais como as de curto-circuito.

Dispositivo elétrico: é ligado a um circuito com o objetivo de desempenhar uma ou mais das seguintes funções: manobra, comando, proteção ou seccionamento.

Falta elétrica: é o contato ou arco acidental entre partes energizadas sob potenciais diferentes, entre partes energizadas e a massa, num circuito ou equipamento elétrico energizado. As faltas são causadas por falhas de isolamento entre as partes, podendo a impedância entre elas ser considerável ou desprezível (falta direta).

Fusível encapsulado: fusível cujo elemento fusível é completamente encerrado num invólucro fechado, o qual é capaz de impedir a formação de arco externo e a emissão de gases, chama ou partículas metálicas para o exterior quando da fusão do elemento fusível, dentro dos limites de sua característica nominal.

Instalações elétricas: conjunto de componentes elétricos, associados e com características coordenadas entre si, constituído para utilização de energia elétrica.

Interruptor: chave seca de baixa tensão, de construção e características elétricas adequadas à manobra de circuitos de iluminação em instalações prediais, de aparelhos eletrodomésticos e luminárias, e aplicações equivalentes.

Isolação: é o material isolante utilizado para impedir a circulação de corrente entre partes condutoras (uma isolação de PVC de um cabo de energia ).

Isolamento: é o conjunto das propriedades adquiridas por um corpo condutor, decorrentes de sua isolação (isolamento para 0,6/1kV, ou seja, tensão máxima admitida entre fase e neutro de 600V e entre fases de 1000V).

Manobra: é a mudança na conção elétrica de um circuito realizada manual ou automaticamente por dispositivo adequado e destinado a essa finalidade.

Massa: (ou parte condutiva exposta) parte condutiva que pode ser tocada e que normalmente não está energizada, mas pode tornar-se em condições de falta, isto é, de falha de isolamento. Um invólucro metálico de um equipamento elétrico é o exemplo típico de massa.

Média tensão: valor nominal maior que 1000V e menor ou igual a 69kV.

Proteção: é a ação automática provocada por dispositivos sensíveis a determinadas condições anormais que ocorrem num circuito no sentido de evitar danos a pessoas e animais e/ou a um sistema ou equipamento elétrico.

Quadros de distribuição: destinam-se a receber energia de uma ou mais alimentações e distribuí-la a um ou mais circuitos, podendo também desempenhar funções de proteção, seccionamento, comando e/ou medição. Trata-se de um conceito amplo que abrange quadros de luz, painéis de força, centros de medição e CCMs (Centros de Comandos de Motores), entre outros equipamentos.

Relé (elétrico): dispositivo eletromagnético destinado a produzir modificações súbitas e predeterminadas em um ou mais circuitos elétricos de saída, quando certas condições são satisfeitas no circuito de entrada que controlam o dispositivo. O relé não interrompe o circuito principal, mas sim faz atuar o dispositivo de manobra desse circuito principal.

Resistência de contato: resistência elétrica entre duas superfícies de contato, unidas em condições especificadas. Esse valor é de particular interesse entre peças de contato, onde se destaca o uso de metais de baixa resistência de contato, que são normalmente produzidos por metais de baixo índice de oxidação, ou senão ainda, quando duas peças condutoras são colocadas em contato físico, passando a corrente elétrica de uma superfície a outra. É, por exemplo, o que acontece entre o encaixe de fusíveis na base e a peça externa de contato do fusível, que não pode ser fabricada com materiais que possam apresentar elevada resistência de contato.

Seccionador: dispositivo de manobra (mecânico) que assegura, na posição aberta, uma distância de isolamento que satisfaz requisitos de segurança especificados. Um seccionador deve ser capaz de fechar ou abrir um circuito, ou quando a corrente estabelecida ou interrompida é desprezível, ou quando não se verifica uma variação significativa na tensão entre terminais de cada um dos seus polos. Um seccionador deve ser capaz também de conduzir correntes em condições normais de circuito, e também de conduzir, por tempo especificado, as correntes em condições anormais do circuito, tais como as de curto-circuito.

Seccionamento: é a ação de desligar completamente um equipamento ou circuito de outros equipamentos ou circuitos, provendo afastamentos adequados entre as partes que garantam condições de segurança especificadas.

Sobrecarga: a parte da carga existente que excede a plena carga.

Sobrecorrente: é uma corrente cujo valor excede o valor nominal. É um termo que engloba a sobrecarga e o curto-circuito.

Referências

AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Resolução nº 456 de 29 de dezembro de 2000. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/cedoc/res2000456.pdf>. Acesso em: 14 dez. 2009.

______. Resolução nº 505, de 26 de novembro de 2001. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/cedoc/res2001505.pdf>. Acesso em: 14 dez. 2009.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5413: Iluminância de interiores. Rio de Janeiro, 1992.

______. NBR 5410: Instalações elétricas de baixa tensão. Rio de Janeiro, 2004.

______. NBR NM-280: Condutores de cabos isolados (IEC 60228, MOD). Rio de Janeiro, 2002.

CAPELLI, Alexandre. Energia Elétrica para Sistemas Automáticos da Produção. São Paulo: Érica, 2007.

CREDER, Hélio. Instalações Elétricas. 15. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007.

GUERRINI, Délio Pereira. Iluminação: Teoria e Projeto. São Paulo: Érica, 2007.

GUSSOW, Milton. Eletricidade Básica. São Paulo: Makron Books do Brasil, 1997.

MAMEDE FILHO, João. Instalações Elétricas Industriais. Rio de Janeiro: LTC Editora, 2007.

PIRELLI. Manual Pirelli de Instalações Elétricas. São Paulo: Pini, 2003.

SHIMBO, Ioshiaqui; ZANIN, Maria. Eletricidade aplicada à engenharia. São Carlos: EdUFSCar, 2008.

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