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Série Eletroeletrônica

Comandos elétricos

CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA – CNI

Robson Braga de Andrade Presidente DIRETORIA DE EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA

Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti Diretor de Educação e Tecnologia SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – SENAI Conselho Nacional

Robson Braga de Andrade Presidente SENAI – Departamento Nacional

Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti Diretor Geral Gustavo Leal Sales Filho Diretor de Operações Regina Maria de Fátima Torres Diretora Associada de Educação Profissional

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Comandos elétricos

©2013. SENAI Departamento Nacional ©2013. SENAI Departamento Regional de São Paulo A reprodução total ou parcial desta publicação por quaisquer meios, seja eletrônico, mecânico, fotocópia, de gravação ou outros, somente será permitida com prévia autorização, por escrito, do SENAI. Esta publicação foi elaborada pela equipe do Núcleo de Educação a Distância do SENAI-São Paulo, com a coordenação do SENAI Departamento Nacional, para ser utilizada por todos os Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distância. SENAI Departamento Nacional Unidade de Educação Profissional e Tecnológica – UNIEP SENAI Departamento Regional de São Paulo Gerência de Educação – Núcleo de Educação a Distância FICHA CATALOGRÁFICA Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Nacional. Comandos Elétricos / Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Nacional, Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Regional de São Paulo. Brasília: SENAI/DN, 2013. XXX p. il. (Série Eletroeletrônica). ISBN XXX-XX-XXXX-XXX-X 1. Infraestrutura, dispositivos de proteção e comando dos painéis de comando elétrico 2. Máquinas elétricas estáticas e rotativas 3. Sensores 4 Sistema de partida direta de motor trifásico de indução rotor gaiola 5. Sistema de reversão de motor trifásico de indução rotor gaiola 6. Sistema de partida estrela-triângulo de motor trifásico de indução rotor gaiola 7. Sistema de partida compensada de motor trifásico de indução rotor gaiola 8. Sistema de partida com comutação de velocidade de motor trifásico de indução rotor gaiola 9. Sistema de partida com aceleração rotórica de motor trifásico de indução rotor bobinado 10. Diagnóstico de falhas e defeitos 11. Manutenção preventiva. I. Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Regional de São Paulo II. Título III. Série CDU: 005.95

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Lista de figuras, quadros e tabelas Figura 1 - Estrutura curricular do curso Técnico em Eletroeletrônica..............................................................23 Figura 2 - Painel de comando........................................................................................................................................28 Figura 3 - Tipos de placas de montagem...................................................................................................................30 Figura 4 - Rebites e rebitadeira......................................................................................................................................36 Figura 5 - Identificação das medidas do rebite de repuxo..................................................................................36 Figura 6 - Procedimento para prender broca na furadeira – brocas para parafusos mais usados........38 Figura 7 - Ferramentas para furação e rosca.............................................................................................................38 Figura 8 - Tipos de canaletas..........................................................................................................................................40 Figura 9 - Ferramentas para trabalhos com trilhos e canaletas ........................................................................41 Figura 10 - Tipos de acabamentos das canaletas plásticas................................................................................41 Figura 11 - Esquadrejadeira elétrica manual............................................................................................................42 Figura 12 - Fecho de sobrepor tipo manopla .....................................................................................................43 Figura 13 - Fechos (miolos) de embutir e chaves para fechos...........................................................................44 Figura 14 - Condutor de aterramento para uso em painel com terminais conectados............................45 Figura 15 - Prensa-cabos diversos................................................................................................................................45 Figura 16 - Exemplos de serra-copos..........................................................................................................................46 Figura 17 - Simbologia de fusível.................................................................................................................................52 Figura 18 - Fusível tipo D.................................................................................................................................................53 Figura 19 - Partes que compõem o conjunto do fusível tipo D.........................................................................55 Figura 20 - Chave para os parafusos de ajuste tamanhos padrão DII e DIII..................................................55 Figura 21 - Conexões dos condutores linha (rede) e carga nos terminais da base de fusível tipo D...56 Figura 22 - Exemplos de Fusíveis de tipo NH...........................................................................................................57 Figura 23 - Punho para inserção e extração de fusível NH..................................................................................57 Figura 24 - Simbologia de disjuntor termomagnético.........................................................................................59 Figura 25 - Exemplos disjuntores termomagnéticos.............................................................................................60 Figura 26 - Instalação dos disjuntores termomagnéticos...................................................................................61 Figura 27 - Disjuntor Diferencial Residual.................................................................................................................62 Figura 28 - Exemplo de aplicação de Disjuntor DR tetrapolar...........................................................................63 Figura 29 - Detalhe do ajuste de corrente do relé térmico................................................................................64 Figura 30 - Simbologias de relé térmico....................................................................................................................65 Figura 31 - Exemplos de disjuntor-motor..................................................................................................................66 Figura 32 - Simbologia do disjuntor-motor..............................................................................................................66 Figura 33 - Instalação do disjuntor-motor em redes trifásica, bifásica e monofásica................................67 Figura 34 - Instalação do disjuntor-motor em redes de corrente contínua..................................................68 Figura 35 - Chave seccionadora trifásica e simbologia.........................................................................................72 Figura 36 - Identificação dos terminais dos contatos NA e NF de botões.....................................................75 Figura 37 - Disposição interna dos contatos de um botão de comando.......................................................75 Figura 38 - Botoeira com três botões de comando................................................................................................77 Figura 39 - Chave de fim de curso – dispositivo e mecanismo dos contatos...............................................78 Figura 40 - Modelos de contatores..............................................................................................................................81 Figura 41 - Composição interna de um contator....................................................................................................81

Figura 42 - Terminais de conexão A1 e A2 da bobina dos contatores............................................................82 Figura 43 - Terminais de conexão dos contatores de potência.........................................................................83 Figura 44 - Simbologia de um contator de potência.............................................................................................84 Figura 45 - Identificação dos terminais dos contatores auxiliares....................................................................85 Figura 46 - Simbologia de um contator auxiliar......................................................................................................85 Figura 47 - Blocos adicionais para contatores..........................................................................................................86 Figura 48 - Tipos de relés suas simbologias..............................................................................................................87 Figura 49 - Exemplo de relé de estado sólido..........................................................................................................88 Figura 50 - Instalação elétrica do relé de estado sólido.......................................................................................89 Figura 51 - Temporizador eletrônico com contatos comutadores..................................................................92 Figura 52 - Conector para aterramento com ponto de contato com trilho DIN 35....................................96 Figura 53 - Sistemas de fixação dos fios nos conectores.....................................................................................97 Figura 54 - Conexão correta do condutor no conector industrial....................................................................98 Figura 55 - Conector com fusível e fusível de vidro...............................................................................................99 Figura 56 - Tampa de conector para trilho DIN..................................................................................................... 100 Figura 57 - Modelos de postes.................................................................................................................................... 101 Figura 58 - Régua de bornes com conectores divididos por placas separadoras.................................... 101 Figura 59 - Pontes conectoras instaladas em régua de bornes...................................................................... 102 Figura 60 - Placas de identificação............................................................................................................................ 103 Figura 61 - Anilhas........................................................................................................................................................... 104 Figura 62 - Identificação tipo plaqueta plástica de encaixe com etiqueta impressa.............................. 105 Figura 63 - Identificação tipo plaqueta de encaixe............................................................................................. 106 Figura 64 - Carretel porta fita identificadora......................................................................................................... 106 Figura 65 - Suporte autocolante................................................................................................................................ 107 Figura 66 - Abraçadeira plástica................................................................................................................................. 108 Figura 67 - Abraçadeira espiral duto........................................................................................................................ 109 Figura 68 - Tipos de Terminais..................................................................................................................................... 110 Figura 69 - Alicate para decapagem de condutores........................................................................................... 110 Figura 70 - Procedimento de prensagem de terminais..................................................................................... 111 Figura 71 - Terminais de tipo ilhós tubular............................................................................................................. 111 Figura 72 - Procedimento de prensagem de terminais ilhós tubular........................................................... 112 Figura 73 - Formatos dos núcleos de transformadores..................................................................................... 117 Figura 74 - Transformador monofásico................................................................................................................... 118 Figura 75 - Transformador de monofásico com três fios e chave 110 V/220 V......................................... 119 Figura 76 - Chave HH instalada em transformador monofásico com primário com três fios.............. 119 Figura 77 - Ligação de transformador monofásico com primário com 4 fios........................................... 120 Figura 78 - Ligação de transformador monofásico com primário com 4 fios........................................... 120 Figura 79 - Instalação de chave HH em transformador monofásico com primário com 4................... 121 Figura 80 - Transformador trifásico........................................................................................................................... 123 Figura 81 - Ligação de transformador trifásico em Triângulo (∆) - Estrela (Y)........................................... 125 Figura 82 - Ligação de transformador trifásico em Estrela (Y) - Triângulo (∆)........................................... 126 Figura 83 - Tipos de motores elétricos.................................................................................................................... 129 Figura 84 - Motor monofásico em corte................................................................................................................. 130 Figura 85 - Fechamentos do motor monofásico.................................................................................................. 132

Figura 86 - Motor trifásico em corte......................................................................................................................... 133 Figura 87 - Fechamentos do motor trifásico de 6 pontas................................................................................. 134 Figura 88 - Fechamentos (∆∆) e (∆) do motor trifásico de 9 pontas............................................................. 135 Figura 89 - Fechamentos YY e Y do motor trifásico de 9 pontas.................................................................... 135 Figura 90 - Fechamentos do motor trifásico de 12 pontas.............................................................................. 136 Figura 91 - Fechamentos do motor Dahlander (torque constante).............................................................. 137 Figura 92 - Motor trifásico de anéis.......................................................................................................................... 139 Figura 93 - Fechamento de motor de rotor bobinado....................................................................................... 139 Figura 94 - Instalação de reostato de três polos em motor de anéis............................................................ 140 Figura 95 - Motor de Corrente Contínua de Ímã Permanente........................................................................ 143 Figura 96 - Ligação de Motor de Corrente Contínua de Ímã Permanente.................................................. 144 Figura 97 - Motor Corrente Contínua de Estator Bobinado............................................................................. 145 Figura 98 - Diagrama do Motor de Corrente Contínua...................................................................................... 145 Figura 99 - Motor CC de campo série....................................................................................................................... 146 Figura 100 - Motor CC de campo paralelo.............................................................................................................. 147 Figura 101 - Motor CC de campo composto em derivação............................................................................. 148 Figura 102 - Motor CC de campo independente................................................................................................. 148 Figura 103 - Motor CC de campo composto independente............................................................................ 149 Figura 104 - Simbologia do sensor de proximidade........................................................................................... 154 Figura 105 - Fixação de sensor em superfície móvel.......................................................................................... 155 Figura 106 - Instalação de sensor em suporte fixo por meio de porcas e arruelas................................. 155 Figura 107 - Diagrama de instalação de sensor NPN de três fios................................................................... 157 Figura 108 - Instalação de sensores indutivos...................................................................................................... 157 Figura 109 - Diagrama de instalação de sensor PNP de três fios................................................................... 158 Figura 110 - Diagrama de ligação NPN de sensor de quatro fios com 1 contato NA e 1 NF................ 158 Figura 111 - Esquema de ligação de sensor Namur............................................................................................ 159 Figura 112 - Funcionamento do Reed Switch: desacionado e acionado...................................................... 160 Figura 113 - Sensores magnéticos instalados em cilindro pneumático...................................................... 160 Figura 114 - Sensor indutivo ...................................................................................................................................... 161 Figura 115 - Sensor capacitivo.................................................................................................................................... 162 Figura 116 - Detecção de produto através da embalagem.............................................................................. 163 Figura 117 - Funcionamento do sensor óptico de barreira.............................................................................. 164 Figura 118 - Diagrama da instalação elétrica do sensor óptico de barreira............................................... 165 Figura 119 - Funcionamento do sensor óptico difuso....................................................................................... 166 Figura 120 - Diagrama da instalação elétrica do sensor óptico difuso........................................................ 166 Figura 121 - Funcionamento do sensor retro reflexivo...................................................................................... 167 Figura 122 - Funcionamento do sensor com fibra óptica................................................................................. 168 Figura 123 - Sensor identificador de cor e legenda das cores e terminais................................................. 169 Figura 124 - Diagrama elétrico de instalação do sensor identificador de cor........................................... 169 Figura 125 - Sensor termopar.................................................................................................................................... 170 Figura 126 - Instalação do termopar em controlador........................................................................................ 172 Figura 127 - Exemplo Termorresistência PT-100 ................................................................................................. 173 Figura 128 - PTC e símbolo........................................................................................................................................... 174 Figura 129 - Modulo de PTC proteção do motor elétrico contra sobretemperaturas............................ 175

Figura 130 - Exemplos de NTC e símbolo............................................................................................................... 175 Figura 131 - Sistema atual de bloqueio de placas............................................................................................... 176 Figura 132 - Sistema de bloqueio de placas após modificação...................................................................... 177 Figura 133 - Termovisor e Pirômetro infravermelho........................................................................................... 178 Figura 134 - Tacogerador de uso industrial............................................................................................................ 179 Figura 135 - Polaridade do tacogerador de acordo com sentido de giro................................................... 179 Figura 136 - Acoplamento flexível para interligar eixos do tacogerador com o motor......................... 180 Figura 137 - Encoder...................................................................................................................................................... 180 Figura 138 - Instalação física do encoder...............................................................................................................181 Figura 139 - Discos de Encoders: incremental e absoluto................................................................................. 181 Figura 140 - Extensômetro de lâmina...................................................................................................................... 183 Figura 141 - Extensômetros ligados em forma de ponte de Wheatstone.................................................. 183 Figura 142 - Fios de conexão em um modelo célula de carga........................................................................ 184 Figura 143 - Sensor de pressão piezoresistivo modelo Velki IT-TR-FL com conector DIN43650........ 185 Figura 144 - Ligações do sensor de pressão com saída de 0 a 10 V à entrada analógica 1 (AI-1) de um controlador programável.................................................................................................................... 185 Figura 145 - Pressostato e aplicação em compressor industrial.................................................................... 186 Figura 146 - Funcionamento de um pressostato industrial............................................................................. 187 Figura 147 - Sensor de medição de vazão por turbina...................................................................................... 188 Figura 148 - Instalação de sensor de medição de vazão por turbina........................................................... 189 Figura 149 - Componentes para instalação do sensor de nível tipo chave-boia..................................... 190 Figura 150 - Sensor de nível por ultrassom, com cápsula apontada para o líquido............................... 191 Figura 151 - Betoneira.................................................................................................................................................... 196 Figura 152 - Gráfico da corrente do motor da betoneira.................................................................................. 197 Figura 153 - Comparativo entre conjugados e corrente na partida direta................................................. 198 Figura 154 - Comando de sistema de partida direta.......................................................................................... 199 Figura 155 - Fechamentos e diagrama de entrada e saída das bobinas de motor de seis pontas.... 201 Figura 156 - Fechamentos e diagrama de entrada e saída das bobinas de motor de 12 pontas...... 202 Figura 157 - Diagramas de partida direta de um motor trifásico por comando elétrico (ligar).......... 204 Figura 158 - Diagramas de partida direta de um motor trifásico por comando elétrico (ligar).......... 205 Figura 159 - Diagramas partida direta de um motor trifásico por comando elétrico (desligar)......... 206 Figura 160 - Detalhes de um relé térmico............................................................................................................. 207 Figura 161 - Circuito elétrico para controle de nível de água com chave-boia e sinalizador sonoro............................................................................................................................. 209 Figura 162 - Funcionamento do contato da chave-boia em decorrência do nível da água................ 209 Figura 163 - Retífica plana a rebolo equipada com mesa magnética.......................................................... 222 Figura 164 - Rotor do tipo gaiola de esquilo de motor de indução.............................................................. 223 Figura 165 - Estator de um motor trifásico de indução..................................................................................... 223 Figura 166 - Ligação interna de estator de um motor trifásico com fechamento triângulo................ 224 Figura 167 - Fases do sistema trifásico e relação com o campo girante formado................................... 224 Figura 168 - Partida direta com reversão................................................................................................................ 226 Figura 169 - Diagramas de acionamento de comandos (sentido de giro)................................................. 229 Figura 170 - Diagramas de acionamento de comandos (sentido inverso de giro).................................. 231 Figura 171 - Contatores com intertravamento mecânico................................................................................. 232 Figura 172 - Circuito de comando da retificadora plana de rebolo.............................................................. 234

Figura 173 - Sistema de exaustão industrial.......................................................................................................... 244 Figura 174 - Correntes na partida direta e na partida estrela-triângulo..................................................... 245 Figura 175 - Comparativo entre corrente e conjugado na partida direta e na partida estrela-triângulo................................................................................................................................................................... 246 Figura 176 - Tensões de linha e de fase em um circuito com fechamento triângulo (∆)....................... 248 Figura 177 - Tensões de linha e de fase em um motor com fechamento em estrela (Y)....................... 249 Figura 178 - Correntes de linha e de fase em um motor com fechamento em estrela (Y)................... 250 Figura 179 - Correntes de linha e de fase em um motor com fechamento em triângulo (∆).............. 250 Figura 180 - Fechamentos em estrela (Y) e em triângulo ou delta (∆)........................................................ 251 Figura 181 - Funcionamento de um temporizador............................................................................................. 252 Figura 182 - Diagramas da partida estrela-triângulo......................................................................................... 254 Figura 183 - Sequência de funcionamento do comando de partida estrela............................................. 255 Figura 184 - Energização de Q2, Q1 (Y) e K6 temporizando............................................................................ 256 Figura 185 - Diagrama de potência (partida estrela).......................................................................................... 257 Figura 186 - Sequência de funcionamento do comando (partida triângulo)........................................... 258 Figura 187 - Diagrama de potência (partida triângulo)..................................................................................... 259 Figura 188 - Diagramas de partida estrela-triângulo......................................................................................... 260 Figura 189 - Supressor de ruídos............................................................................................................................... 262 Figura 190 - Compressor de ar a pistão com motor trifásico (à direita) acionado por chave compensadora (à esquerda)............................................................................................................................... 270 Figura 191 - Autotransformador (redutor) com tapes de tensão de 65% e 80%..................................... 271 Figura 192 - Comparativo entre correntes e conjugado com autotransformador para 80% da tensão nominal...................................................................................................................................................... 272 Figura 193 - Diagramas de circuito com chave compensadora..................................................................... 275 Figura 194 - Diagramas de sistema de partida com autotransformador.................................................... 279 Figura 195 - Exemplos de transformadores de corrente................................................................................... 280 Figura 196 - Símbolos do transformador de corrente e normas técnicas relacionadas........................ 281 Figura 197 - TC, amperímetro e ligação de TC com amperímetro................................................................. 281 Figura 198 - Transformador de potência (TP), voltímetro e ligação de TP com voltímetro................. 282 Figura 199 - Módulo de relé de proteção térmica e do sensor de temperatura PTC.............................. 283 Figura 200 - Funcionamento do módulo de relé de proteção térmica........................................................ 284 Figura 201 - Diagrama de potência e comando para partida de motor com autotransformador equipado com relé de proteção térmica por sensor PTC, TC e amperímetro de painel....... 286 Figura 202 - Torno convencional equipado com motor Dahlander............................................................. 296 Figura 203 - Motor Dahlander.................................................................................................................................... 297 Figura 204 - Formação de polos Norte (N) e Sul (S) magnéticos.................................................................... 297 Figura 205 - Formação de polos magnéticos ativos e consequentes........................................................... 298 Figura 206 - Fechamento do motor Dahlander para quatro polos - velocidade baixa.......................... 300 Figura 207 - Estator do motor Dahlander fechado com quatro polos - velocidade baixa.................... 301 Figura 208 - Fechamento do motor Dahlander para dois polos - velocidade alta.................................. 302 Figura 209 - Estator do motor Dahlander fechado com dois polos - velocidade alta............................ 303 Figura 210 - Diagrama de potência e comando de partida do motor Dahlander................................... 305 Figura 211 - Chave comutadora de velocidades em motor Dahlander....................................................... 307 Figura 212 - Diagrama elétrico de um torno convencional com comutação de velocidades por motor Dahlander........................................................................................................................................... 309

Figura 213 - Danos em contatos de contatores................................................................................................... 311 Figura 214 - Tacômetro digital.................................................................................................................................... 312 Figura 215 - Relé de falta de fase e seu diagrama de instalação.................................................................... 313 Figura 216 - Ponte rolante em ambiente industrial............................................................................................ 324 Figura 217 - Motor de rotor bobinado..................................................................................................................... 326 Figura 218 - Campos eletromagnéticos formados no interior do rotor em curto-circuito de um motor trifásico comum............................................................................................................................... 327 Figura 219 - Motor de rotor bobinado ligado a reostato.................................................................................. 328 Figura 220 - Diagrama de potência do sistema de partida com aceleração rotórica automática..... 329 Figura 221 - Diagrama auxiliar para comando do sistema de partida de aceleração rotórica automática..................................................................................................................................................... 331 Figura 222 - Estágio 1: velocidade muito baixa.................................................................................................... 332 Figura 223 - Estágio 2: velocidade baixa................................................................................................................. 333 Figura 224 - Estágio 3: velocidade média............................................................................................................... 334 Figura 225 - Estágio 4, final: velocidade nominal................................................................................................ 335 Figura 226 - Layout do setor de descarga de placas.......................................................................................... 345 Figura 227 - Inspeção visual do sistema em manutenção................................................................................ 349 Figura 228 - Variação aproximada da resistência de isolamento com a temperatura............................ 354 Figura 229 - Gráfico de tendências de corrente do motor M1....................................................................... 357 Figura 230 - Folha de medição do motor M1........................................................................................................ 360 Figura 231 - Simulação da tela de software para o registro de manutenção............................................. 362 Figura 232 - Simulação da tela de software para encerramento de Ordem de Serviço (OS)............... 363 Figura 233 - Disjuntor bloqueado para reenergização...................................................................................... 367 Figura 234 - Layout do setor de descarga de placas........................................................................................... 374 Figura 235 - Exemplo de centro de controle de motores (CCM).................................................................... 376 Figura 236 - Medição de corrente do motor com alicate-amperímetro..................................................... 377 Figura 237 - Medição termográfica com termovisor.......................................................................................... 377 Figura 238 - Botões de teste no disjuntor-motor e relé térmico.................................................................... 383 Quadro 1 - Especificação técnica de um painel de comando............................................................................33 Quadro 2 - Tipos de trilhos..............................................................................................................................................34 Quadro 3 - Valores padronizados de correntes e cores das espoletas dos fusíveis tipo D.........................................................................................................54 Quadro 4 - Símbolos e cores que indicam o acionamento dos disjuntores.................................................61 Quadro 5 - Chave seccionadora geral com aterramento temporário.............................................................73 Quadro 6 - Tipos de botões............................................................................................................................................76 Quadro 7 - Tipos de fins de curso.................................................................................................................................79 Quadro 8 - Sinalizadores sonoros.................................................................................................................................90 Quadro 9 - Sinalizadores luminosos............................................................................................................................91 Quadro 10 - Temporizadores..........................................................................................................................................93 Quadro 11 - Simbologia para conexões elétricas...................................................................................................95 Quadro 12 - Exemplos de fechamentos de transformador trifásico............................................................. 124 Quadro 13 - Padrão de cor para identificação de fios em sensor de tensão contínua.......................................................................................................... 156 Quadro 14 - Exemplos de termopar......................................................................................................................... 171 Quadro 15 - Diagrama de instalação de termorresistência PT-100............................................................... 173

Quadro 16 – Principais falhas nos componentes da potência e efeitos no circuito............................... 210 Quadro 18 – F alhas comuns nos componentes do comando e efeitos no circuito............................... 214 Quadro 19 – Principais procedimentos de teste nos componentes do circuito de comando.......................................................................................... 215 Quadro 20 - Principais falhas nos componentes de comando e potência em sistemas de partida direta de motores com reversão..................................... 236 Quadro 21 - Principais procedimentos de teste para diagnóstico de falha nos componentes de comando e potência em sistemas de partida direta de motores com reversão................................................................................. 238 Quadro 22 - Principais falhas nos componentes de comando e potência em sistemas de partida estrela-triângulo de motores........................................... 262 Quadro 23 - Principais procedimentos de teste para diagnóstico de falha nos componentes de comando e potência........................................ 264 Quadro 24 - Principais falhas nos componentes de comando em sistemas de partida estrela-triângulo de motores......................................... 287 Quadro 25 - Principais procedimentos de teste para diagnóstico de falha nos componentes de potência................................................................ 289 Quadro 26 - Relação entre número de polos e velocidade.............................................................................. 299 Quadro 27 - Diagrama de fechamento de chave de comutação polar....................................................... 308 Quadro 28 - Principais falhas nos dispositivos de comando e potência em circuitos com motor Dahlander.......................................................................... 314 Quadro 29 - Procedimentos de teste nos dispositivos de circuitos com motor Dahlander.................................................................................................. 316 Quadro 30 - Principais falhas nos dispositivos de comando e potência em circuitos de motor de aceleração rotórica....................................................... 337 Quadro 31 - Codificação de cor do Conector DIN............................................................................................... 186 Quadro 31 - Procedimentos de teste nos dispositivos de circuitos de motor de aceleração rotórica.............................................................................. 339 Quadro 32 - Levantamento de hipóteses sobre a falha no motor M1......................................................... 347 Quadro 33 - Verificação para comprovação das hipóteses.............................................................................. 348 Quadro 34 - Comprovação de hipóteses pela inspeção visual....................................................................... 349 Quadro 35 - Teste de continuidade........................................................................................................................... 351 Quadro 36 - Instrumento megômetro para teste de resistência de isolação............................................ 352 Quadro 37 - Medição de resistência de isolação do motor M1 a 40 °C........................................................ 355 Quadro 38 - Exemplo do plano de inspeção do sistema de descarga de placas..................................... 378 Quadro 39 - Resultado da rotina de inspeção...................................................................................................... 380 Quadro 40 - Plano de manutenção preventiva do processo de descarga de placas................................................................................................. 381 Quadro 41 - Plano de manutenção preditiva do motor M1 do setor de descarga de placas............................................................................. 385 Tabela 1 - Especificações das medidas de rebites..................................................................................................37 Tabela 2 - Tabela de seleção de prensa-cabos.........................................................................................................47 Tabela 3 - Medidas de serra-copo................................................................................................................................47 Tabela 4 - Faixas de corrente de cada tamanho de base NH de fusível..........................................................58 Tabela 5 - Exemplo de especificações de conectores...........................................................................................95 Tabela 6 – Exemplo de manual de motor para identificação das pontas................................................... 138 Tabela 7 – Comparação da partida do motor com a decolagem de um avião......................................... 198

Tabela 8 - Dados práticos de uma aplicação prática para análise................................................................. 247 Tabela 9 - Comparativo entre sistema de partida direta e sistema de partida estrela-triângulo.................................................................................................... 248

Série Eletroeletrônica

Comandos elétricos

Sumário Introdução............................................................................................................................................................................23 Infraestrutura de Painel de Comando Elétrico Industrial ....................................................................................27 2.1 Painéis de comando...................................................................................................................................................27 2.1.1 Caixa.............................................................................................................................................................................28 2.1.2 Porta e tampa............................................................................................................................................................29 2.1.3 Placa de montagem................................................................................................................................................29 2.2 Trilhos..............................................................................................................................................................................33 2.2.1 Tipos de trilhos..........................................................................................................................................................34 2.2.2 Fixação de trilhos.....................................................................................................................................................35 2.3 Canaletas........................................................................................................................................................................39 2.4 Acessórios......................................................................................................................................................................43 2.4.1 Fechos de painéis....................................................................................................................................................43 2.4.2 Cabo de aterramento elétrico.............................................................................................................................44 2.4.3 Prensa-cabos.............................................................................................................................................................45 3.1 Fusíveis............................................................................................................................................................................51 Dispositivos de Proteção Eletroeletrônicos Industriais........................................................................................51 3.1.1 Fusíveis Tipo D.........................................................................................................................................................53 3.1.2 Fusíveis Tipo NH......................................................................................................................................................56 3.2 Disjuntores.....................................................................................................................................................................59 3.2.1 Disjuntores termomagnéticos...........................................................................................................................59 3.2.2 Disjuntores Diferenciais Residuais (Disjuntores DR)...................................................................................62 3.3 Relés Térmicos..............................................................................................................................................................64 3.4 Disjuntor-motor...........................................................................................................................................................66

Dispositivos de ComandosEletroeletrônicos Industriais.....................................................................................71 4.1 Chaves Seccionadoras..............................................................................................................................................72 4.2 Botões e chaves fim de curso..................................................................................................................................74 4.2.1 Botões..........................................................................................................................................................................74 4.2.2 Chaves fim de curso................................................................................................................................................78 4.3 Contatores ....................................................................................................................................................................80 4.3.1 Contatores principais ou de potência..............................................................................................................80 4.3.2 Contatores auxiliares..............................................................................................................................................84 4.4 Relés.................................................................................................................................................................................86 4.5 Sinalizadores ................................................................................................................................................................89 4.5.1 Sinalizador Sonoro..................................................................................................................................................89 4.5.2 Sinalizador Luminoso.............................................................................................................................................90 4.6 Temporizadores...........................................................................................................................................................92 4.7 Conectores.....................................................................................................................................................................94 4.8 ACESSÓRIOS PARA RÉGUA DE BORNES............................................................................................................ 100 4.8.1 Tampa........................................................................................................................................................................ 100 4.8.2 Poste.......................................................................................................................................................................... 101 4.8.3 Placas separadoras............................................................................................................................................... 101 4.8.4 Ponte Conectora................................................................................................................................................... 102 4.8.5 Identificadores para conectores...................................................................................................................... 102 4.8.6 Identificadores para condutores..................................................................................................................... 104 4.8.8 Terminais elétricos................................................................................................................................................ 109 Máquinas Elétricas Estáticas........................................................................................................................................ 115 5.1.1 Núcleo....................................................................................................................................................................... 116 5.1.2 Bobinas..................................................................................................................................................................... 117 5.2 Tipos de transformadores..................................................................................................................................... 117

5.2.1 Transformadores monofásicos......................................................................................................................... 118 5.2.2 Transformadores trifásicos................................................................................................................................. 122 Máquinas Elétricas Rotativas....................................................................................................................................... 129 6.1 Motores elétricos de corrente alternada........................................................................................................ 130 6.1.1 Motor Elétrico Monofásico de fase auxiliar................................................................................................. 130 6.1.2 Motores Elétricos Trifásicos .............................................................................................................................. 132 6.2 Motores elétricos de corrente contínua........................................................................................................... 142 6.2.1 Motores de Ímã Permanente ........................................................................................................................... 142 6.2.2 Motores de Estator Bobinado ......................................................................................................................... 144 Sensores Industriais....................................................................................................................................................... 153 7.1 Sensores de proximidade...................................................................................................................................... 153 7.1.1 Instalação física ..................................................................................................................................................... 154 7.1.2 Instalação elétrica ................................................................................................................................................ 155 7.1.3 Sensores de proximidade magnéticos.......................................................................................................... 160 7.1.4 Sensores de proximidade indutivos............................................................................................................... 161 7.1.5 Sensor de proximidade capacitivo................................................................................................................ 162 7.1.6 Sensores de proximidade ópticos ................................................................................................................. 163 7.2 Sensores de temperatura...................................................................................................................................... 170 7.2.1 Sensor termopar.................................................................................................................................................. 170 7.2.2 Sensor Termorresistências PT-100.................................................................................................................. 172 7.2.3 Sensores termistores PTC e NTC...................................................................................................................... 174 7.2.4 Sensores por infravermelho.............................................................................................................................. 178 10.3 Sensores de velocidade e posição................................................................................................................... 178 10.3.1 Tacogerador.......................................................................................................................................................... 178 7.3.2 Encoder............................................................................................................................................... 180 7.4 Sensores de pressão .............................................................................................................................................. 182

7.4.1 Sensores de pressão célula de carga............................................................................................................ 182 7.4.2 Sensor de pressão piezoresistivo................................................................................................................... 184 7.4.3 Sensor Pressostato............................................................................................................................................... 186 7.5 Sensor de vazão........................................................................................................................................................ 187 7.6 Sensor de Nível ....................................................................................................................................................... 189 7.6.1 Sensor de nível por chave-boia....................................................................................................................... 189 7.6.2 Sensor de nível por ultrassom.......................................................................................................................... 190 Sistema de Partida Diretade Motores Elétricos.................................................................................................... 195 8.1 Finalidade do sistema de partida direta.......................................................................................................... 195 8.2 Funcionamento do sistema de partida direta............................................................................................... 200 8.3 Funcionamento dos componentes do sistema............................................................................................. 200 8.3.1 Componentes do circuito principal ou de potência................................................................................ 200 8.3.2 Componentes do circuito de comando........................................................................................................ 202 8.4. Manutenção no sistema de partida direta..................................................................................................... 210 Sistema de Partida Direta e Reversão de Motores Elétricos........................................................................... 221 9.1 Finalidade da partida direta com reversão..................................................................................................... 221 9.2 Características construtivas internas e princípio de funcionamento de motor trifásico de gaiola de esquilo........................................................................................................................................................................... 222 9.3 Funcionamento da partida direta com reversão.......................................................................................... 226 9.4 Manutenção do sistema de partida direta com reversão.......................................................................... 235 Sistema de Partida Estrela-Triângulo de Motores Elétricos....................................................................................................................................................... 243 10.1 Finalidade da partida estrela-triângulo......................................................................................................... 243 10.2 Funcionamento da partida estrela-triângulo.............................................................................................. 251 4.3 Manutenção do sistema de partida estrela-triângulo................................................................................ 262 Sistema de Partida de Motores Elétricos com Chave Compensadora ...................................................................................................................... 269

11.1 Finalidade da partida com chave compensadora...................................................................................... 270 11.2 Funcionamento da partida com chave compensadora........................................................................... 273 11.3 Manutenção do sistema de partida com autotransformador............................................................ 287 Sistema de Partida de Motores com Comutação de Velocidades............................................................................................................................... 295 12.1 Finalidade da partida com motor Dahlander.............................................................................................. 295 12.2 Características construtivas internas e princípio de funcionamento de motor trifásico Dahlander............................................................................................................................ 296 12.3 Funcionamento da partida com motor Dahlander................................................................................... 304 12.4 Manutenção do sistema de partida de motores Dahlander.................................................................. 310 Sistema de Partida de Motorescom Aceleração Rotórica ................................................................................ 323 13.1 Finalidade da partida do motor com aceleração rotórica....................................................................... 323 13.2 Características construtivas internas e princípio de funcionamento do motor de aceleração rotórica................................................................................................................................................................................ 324 13.3 Funcionamento da partida com o motor de aceleração rotórica........................................................ 329 13.4 Manutenção do sistema de partida de motores com aceleração rotórica....................................... 337 Diagnóstico de Falhas e Defeitos em Sistemas Elétricos Industriais............................................................ 343 14.1 Manutenção corretiva em sistemas elétricos industriais........................................................................ 344 14.2 Levantamento de hipóteses sobre a falha.................................................................................................... 347 14.3 Diagnóstico de falhas por software................................................................................................... 356 14.4 Comparação com outro equipamento.......................................................................................................... 358 14.5 Validação da manutenção corretiva................................................................................................................ 359 14.5.1 Validação da medição de grandezas envolvidas ................................................................................... 359 14.5.2 Rotina para testes de funcionamento do sistema.................................................................................. 361 14.5.3 Registro de informações de manutenção................................................................................................. 361 14.5.4 Rotina de encerramento da Ordem de Serviço (OS)............................................................................. 363

14.6 Aspectos relacionados ao meio ambiente, à saúde e à segurança do trabalho em serviços de manutenção industrial.................................................................................................................................................. 364 Manutenção Preventiva................................................................................................................................................ 373 15.1 Procedimentos para manutenção preventiva............................................................................................. 373 15.1.1 Inspeção elétrica................................................................................................................................................. 375 15.1.2 Registro de anomalias...................................................................................................................................... 379 15.2 Plano de manutenção preventiva.................................................................................................................... 381 15.2.1 Teste dos dispositivos de proteção (disjuntor-motor e relé térmico).............................................. 382 15.3 Planejamento da manutenção preditiva....................................................................................................... 384

Referências......................................................................................................................................................................... 389 Minicurrículo do autor................................................................................................................................................... 393 Índice................................................................................................................................................................................... 395

Introdução

1 Nesta unidade curricular de Comandos elétricos do curso Eletricista Industrial, abordaremos os conhecimentos necessários para o desenvolvimento das capacidades técnicas, sociais, organizativas e metodológicas relativas à instalação dos comandos e controles eletroeletrônicos das máquinas industriais. Esta unidade será desenvolvida em carga horária prevista de 120 horas. Observe o esquema ilustrado a seguir.

QUADRO DE ORGANIZAÇÃO CURRICULAR • Eletricista Geral

(80 h)

• Instalações Elétricas

(80 h)

• Comandos Elétricos

(120 h)

• Controladores Lógicos Programáveis

(60 h)

• Conversores e Inversores

(40 h)

Eletricista Industrial (380 h) Figura 1 - Estrutura curricular do curso Técnico em Eletroeletrônica Fonte: SENAI-SP (2013)

Esta unidade curricular fornecerá subsídios para o desenvolvimento das seguintes capacidades técnicas: a) Utilizar dispositivos de comandos, sinalização e interfaceamento; b) Testar a continuidade, a isolação e o funcionamento de componentes elétricos; c) Realizar manutenções preventiva e corretiva de sistemas de comandos elétricos;

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Comandos elétricos

d) Esboçar circuitos elétricos de comando; e) Implementar sistemas de comandos elétricos; f ) Reparar defeitos em comandos elétricos; g) Aplicar normas e procedimentos de segurança e saúde no trabalho e de proteção ao meio ambiente. Nesta unidade, serão abordadas capacidades sociais, organizativas e metodológicas de: a) Trabalhar em equipe; b) Prever conseqüências; c) Manter-se atualizado tecnicamente; d) Ter atenção a detalhes; e) Ser organizado Como eletricista industrial, você atuará na confeccção ou montagem e na instalação de elementos, como: a) painéis ou quadros de comandos eletroeletrônicos para motores e geradores; b) sistemas de partida convencionais e eletrônicos de motores elétricos; e Para contribuir com os seus estudos, este livro está dividido em 11 capítulos. Nos capítulos 2, 3 e 4 apresentaremos a infraestrutura e os dispositivos de proteção e comando dos painéis de comando, parte integrante de todo equipamento ou máquina eletroeletrônica industrial. Nos capítulos 5 e 6 veremos as máquinas elétricas estáticas e rotativas. A parte eletrônica, responsável pelo sensoriamento, controle e acionamento de motores elétricos, você vai conhecer nos capítulos de 7 a 13. Nos capítulos 14 e 15 veremos procedimentos para a realização da manutenção de sistemas de eletroeletrônicos industriais. Agora que você viu o que irá estudar neste livro, pode estar pensando no quanto esses temas são desafiadores. Mas fique tranquilo, pois com estudo e dedicação, ao fim desta unidade, você terá adquirido os conhecimentos necessários para desenvolver as capacidades técnicas para atuar como eletricista industrial. Vamos começar mais este desafio?

1 Introdução

Anotações:

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Infraestrutura de Painel de Comando Elétrico Industrial

2 Você, que está se qualificando como eletricista, já se imaginou montando o painel de uma máquina de produção industrial? Pois bem, antes de instalar os dispositivos eletroeletrônicos presentes em uma máquina é necessário montar a infraestrutura do painel de comando que os receberá. Esta é a etapa inicial do seu trabalho como eletricista. Por isso, neste capítulo você vai aprender a instalar os componentes básicos da infraestrutura dos painéis, e conhecer os procedimentos necessários para a instalação desses equipamentos, assim como as ferramentas elétricas e manuais envolvidas nessa atividade.

2.1 Painéis de comando Qualquer tipo de máquina industrial que você imaginar, por exemplo, de envasar (engarrafar) refrigerantes, de tecer, de fabricar móveis, possui um painel de comando. O painel de comando é um conjunto importante, porque contém os dispositivos eletroeletrônicos que controlam o funcionamento da máquina. Sua infraestrutura é composta de: a) caixa; b) trilhos; c) canaletas; d) acessórios.

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Comandos elétricos

1 EMI EMI (em inglês, eletromagnetic interference) é um campo elétrico capaz de alterar o funcionamento de um dispositivo eletrônico. Alguns equipamentos eletrônicos geram campos eletromagnéticos que podem ser prejudiciais ao funcionamento de outros circuitos.

caixa

trilho porta ou tampa

canaleta 2 Galvanização

acessório

É um processo eletroquímico (frio) aplicado a metais ferrosos no qual o metal recebe a deposição de uma camada superficial de material mais nobre, melhorando sua aparência e tornando-o mais resistente à corrosão.

3 Zincagem Zincagem ou galvanização a fogo (a quente) é um processo para proteção contra corrosão em que o metal ferroso é submerso em um forno que contém uma solução com zinco derretido.

Figura 2 - Painel de comando Fonte: SENAI-SP (2013)

Esses itens da infraestrutura dos painéis servem de suporte para os dispositivos da instalação elétrica, tais como: fusíveis, disjuntores, contatores (relé eletromagnético industrial), relés térmicos, disjuntores, motor, temporizadores, transformadores de comando, conectores, botões ou chaves de comando e sinalizadores luminosos. A seguir, veremos cada um desses itens básicos da infraestrutura mais detalhadamente.

2.1.1 Caixa As caixas são retangulares ou quadradas e possuem furos destinados à fixação da placa de montagem que será instalada em seu interior. Podem ser feitas de vários materiais. As mais comuns são: as metálicas (em aço, em alumínio ou em inox), as plásticas e as de fibra de vidro. A caixa contendo o comando elétrico de uma máquina também é conhecida por quadro de comando ou (para as de maior porte) armário elétrico.

2 Infraestrutura de painel de comando elétrico industrial

2.1.2 Porta e tampa As portas e as tampas servem para fechar a caixa ou painel de comando eletroeletrônico e, nos casos de operação pelo usuário, também servem para acomodar a instalação de botões, chaves, sinalização e Interface Homem-Máquina (IHM). Para evitar a entrada de poeira e outras impurezas, normalmente as portas e as tampas possuem vedação de borracha e são acopladas à caixa por meio de dobradiças ou parafusos. Alguns profissionais diferenciam essa parte da caixa chamando-a de “porta” quando ela possui dobradiça. Quando há qualquer outro sistema de fixação, chamam-na de tampa. As portas ou tampas, assim como as caixas, são pintadas em tons de cinza ou bege, atendendo a dois padrões internacionais de cores: o padrão RAL ou padrão MUNSELL. Exemplos de cores: Cinza RAL 7032 e MUNSELL N6.5.

SAIBA MAIS

O sistema de cores de Munsell foi criado nos Estados Unidos e leva em consideração três variáveis fundamentais para definição da cor: tonalidade, luminosidade e saturação. O sistema RAL foi criado na Alemanha, pela comissão Reichs Ausschussfür Lieferbedingungen, e resultou em uma coleção de 40 tons, denominada RAL 840. Para saber mais sobre esses padrões de cores, pesquise em sites de busca, digitando as palavras-chave: padrão MUNSELL, padrão RAL. Você encontrará diversas empresas que fornecem informações a respeito desses padrões.

2.1.3 Placa de montagem A placa de montagem, também conhecida por chassi, bandeja ou almofada, é o suporte para a instalação dos elementos de comando que veremos adiante. Ela possui quatro furos para fixação – um em cada extremidade – e é vista somente quando abrimos a porta do painel. No momento da montagem, o instalador solta os parafusos, ou as porcas, retira a placa de montagem e inicia a instalação dos componentes. As placas podem ser encontradas com dois padrões de acabamento: com pintura na cor alaranjada ou com tratamento metalizado, como você pode observar na figura a seguir.

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Placa de montagem alaranjada

Placa de montagem metalizada Figura 3 - Tipos de placas de montagem Fonte: SENAI-SP (2013)

Você pode estar se perguntando: qual é a diferença entre esses dois tipos de placas de montagem? A diferença está nas normas nas quais elas se enquadram, como veremos a seguir.

2 Infraestrutura de painel de comando elétrico industrial

Placa de montagem alaranjada As placas de montagem são pintadas na cor alaranjada para atender normas. Algumas delas são: a) Norma Regulamentadora 10 – NR 10 (2004, p. 6), segurança em instalações e serviços em eletricidade, no item 10.10.1 cita: “nas instalações e serviços em eletricidade deve ser adotada sinalização adequada de segurança, destinada à advertência e à identificação, obedecendo ao disposto na NR 26 – Sinalização de Segurança”. b) Norma Regulamentadora 26 – NR 26 (2011, p. 1), que trata da sinalização de segurança, no item 26.1.2 cita: “as cores utilizadas nos locais de trabalho para identificar os equipamentos de segurança, delimitar áreas [...] e advertir contra riscos, devem atender ao disposto nas normas técnicas oficiais”. c) Norma Brasileira NBR 7195 (1995), da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), que trata do estudo de cores na segurança do trabalho, menciona que a cor alaranjada é empregada para indicar perigo. No item 3.1.2 (p. 1-2) desta norma define-se que “a cor alaranjada deve ser empregada para identificar: a) partes móveis e perigosas de máquinas e equipamentos; b) faces e proteções internas de caixas de dispositivos elétricos que possam ser abertas”. No caso dos painéis, a placa de montagem se enquadra nessa última norma e, de acordo com o segundo item, há interpretação de que até as laterais internas do painel e parte interna da porta devem ser pintadas na cor alaranjada.

Placa de montagem metalizada As placas de montagem com acabamento metalizado são aquelas que possuem tratamentos do tipo galvanizado ou zincado. Os acabamentos metalizados são preferidos por possuir maior capacidade de dissipação térmica e por serem mais eficientes contra perturbações ou Interferências Eletromagnéticas (EMI1). O acabamento de tipo metalizado atende à normas internacionais, por isso é um padrão utilizado por empresas estrangeiras ou que produzem para exportação. Alguns fabricantes nacionais de máquinas e equipamentos eletroeletrônicos produzem máquinas contendo placa de montagem com acabamento metalizado, e as laterais internas do painel pintadas de alaranjado, visando atender tanto às normas nacionais quanto às internacionais. Agora que você já tem uma boa noção de painéis de comando elétrico, veja um exemplo de especificação para uma máquina industrial no qQuadro 1 - Especificação técnica de um painel de comando.

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Comandos elétricos

2 Infraestrutura de painel de comando elétrico industrial

Quadro 1 - Especificação técnica de um painel de comando Fabricante X – Painel modelo Médio Porte Código

Altura (A)

Largura (L)

Profundidade (P)

Peso (Kg)

EE468

800 mm

600 mm

400 mm

34,0

Demais características técnicas importantes a serem especificadas: Caixa - Monobloco em chapa de aço de 1,5 mm de espessura. Pintura eletrostática em pó poliéster cinza (RAL 7032). Placa de Montagem - Em chapa de aço de 2,25 mm de espessura. Pintura eletrostática em pó poliéster laranja (RAL 2000). Porta - Em chapa de aço de 1,5 mm de espessura. Pintura eletrostática em pó poliéster cinza (RAL 7032). Abertura à esquerda ou à direita de 130°. Perfis verticais perfurados. Fecho - Rápido com miolo universal. Normatização - IP 65 (NBR 6146, DIN 40050, IEC 529). Nota: O IP indica o grau de proteção que o produto possui contra entrada de água e poeira. Fonte: Dados obtidos em <www.taunus.com.br>.

Observe que, de acordo com o qQuadro 1 - Especificação técnica de um painel de comando, você deve considerar as dimensões, a espessura e o acabamento das chapas de aço, além do grau de proteção de acordo com o ambiente onde o painel será instalado e o tipo de fecho escolhido. Veremos adiante como definir essas características e as normas internacionais relacionadas. Apesar de existirem normas e padrões para as placas de montagem, algumas empresas ainda utilizam padrões antigos ou sistemas próprios de acabamento.

2.2 Trilhos Os trilhos usados em painéis de comandos elétricos servem para fixar e manter os dispositivos elétricos alinhados em uma mesma posição. Eles são fabricados em material metálico, principalmente aço bicromatizado ou galvanizado. Podem também ser encontrados em alumínio ou cobre. Normalmente, são fornecidos já perfurados para facilitar a instalação, mas também há a opção de não perfurados. Os fabricantes fornecem esses trilhos em barras de geralmente 2 m de comprimento. Existem alguns tipos e modelos. Vamos conhecer, agora, os principais.

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Comandos elétricos

4 Punção de bico É uma ferramenta pontiaguda feita de aço usada em conjunto com o martelo para marcar, na placa de montagens, o local que será furado.

2.2.1 Tipos de trilhos Você pode encontrar, basicamente, quatro padrões de trilho de fixação para a montagem de painéis: o padrão DIN 35 (que é o mais comum), o DIN 32, o DIN 15 e o DIN 35/15, como verá a seguir. Quadro 2 - Tipos de trilhos Trilho

Figura

Dimensões

35 mm (largura) DIN 35

A altura pode ser de 5 mm ou 7,5 mm

Aplicação Usado na fixação de dispositivos eletroeletrônicos tais como fusíveis, contatores, relés temporizadores.

Destinado essencialDIN 32

32 mm (largura)

mente à fixação de bornes.

Utilizado para dispositivos eletroeletrônicos de menor porte e DIN 15

15 mm (largura)

pequenos equipamentos eletrônicos, tais como controladores de lubrificação. Empregado na fixação de dispositivos eletroeletrônicos, especialmente equipamentos

DIN 35/15

35 mm (largura) X 15

que demandem um

mm (altura)

trilho mais alto que o convencional, como é o caso de alguns Controladores Programáveis (CPs) compactos.

2 Infraestrutura de painel de comando elétrico industrial

VOCÊ SABIA?

DIN significa Deutsches Institutfür Normung (Instituto Alemão de Normalização). Podemos encontrar ainda letras após a sigla DIN, na formação de um código. Exemplos: DIN EN 50022 é uma norma europeia que especifica o trilho DIN 35, norma DIN EN 50035 é do trilho DIN 32, e norma DIN EN 50045 se refere ao DIN 15.

Na prática, percebemos que cada fabricante de trilho procura formar sua própria regra de especificação, colocando alguma(s) letra(s) antecedendo a parte numérica do código DIN. Veja: o trilho NS35/15 é equivalente ao DIN 35/15, e o trilho TS 35 é o mesmo que o DIN 35. A primeira letra está relacionada a um código adotado pelo fabricante, enquanto que a segunda, normalmente, está associada ao tipo do trilho, nesse caso standard ou básico. Agora que você já conhece os principais trilhos, vamos ver como fixá-los na placa de montagem.

2.2.2 Fixação de trilhos Para fixar os trilhos: alinhe seus furos em cima da placa de montagem na posição exata onde será instalado; marque as posições dos furos, usando uma caneta de ponta porosa; e depois use uma punção de bico4 e um martelo para facilitar a furação, pois o afundamento promovido pela ferramenta guia a broca no ponto exato. Há duas maneiras de fixar os trilhos na placa de montagens: usando rebite de repuxo (rebite POP) ou parafuso.

Fixação de trilho por rebite de repuxo (POP) Proceda da seguinte forma: a) faça dois, três ou quatro furos, de acordo com o comprimento do trilho e da chapa metálica do painel, mantendo uma distância de 250 mm ou 300 mm entre os furos. Esses rebites podem ser encontrados com especificação das medidas em milímetros (mm) ou em polegadas (“); b) introduza o rebite POP na rebitadeira; c) encaixe esse conjunto no trilho e na placa de montagem na posição em que deverá ficar; e d) pressione várias vezes o gatilho da rebitadeira, até que as partes estejam bem fixadas, ou seja, rebitadas.

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Comandos elétricos

Veja exemplos de rebites e de rebitadeira POP.

rebites de diversos diâmetros e tamanhos

rebiteira POP manual tipo alicate Figura 4 - Rebites e rebitadeira Fonte: SENAI-SP (2013)

As rebitadeiras tipo alicate possuem quatro bicos de diâmetros diferentes, que devem ser trocados de acordo com o diâmetro do prego (d) do rebite escolhido. Observe na figura 4 as partes de um rebite, além do diâmetro do prego, as medidas diâmetro (Ø) do corpo, Ø da cabeça e do comprimento do rebite, também variam.

do corpo

comprimento

da cabeça

do prego

Figura 5 - Identificação das medidas do rebite de repuxo Fonte: SENAI-SP (2013)

No momento da instalação, você deve ajustar o bico da rebitadeira de acordo com o prego do rebite a ser usado, ou seja, fazer um teste prático na hora de rebitar. Caso você tenha alguma dúvida sobre alguma medida do rebite, meça com um paquímetro. Porém, quando você for instalar algum trilho, precisará consultar tabelas para saber a medida da broca a ser selecionada em função do rebite escolhido. Também é importante saber a profundidade para escolher um rebite adequado. A seguir, veja um exemplo de parte de uma tabela com medidas de rebites. Nela, você vê que um rebite de comprimento de 8 mm atinge uma profundidade de 5 mm. Vê, também, outras medidas dos rebites de repuxo em alumínio de duas séries: a 200 e a 300, usadas por um fabricante do produto.

2 Infraestrutura de painel de comando elétrico industrial

Tabela 1 - Especificações das medidas de rebites Série

Diâmetro (Ø) do corpo (mm)

(Ø) Broca a ser usada (mm)

206 208

Comprimento (mm)

Diâmetro (Ø) da cabeça (mm)

6,0 2,4

2,5

8,0

Alcance da rebitagem (mm) 3,0

5,0

5,0

210

10,0

7,0

306

6,0

3,0

308

8,0

5,0

310

10,0

7,0

312 315

3,2

3,3

12,0 15,0

6,0

9,0 12,0

318

18,0

15,0

322

22,0

19,0

325

25,0

22,0

Fixação de trilhos por parafuso A fixação de trilhos e de alguns componentes do painel pode ser feita por parafuso. Para isso, proceda da seguinte forma: a) localize e puncione a posição do furo na placa de montagem do painel; b) prenda a broca adequada à rosca do parafuso, conforme tabelas dos fabricantes (veja figura 5); c) utilize furadeira manual ou, em casos de grande produção, furadeiras de bancada; d) após a furação, abra a rosca por meio de um macho (ferramenta usada para abrir a rosca) e de um desandador manual (também conhecido como vira-macho, usado para movimentar o macho dentro do furo); e) depois de abertas as roscas na placa de montagem, posicione e parafuse o trilho ou componente, fixando-o. Observe o preparo da furadeira na figura 5 a seguir.

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Comandos elétricos

furadeira manual broca

chave de mandril

tabela de brocas medida do parafuso/macho em mm

diâmetro da broca em mm

M3

2,5

M4

3,3

M5

4,2

M6

5,0

M8

6,8

Figura 6 - Procedimento para prender broca na furadeira – brocas para parafusos mais usados Fonte: SENAI-SP (2013)

Na figura 6, apresentamos ferramentas para furação e rosca. Observe que os três machos da primeira imagem apresentam pontas com formatos diferentes. Use inicialmente a mais pontiaguda; em seguida, a intermediária; e, por fim, a menos pontiaguda, sempre mantendo o alinhamento perpendicular entre o macho e a placa. A cada volta do macho, retorne ¼ de volta para quebrar o cavaco5.

Figura 7 - Ferramentas para furação e rosca Fonte: SENAI-SP (2013)

2 Infraestrutura de painel de comando elétrico industrial

CASOS E RELATOS Na montagem de um painel elétrico de comando, Rodrigo, um montador de painel em início de carreira, foi abrir quatro roscas de 4 mm para fixar uma fonte de alimentação. Ele começou bem, consultou a tabela para ver qual broca (medida do diâmetro) deveria utilizar para fazer aquela rosca, traçou e marcou a posição dos furos com um punção de bico. Depois, pegou o desandador tipo “T”, encaixou o macho M4 e iniciou a abertura da rosca. Após algumas voltas na rosca, o macho se quebrou, ficando um pedaço dentro do furo. E agora, o que fazer? Ele tentou desrosqueá-lo com uma chave de fenda, mas não obteve sucesso. Aldo, um eletricista mais experiente, percebeu o ocorrido e deu as seguintes recomendações: para retirar o pedaço do macho, você deve pegar o punção de bico e ir batendo com o martelo lentamente no sentido de rosquear o macho até que ele passe completamente para o outro lado. Outra forma seria prender o pedaço do macho com um alicate e desrosquear. E complementou: para não haver mais quebras, use a sequência correta dos machos. O jogo possuiu 3 machos: o n° 1 tem a entrada de rosca mais suave, ou seja, ele começa a rosca bem lentamente; o nº 2 tem a entrada da rosca não tão suave, ele já inicia a rosca na medida desde os primeiros filetes; o nº 3 começa a rosca na medida correta desde seu início e é usado para acabamento. Se você observar, cada macho possui uma marcação ao seu redor: um risco significa 1º macho a ser utilizado, e assim sucessivamente. Ao seguir o procedimento correto, você não quebrará mais nenhum macho quando for abrir rosca. O montador agradeceu a orientação e pensou: assim fica bem mais fácil!

2.3 Canaletas As canaletas servem para acondicionar os condutores elétricos de forma organizada e estética em um painel de comando. São feitas de plástico PVC (cloreto de polivinila) com propriedade autoextiguível, ou seja, não propagam chamas.

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40

Comandos elétricos

As canaletas podem possuir perfurações laterais transversais, destinadas à passagem dos condutores que vão para os dispositivos elétricos instalados na placa de montagem. Possuem tampa plástica que só deve ser encaixada após a instalação das canaletas e condutores (fiação) do painel. Encontramos canaletas de diversos tamanhos, com variação das medidas de largura (L) e altura (A). As larguras mais comuns, em mm, são: 15, 20, 30, 50, 60 e 80, e as alturas mais comuns, em mm, são: 20, 30, 50 e 80. Os fabricantes de canaletas combinam essas medidas formando alguns padrões e modelos, como por exemplo: canaleta de 30 mm x 50 mm (L x A). O tamanho da canaleta é definido em função da quantidade de condutores e de sua bitola ou secção transversal. Quanto mais condutores passando nas canaletas, ou quanto maior a bitola, maiores devem ser as canaletas. Em um painel que comanda potência baixa e que possui muitos componentes instalados, os condutores não são muito grossos, mas a quantidade de fios é grande. Nesses casos podemos utilizar canaletas baixas e de largura mediana. Em um painel que comanda potência elevada, os condutores devem ser bem grossos e devem dissipar bastante calor. Por isso, canaletas maiores são mais adequadas. As canaletas podem ser: a) fechadas – sem nenhuma abertura lateral; b) abertas – com as aberturas laterais abertas no encaixe da tampa; e c) semiabertas – com aberturas laterais incompletas, ou seja, as aberturas não atingem o encaixe da tampa da canaleta. Observe a seguir a vista lateral dos tipos de aberturas das canaletas.

Figura 8 - Tipos de canaletas Fonte: SENAI-SP (2013)

2 Infraestrutura de painel de comando elétrico industrial

As canaletas abertas e semiabertas são muito utilizadas em painéis de comando elétrico. São vendidas em barras de 2 m, mas elas podem ser facilmente cortadas na medida a qual você necessita. Para cortá-las, podemos usar dois tipos de ferramentas: o arco de serra e o esquadro 90° com diagonal de 45°, como você pode ver na figura 8.

arco de serra convencional

o esquadro 90 com diagonal de 45o

Figura 9 - Ferramentas para trabalhos com trilhos e canaletas Fonte: SENAI-SP (2013)

Existem lâminas de serra com 24 ou 32 dentes por polegada, que são indicadas para o corte de materiais mais duros, como os trilhos de metal; e lâminas de 14 ou 18 dentes por polegada, indicadas para o corte de materiais menos duros, como as canaletas plásticas. Você pode montar as canaletas plásticas de duas formas: colocando tampas com acabamento reto (em ângulo de 90º) ou cortadas em ângulo de 45° nos cantos externos do painel. Observe nas figuras a seguir esses tipos de acabamento.

acabamento 90o

acabamento 45o

Figura 10 - Tipos de acabamentos das canaletas plásticas Fonte: SENAI-SP (2013)

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42

Comandos elétricos

Para facilitar e agilizar o trabalho, podemos utilizar ferramentas elétricas para o corte de canaletas e trilhos como, por exemplo, a esquadrejadeira elétrica manual, também conhecida como serra esquadrejadeira manual. Essa ferramenta possui mesa para fixação, com esquadro e regulagem do ângulo de corte. Veja, na figura a seguir, um exemplo dessa ferramenta.

Figura 11 - Esquadrejadeira elétrica manual Fonte: SENAI-SP (2013)

Ainda sobre a esquadrejadeira, saiba que existem discos específicos para o corte de materiais moles e duros. Utilizar um disco inadequado pode deformar o trilho, danificar o disco e até causar acidentes.

FIQUE ALERTA

Quando você estiver usando furadeira, esquadrejadeira ou outra ferramenta elétrica manual, é necessário utilizar os Equipamentos de Proteção Individual (EPI), como óculos de segurança e protetor auricular, e os Equipamentos de Proteção Coletiva (EPC) do próprio equipamento, conforme discriminado no manual do fabricante. Além disso, certifique-se de que esteja utilizando o disco apropriado para o material que será cortado.

As canaletas são fixadas na placa de montagem da mesma forma que os trilhos: por rebites ou por parafusos.

2 Infraestrutura de painel de comando elétrico industrial

2.4 Acessórios São muitos os acessórios existentes em um painel de comandos. Por isso, vamos nos ater aos que são usados com maior frequência: fecho para portas, cabo de aterramento elétrico e prensa-cabos. Acompanhe as explicações acerca de cada um deles.

2.4.1 Fechos de painéis O fecho é usualmente instalado nas portas para abertura e fechamento dos painéis de comando elétrico. Existem dois tipos: os de sobrepor e os de embutir. O fecho de sobrepor mais utilizado é o tipo manopla, ilustrado a seguir, na figura 11.

Figura 12 - Fecho de sobrepor tipo manopla Fonte: SENAI-SP (2013)

Quanto ao fecho de embutir, os mais comuns são: universal, fenda, quadrado e triângulo. Para cada tipo, temos uma chave própria. A figura 12 ilustra alguns exemplos de fechos de embutir, e algumas chaves também.

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44

Comandos elétricos

chaves e fechos de painéis quadrado

triangular

universal

fenda

Figura 13 - Fechos (miolos) de embutir e chaves para fechos Fonte: SENAI-SP (2013)

Existem igualmente fechos que utilizam chave com segredo, semelhante àquelas utilizadas em residências. Esses fechos também são conhecidos como Yale.

2.4.2 Cabo de aterramento elétrico O cabo de aterramento é um item importante para garantir a segurança das pessoas contra choque elétrico. Serve para conectar a porta do painel com o ponto de aterramento elétrico da caixa do painel, e deste para a placa de montagem. A figura 13 exibe um cabo de aterramento para painéis.

2 Infraestrutura de painel de comando elétrico industrial

Figura 14 - Condutor de aterramento para uso em painel com terminais conectados Fonte: SENAI-SP (2013)

2.4.3 Prensa-cabos A função do prensa-cabos é prender o cabo elétrico que sai de um painel para um motor ou uma válvula. Os prensa-cabos são fabricados em diversas medidas para atender os variados diâmetros dos cabos elétricos. Veja exemplos nas figuras a seguir.

Figura 15 - Prensa-cabos diversos Fonte: SENAI-SP (2013)

Para instalar um prensa-cabos, é necessário utilizar uma ferramenta chamada de serra-copo, que serve para furar a caixa do painel. Veja a figura.

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Comandos elétricos

Figura 16 - Exemplos de serra-copos Fonte: SENAI-SP (2013)

As serra-copos possuem diversas medidas e podem ser acoplados em furadeiras manuais ou de bancada. As menores podem ser usadas em furadeiras manuais, porém as maiores devem ser utilizadas apenas em furadeiras de bancada, para evitar acidentes. O procedimento de instalação de um prensa-cabos consiste em: a) selecionar o prensa-cabo que se vai utilizar, de acordo com o diâmetro do cabo (Ø cabo) que vai prender; b) consultar o catálogo do fabricante para identificar o diâmetro do furo a ser feito no painel (tTabela 2 - Tabela de seleção de prensa-cabos, Ø da rosca do prensa-cabos); c) selecionar a serra-copo mais adequada para a furação, usando a tabela 3;e d) fazer o furo e fixar o prensa-cabo. Supondo que você precise instalar um cabo de 6 mm de diâmetro em um painel de comando, qual medida de prensa-cabo você pode utilizar? Para obter essa informação, você deve consultar a tabela a seguir que apresenta algumas medidas de prensa-cabos:

2 Infraestrutura de painel de comando elétrico industrial

Tabela 2 - Tabela de seleção de prensa-cabos cabo (mm)

rosca

3,0-6,5

M12x1,5

4,0-8,0

M16x1,5

5,0-10,0

M18x1,5

6,0-12,0

M20x1,5

10,0-14,0

M22x1,5

13,0-18,0

M27x1,5

Fonte: Adaptado de <www.wetzel.com.br>.

Consultando a tTabela 2 - Tabela de seleção de prensa-cabos, observe a coluna Ø CABO (mm). Veja que o segundo prensa-cabo serve para cabos de diâmetros desde 4 mm até 8 mm, e o terceiro serve para cabos desde 5 mm de diâmetro até 10 mm. Portanto, qualquer um dos dois prensa- cabos atende à necessidade. Agora é uma questão de escolha. Vamos escolher o de 4 mm a 8 mm. Consultando a segunda coluna, ROSCA Ø, você encontra a informação M16 x 1,5. Significa que este prensa-cabo tem um diâmetro de 16 mm em sua parte de rosca. Se o prensa-cabo tem um diâmetro de 16 mm será necessário fazer um furo na caixa do painel com uma serra-copo com diâmetro ligeiramente maior que essa medida, para facilitar a montagem. Consultando uma tabela de um fabricante qualquer de serra-copos, encontramos que a serra-copo que deve ser utilizada é de 17 mm. Observe a tabela a seguir. Tabela 3 - Medidas de serra-copo Serra-copo – Ø (diâmetro) mm

Polegada

14

9/16”

16

5/8”

17

11/16”

19

3/4”

20

25/32”

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Comandos elétricos

VOCÊ SABIA?

1” ou uma polegada é o mesmo que 25,4 mm. Se quiser saber quanto vale, por exemplo, três quartos de polegada ou ¾”, basta dividir 25,4 mm por 4 e multiplicar o resultado por três, fazendo uma regra de três. O resultado é 19,0 mm.

RECAPITULANDO Neste capítulo, você viu o que é um painel de comando elétrico e os componentes que fazem parte de sua infraestrutura, tais como: placa de montagem, trilhos e canaletas e seus acessórios, além de seus procedimentos de instalação. Você também conheceu as ferramentas manuais e elétricas que são usadas para a fixação desses componentes e acessórios nos painéis, assim como procedimentos de fixação. Esses conhecimentos são importantes, pois constituem a primeira etapa da montagem dos painéis de comando dos sistemas eletroeletrônicos: a infraestrutura.

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Dispositivos de Proteção Eletroeletrônicos Industriais

3 Agora que você já tem os conhecimentos sobre a infraestrutura do painel de comando, vai conhecer a instalação dos dispositivos de proteção eletroeletrônicos industriais presentes em uma máquina. Esses dispositivos são responsáveis pela proteção dos circuitos e dos dispositivos eletroeletrônicos, pois evitam que danos decorrentes de sobrecargas1 ou curtos-circuitos2 causem consequências maiores, tais como queima do equipamento ou até incêndio na instalação. Lendo essas informações, você já pode imaginar a importância deste capítulo. Então, prepare-se para estudar os seguintes dispositivos de proteção: fusíveis, disjuntores, disjuntor DR, relé térmico e disjuntor-motor.

3.1 Fusíveis Os fusíveis são dispositivos destinados à proteção elétrica. Servem para interromper ou desligar o circuito e proteger a instalação elétrica, no caso de curtos-circuitos e sobrecargas de longa duração. Uma vez rompidos (queimados), não é possível reestabelecer novamente o funcionamento sem substituí-los, pois não são reaproveitáveis. Os dispositivos eletroeletrônicos são identificados por símbolos definidos por normas. Para representar todos os dispositivos apresentados neste livro, utilizaremos as normas da ABNT e da IEC (International Electrotechnical Commission), ou Comissão Eletrotécnica Internacional).

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Comandos elétricos

1 sobrecarga Sobrecarga é um aumento de corrente elétrica acima dos valores normais especificados para os circuitos, decorrente de acréscimo de carga ou de aumento do consumo. A sobrecarga pode comprometer a vida útil dos componentes elétricos.

Veja na figura 17 o símbolo do fusível.

Simbologia

Norma NBR 12523 IEC 60617-7 Figura 17 - Simbologia de fusível Fonte: SENAI-SP (2013)

2 Curto-circuito É uma ligação acidental, ou até intencional, entre duas ou mais partes condutoras energizadas, de modo que a corrente elétrica ultrapasse valores acima do normal, em função de baixa impedância no circuito, dissipando grande quantidade de energia instantaneamente.

3 Picos de corrente As cargas indutivas são aquelas formadas por indutores ou bobinas, como: motores elétricos, transformadores, reatores elétricos para lâmpadas fluorescentes, entre outros. Essas cargas provocam elevadas correntes no instante da energização.

Os fusíveis são classificados e especificados de acordo com a velocidade de atuação, podendo ser de ação retardada, rápida ou ultrarrápida. A seguir, veja esses fusíveis e suas aplicações mais usuais. a) Fusíveis de ação retardada (especificação “aM”): oferecem proteção contra curtos-circuitos aos circuitos sujeitos a picos elevados de corrente, tais como: circuitos que alimentam os primários de transformadores ou eletroímãs, e circuitos de partida de motores assíncronos. Toleram esses picos de corrente durante a energização ou partida dessas cargas sem queimar, porém interrompem o circuito em casos de curto-circuito. Esses fusíveis são inadequados para proteção dos circuitos contra sobrecarga. b) Fusíveis de ação rápida (especificação “gG”): oferecem proteção contra curtos-circuitos nos circuitos que não estão sujeitos a picos de corrente consideráveis, tais como: circuitos resistivos de fornos elétricos e outros sistemas de aquecimento por resistência elétrica. Esse fusível também protege contra sobrecargas. Sua especificação antiga era gL, por isso encontramos ainda a especificação gL-gG indicada na face dos fusíveis. c) Fusíveis de ação ultrarrápida (especificação “aR”): são destinados à proteção de circuitos com equipamentos eletrônicos tiristorizados4, como os circuitos de sistemas de controle de velocidade de motores elétricos. Os fusíveis utilizados em painéis de comando, quanto a sua forma construtiva, são de dois tipos: a) D – também conhecidos por Diametral ou Diazed; b) NH. Vamos conhecer melhor cada um deles.

3 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO ELETROELETRÔNICOS INDUSTRIAIS

3.1.1 Fusíveis Tipo D São fusíveis de baixa tensão que abrangem a faixa de corrente nominal5 de 2 A a 63 A que possuem capacidade de interromper de modo seguro (capacidade de ruptura6) correntes de até 70 kA, ou seja, 70.000 A. Observe um deles na figura 18.

Figura 18 - Fusível tipo D Fonte: SENAI-SP (2013)

Esses fusíveis são muito utilizados para proteção do circuito de comando e de motores elétricos, devido à sua ação de efeito retardado que suporta o pico da corrente de partida. Observe no qQuadro 3 - Valores padronizados de correntes e cores das espoletas dos fusíveis tipo D os valores de corrente dos fusíveis tipo D, e as cores do indicador de queima (espoleta), correspondentes.

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Comandos elétricos

Quadro 3 - Valores padronizados de correntes e cores das espoletas dos fusíveis tipo D

4 Tiristores É o nome dado a uma família de componentes eletrônicos utilizados em equipamentos para controle da velocidade de motores. Fazem parte dessa família: os SCRs (retificadores controlados de silício), os TRIACs (triodo de corrente alternada), e os IGBTs (transistores bipolares de porta isolada).

5 Corrente Nominal (In) É o valor da corrente especificada pelo fabricante para a operação normal de funcionamento de um dispositivo, equipamento ou sistema elétrico.

Corrente Nominal (A)

Cor da Espoleta e do parafuso de ajuste

2

Rosa

4

Marrom

6

Verde

10

Vermelho

16

Cinza

20

Azul

25

Amarelo

35

Preto

50

Branco

63

Cobre

Tamanho (padrão do diâmetro do fusível)

DII

DIII

Rosca da base

E27

E33

6 Capacidade de ruptura É a capacidade máxima de corrente presumida que o dispositivo é capaz de interromper com segurança, ou seja, o fusível não exercerá sua função, caso a corrente seja superior à especificada, em caso de curto-circuito. A capacidade de ruptura é expressa em quilo amperes (kA).

Os fusíveis com corrente nominal de até 25 A têm um diâmetro que se encaixa na base com uma rosca E27, que é igual à dos receptáculos (soquetes) das lâmpadas comuns. Já os fusíveis com corrente nominal de 35 A a 63 A possuem um diâmetro maior, padrão DIII e não se encaixam na base Padrão DII, só se encaixam nas bases com rosca E33. Essa rosca é igual à dos receptáculos de lâmpadas industriais tipo vapor de sódio alta pressão, por exemplo. Os fusíveis vêm acompanhados de um conjunto de componentes que possibilita sua instalação nos trilhos DIN dos painéis de comando. Esse conjunto é composto de: base de porcelana, anel de porcelana, parafuso de ajuste, fusível e tampa, conforme vemos na figura 19.

3 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO ELETROELETRÔNICOS INDUSTRIAIS

Figura 19 - Partes que compõem o conjunto do fusível tipo D Fonte: SENAI-SP (2013)

Para montar esse conjunto, você deve seguir a sequência: a) conectar a base de porcelana ao trilho DIN do painel; b) rosquear o anel de porcelana, com a finalidade de proteger o usuário contra contato acidental com a parte metálica passível de estar energizada; c) rosquear o parafuso de ajuste na base, porém antes verifique se ele tem a medida correta de acordo com a corrente do fusível que será instalado; d) colocar o fusível conforme a corrente especificada no projeto; e e) rosquear a tampa de porcelana. Essa operação pode ser feita juntamente com a anterior, se o painel estiver energizado; nesse caso, encaixe o fusível na tampa e depois leve os dois até a base e rosqueie, já com o fusível acoplado. Para instalar o parafuso de ajuste na base de porcelana, você deve usar uma chave plástica específica para rosqueá-lo no fundo da base. Veja a figura 20.

Figura 20 - Chave para os parafusos de ajuste tamanhos padrão DII e DIII Fonte: SENAI-SP (2013)

Quanto à posição de instalação, normalmente a base do fusível tipo D é instalada na vertical, sendo o terminal superior conectado à alimentação da rede elétrica e o terminal inferior conectado ao circuito da carga a ser protegida.

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Comandos elétricos

Para fazer a conexão elétrica nos terminais da base, verifique qual condutor vem da rede elétrica e qual vai para a carga a ser acionada e instale o fusível no caminho entre o condutor da rede e o da carga. Quando você for efetuar as ligações nas bases dos fusíveis, lembre-se que o fio da rede deve ser conectado ao terminal metálico que tem contato com a base do parafuso de ajuste; já o fio que vai para a carga deve ser conectado ao terminal que tem contato com a rosca metálica da base. Observe a figura 21.

alimentação da rede (linha)

saída para carga

Figura 21 - Conexões dos condutores linha (rede) e carga nos terminais da base de fusível tipo D Fonte: SENAI-SP (2013)

O parafuso de ajuste é pintado com a mesma cor que a espoleta do fusível, e cada um tem um diâmetro diferente, de modo que só permite encaixar fusíveis de valor igual ou menor que a corrente nominal. Isso ocorre para evitar que alguém coloque um fusível de corrente maior que a nominal que foi dimensionada para aquele circuito.

3.1.2 Fusíveis Tipo NH Os fusíveis de tipo NH são usados em baixas tensões e possuem elevada capacidade de ruptura, podendo chegar até 120 kA. São indicados para circuitos aos quais o usuário comum não tenha acesso, porque contêm partes metálicas expostas energizadas que podem provocar acidentes graves. Por isso, só podem ser manipulados por pessoas qualificadas e dependem de ferramentas adequadas para sua instalação e manutenção. São mais robustos, pois abrangem uma faixa maior de corrente de 4 A a 1000 A.

3 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO ELETROELETRÔNICOS INDUSTRIAIS

Esses fusíveis possuem em seus dois extremos terminais tipo “faca” para serem encaixados na base NH. Acompanhe pela figura 22.

Figura 22 - Exemplos de Fusíveis de tipo NH Fonte: SENAI-SP (2013)

Para encaixar ou retirar o fusível NH da base, você deve usar uma ferramenta apropriada chamada de “punho para fusível NH”. Esse punho possui um gatilho na parte superior que serve para engatar um fusível. Verifique os detalhes na figura 23.

gatilho para sacar e instalar o fusível NH

proteção contra arco voltáico Figura 23 - Punho para inserção e extração de fusível NH Fonte: SENAI-SP (2013)

A base NH não possui encaixe para trilhos, ela deve ser presa na placa de montagem por meio de parafusos, e não tem lado certo para a instalação.

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Comandos elétricos

7 disjuntor Dispositivo elétrico de manobra manual é aquele que pode ser manuseado para ligar ou desligar um circuito elétrico.

Quanto à posição de instalação, assim como o fusível tipo D, a base do NH é instalada na vertical, sendo o terminal superior conectado à alimentação da rede elétrica, e o terminal inferior conectado ao circuito da carga a ser protegida. Os fusíveis NH, assim como as bases NH, são fabricados em quatro tamanhos padronizados NH00, NH1, NH2 e NH3, cada um com sua faixa de corrente e de tamanhos diferentes, sendo o NH00 o de menor tamanho, e o NH3 de maior corrente. Acompanhe, pela tabela, 4 os valores e as faixas de corrente de cada padrão. Tabela 4 - Faixas de corrente de cada tamanho de base NH de fusível Faixa de corrente (A)

Tamanho do Fusível

4 6 10 16 20 25 35

NH00

50 63 80 100 125

NH1

160 200 224 250

NH2

300 315 355 400 425 500 630

NH3

3 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO ELETROELETRÔNICOS INDUSTRIAIS

FIQUE ALERTA

Nunca retire um fusível NH sob carga, ou seja, com o circuito em funcionamento. Pois, se isto ocorrer, poderá haver arco elétrico (faísca), com risco de queimaduras, curto-circuito e incêndio.

3.2 Disjuntores Os disjuntores7 são elementos que muitas pessoas conhecem, independentemente de serem da área técnica ou não. É bem provável que você já tenha visto um destes em sua casa, pois além de serem usados em instalações industriais, também são usados em instalações elétricas residenciais. Esse dispositivo geralmente fica no quadro de força. Os principais tipos são: termomagnéticos e diferenciais residuais. Vamos nos aprofundar um pouco mais nesse assunto?

3.2.1 Disjuntores termomagnéticos Os disjuntores termomagnéticos são dispositivos eletromecânicos destinados a proteger as instalações elétricas contra curtos-circuitos e sobrecargas de longa duração. Ao contrário dos fusíveis, que podem ser utilizados apenas uma vez, os disjuntores permitem o reestabelecimento do funcionamento do circuito após a ocorrência de alguma falha elétrica. Veja o símbolo do disjuntor na figura 24.

Simbologia

Norma NBR 12523

IEC 60617-7 Figura 24 - Simbologia de disjuntor termomagnético Fonte: SENAI-SP (2013)

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Comandos elétricos

8 corrente diferencial residual Corrente diferencial residual, também conhecida como corrente de fuga, é aquela que é conduzida de forma indesejável da fase para a terra, internamente nos equipamentos elétricos e eletrônicos. Isso ocorre em alguns equipamentos como, por exemplo, o chuveiro elétrico.

Pela norma NBR IEC 60947-1 (2006, p. 14), a definição de disjuntor é: [...] dispositivo de manobra e de proteção capaz de estabelecer, 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. Os disjuntores podem ser classificados de acordo com o número de polos, como: a) monopolares: para instalação em circuitos monofásicos, pois interrompem apenas uma fase; b) bipolares: para circuitos bifásicos, nos quais interrompem duas fases simultaneamente; c) tripolares: para instalação em redes trifásicas, pois interrompem simultaneamente as três fases; e d) tetrapolares: para circuitos trifásicos com neutro. Interrompem-se as três fases e o neutro, simultaneamente. A figura 25 apresenta alguns exemplos desses disjuntores.

Figura 25 - Exemplos disjuntores termomagnéticos Fonte: SENAI-SP (2013)

De acordo com a condição de corrente nominal e pico de corrente, os disjuntores podem ser de quatro tipos de curvas: A, B, C e D, sendo que o disjuntor de curva A é indicado para cargas com características eletrônicas, como semicondutores, mas é pouco utilizado no país.

3 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO ELETROELETRÔNICOS INDUSTRIAIS

Para você fixar o disjuntor na placa de montagem, basta você encaixá-lo no trilho, pois ele já possui suporte para instalação. Os disjuntores possuem terminais de entrada de tensão da rede, que são os terminais identificados por rede ou linha, e os terminais de saída identificados como carga. Esses terminais possuem parafusos para fixação dos condutores do circuito. Observe, na figura 26, a ligação dos condutores em seus devidos terminais.

Figura 26 - Instalação dos disjuntores termomagnéticos Fonte: SENAI-SP (2013)

Os disjuntores possuem gravação, símbolos ou/e cores que indicam se estão fechados ou abertos. Quadro 4 - Símbolos e cores que indicam o acionamento dos disjuntores Símbolo

Cor

Significado

I

Verde

Indica circuito fechado, ligado ou energizado.

0

Vermelha

Indica circuito aberto, desligado ou desenergizado.

FIQUE ALERTA

Quando você instalar um quadro de comando, por questão de segurança, deixe todos os disjuntores inicialmente abertos e desligados na primeira energização e vá ligando um a um, sequencialmente.

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Comandos elétricos

3.2.2 Disjuntores Diferenciais Residuais (Disjuntores DR) Você já levou um choque alguma vez? Nunca é bom levar choque, não é? Ele traz várias consequências ao ser humano e, inclusive, pode ser fatal. Mas como se proteger de choques elétricos? Essa e outras formas de proteção são o que vamos estudar a seguir. Os disjuntores DR são dispositivos que, além de ter a proteção contra curto-circuito, também possuem proteção contra choque elétrico, ou proteção dos equipamentos contra incêndio. A figura 27 apresenta esse dispositivo.

Figura 27 - Disjuntor Diferencial Residual Fonte: SENAI-SP (2013)

Para instalar um disjuntor DR você deve: a) conhecer o valor de corrente em Amperes (A) do circuito a ser protegido pelo disjuntor; b) selecionar o tipo de curva de disparo do disjuntor, curva A, B, C ou D em função do tipo de carga a ser instalada; e c) selecionar o tipo de proteção em função do que se deseja proteger:

• para proteção de pessoas contra choque elétrico, a corrente diferencial residual8 do DR deve ser de no máximo 30 mA (alta sensibilidade); ou

• para proteção dos equipamentos contra incêndio, devido às faíscas provocadas pelas correntes de fuga, ou proteção contra consumo excessivo de energia elétrica, a corrente diferencial residual do DR pode ser de: 100 mA, 300 mA ou 500 mA.

3 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO ELETROELETRÔNICOS INDUSTRIAIS

Veja, na figura 28, um exemplo de um diagrama de instalação de disjuntor DR em painéis para proteção do comando contra curtos-circuitos, e proteção das pessoas contra choques elétricos.

L1 L2 L3 N R S T

T

N

1

3

5

N

2

4

6

R PE

bancada de testes de equipamentos Figura 28 - Exemplo de aplicação de Disjuntor DR tetrapolar Fonte: SENAI-SP (2013)

A representação T indica o botão de teste de corrente de fuga, que deverá ser usado após a instalação para testar o funcionamento da instalação elétrica e do mecanismo interno do disjuntor DR. Uma dica de instalação de dispositivos DR é nunca conectar o condutor de aterramento com o condutor neutro depois que este passou pelo disjuntor DR, pois se isto ocorrer, ao energizar o circuito, o DR se desligará imediatamente.

VOCÊ SABIA?

Há dispositivo DR para atuar sobre as correntes residuais alternada, e contínua. Para corrente alternada, utilizamos tipo AC; para alternada com componente contínua pulsante, utilizamos tipo A e para corrente contínua, tipo B.

63

64

Comandos elétricos

Para que o DR funcione corretamente, é fundamental um aterramento de boa qualidade com bom contato elétrico nas conexões, e baixa resistência elétrica de aterramento.

3.3 Relés Térmicos Os relés térmicos, ou relés de sobrecarga, são dispositivos elétricos que têm a finalidade de desenergizar o circuito e proteger o motor no caso de uma corrente acima dos limites que o motor foi projetado a suportar (sobrecarga). Os relés possuem terminais que são conectados às três fases, que funcionam como sensores de corrente e terminais dos contatos NA e NF e que atuam abrindo ou fechando o circuito de comando. Os relés térmicos têm um ponto de ajuste da corrente que o instalador vai ajustar com o mesmo valor da corrente nominal (In) do motor. Observe o detalhe na figura 29 a seguir.

Figura 29 - Detalhe do ajuste de corrente do relé térmico Fonte: SENAI-SP (2013)

A instalação física do relé térmico é feita conectando os terminais principais de saída do contator às entradas do relé térmico, e as saídas principais do relé térmico ao motor. Observe o símbolo do relé térmico a seguir.

3 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO ELETROELETRÔNICOS INDUSTRIAIS

Simbologia

Norma NBR 12523

IEC 60617-7 Figura 30 - Simbologias de relé térmico Fonte: SENAI-SP (2013)

CASOS E RELATOS Um eletricista montou um painel de comando e o testou na bancada. O painel foi então liberado para ser instalado na máquina, mas o eletricista se esqueceu de ajustar a corrente do relé térmico de acordo com a corrente nominal do motor da máquina. Após a instalação do painel na máquina, durante o teste de funcionamento, ele deixou a máquina funcionando no modo contínuo automático e foi fazer outra atividade. Em funcionamento, a parte mecânica da caixa de redução do motor apresentou dificuldade de ser movimentada e fez o motor entrar em sobrecarga. Nessa condição, a corrente elétrica do motor ficou bem acima do valor nominal e, para piorar a situação, o relé estava ajustado para uma corrente bem maior do que a corrente nominal do motor. Durante muito tempo, o motor ficou trabalhando nessa condição, sobreaquecendo até que o relé térmico desligasse o sistema. Quando o eletricista percebeu o ocorrido, o motor já estava com ssua característica alterada. Ou seja, ao entrar em funcionamento esquentava muito, cheirava a queimado e apresentava corrente acima da nominal. Conclusão: o motor teve de ser rebobinado para que a máquina funcionasse novamente.

65

66

Comandos elétricos

3.4 Disjuntor-motor Você já sabe como funcionam o disjuntor termomagnético e o relé térmico. O funcionamento desses dispositivos é importante para entender o disjuntor-motor. Os disjuntores-motores são dispositivos que, além de proteger as instalações elétricas contra curtos-circuitos, protegem o motor contra sobrecargas. A figura 31, a seguir, apresenta alguns modelos de disjuntores-motores.

Figura 31 - Exemplos de disjuntor-motor Fonte: WEG (2013)

Eles oferecem uma proteção eficiente, porque incorporam as funções de disjuntor e relé térmico em um mesmo dispositivo. O símbolo do disjuntor-motor é mostrado na figura 32, a seguir.

Simbologia

Norma

IEC 60617-7

Figura 32 - Simbologia do disjuntor-motor Fonte: SENAI-SP (2013)

3 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO ELETROELETRÔNICOS INDUSTRIAIS

Como o disjuntor-motor exerce a função de relé térmico, possui dispositivo para regulagem de corrente. Você deve verificar a corrente nominal indicada na placa de identificação do motor e regular o mesmo valor de corrente no disjuntor-motor. Apesar de o disjuntor-motor ser tripolar, você também poderá instalá-lo em motores monofásicos, interligando dois polos do disjuntor-motor em série com um terminal do motor, conectando o último polo diretamente ao outro terminal do motor. Veja, na figura 33, o diagrama de instalação do disjuntor-motor em motores instalados em redes monofásicas e bifásicas.

S1

A1

K1

A2

trifásico L1

L3

bifásico

2 2

L1

N

monofásico

1 1

Figura 33 - Instalação do disjuntor-motor em redes trifásica, bifásica e monofásica Fonte: SENAI-SP (2013)

67

68

Comandos elétricos

O disjuntor-motor possui também a função de seccionamento do circuito, ou seja, ligar, desligar e proteger o equipamento diretamente. Por exemplo, no esmeril industrial de bancada encontramos o disjuntor-motor instalado com essas finalidades. Os disjuntores-motores também podem ser instalados para proteger motores de corrente contínua, interligando os terminais dos três polos do disjuntor-motor em série com o motor. Observe, no diagrama da figura 34, algumas possibilidades de instalação do disjuntor- motor em motores de corrente contínua. L+

L-

M

L+

L-

L+

M

L-

M

Figura 34 - Instalação do disjuntor-motor em redes de corrente contínua Fonte: SENAI-SP (2013)

Os disjuntores-motores, assim como os demais dispositivos de comando, são dotados de suporte para fixação em trilho DIN.

SAIBA MAIS

Se quiser saber mais sobre dispositivos de proteção, acesse na internet sites de fabricantes. Em um site de busca, digite, por exemplo, as palavras-chave: Schneider, Siemens ou Weg, e procure por seus catálogos e pelas fichas técnicas de seus produtos.

FIQUE ALERTA

Quando for instalar qualquer dispositivo de proteção, consulte o manual do fabricante e lembre-se sempre de utilizar os EPIs adequados para se proteger de acidentes.

3 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO ELETROELETRÔNICOS INDUSTRIAIS

RECAPITULANDO Neste capítulo você aprendeu a fazer a instalação dos seguintes dispositivos de proteção elétrica: fusíveis, disjuntores, disjuntores diferenciais residuais (DRs), relés térmicos e disjuntores-motores. Você viu que entre os elementos de proteção cada um desses dispositivos atua por um princípio: por corrente de curto-circuito, corrente de sobrecarga e corrente de fuga; e que, por isso, cada um tem uma forma específica de instalação. Você também viu a simbologia, as especificações e as características de cada dispositivo, além de alguns exemplos de diagramas de instalação. Isto mostra a importância desses conhecimentos, por dizerem respeito à proteção dos dispositivos eletroeletrônicos industriais e, consequentemente, da segurança das pessoas e do bom funcionamento da instalação e dos equipamentos.

69

Dispositivos de Comandos Eletroeletrônicos Industriais

4 Agora que você já tem os conhecimentos da instalação, da infraestrutura do painel e dos dispositivos de proteção elétrica, vai conhecer a instalação dos dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais presentes em uma máquina. Os dispositivos de comando são componentes que “ordenam” uma máquina ou um processo a executar uma determinada operação, ao serem acionados pelo usuário. Vejamos um exemplo: quando você pressiona um botão no painel de comando dentro do elevador, fornece uma ordem para ele ir até o andar desejado. Neste capítulo, veremos os seguintes dispositivos de comando: chaves seccionadoras; botões; chaves fim de curso; sinalizadores sonoros e luminosos; e temporizadores, utilizados no comando de máquinas industriais. Aprender como instalar esses dispositivos é muito importante, pois são eles que fazem a máquina realizar os movimentos e executar os processos de produção. Para representar os dispositivos eletroeletrônicos em diagramas e projetos, utilizamos símbolos gráficos padronizados por normas técnicas da ABNT. Utilizaremos a norma IEC 60617 (2012), que traz a simbologia dos dispositivos eletroeletrônicos, devido ao fato de ser mais completa e por constituir um padrão internacional que leva em consideração não só as normas europeias, mas atende também às exigências norte-americanas e japonesas.

SAIBA MAIS

Você pode consultar informações sobre normas no site da ABNT, no endereço: . Lá, você consegue consultar as seguintes normas: NBR, ISO, IEC, NFPA, AMN e JIS. Você também pode verificar se alguma norma está em vigor ou se foi cancelada, para isso você deve saber o número da norma que pretende consultar.

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Comandos elétricos

4.1 Chaves Seccionadoras As chaves seccionadoras são utilizadas para energizar e desenergizar equipamentos e máquinas industriais. Exercem a função de chave geral, porque permitem o desligamento da tensão, normalmente trifásica, do painel elétrico de comando da máquina. A figura a seguir mostra uma chave geral e seu símbolo.

Chave

Simbologia

Norma

1

3

5

2

4

6

1

3

5

2

4

6

NBR 12523

IEC 60617-7

Figura 35 - Chave seccionadora trifásica e simbologia Fonte: SENAI-SP (2013)

Atualmente, devido à exigência da NR 10 (2004), encontramos chaves seccionadoras gerais dos painéis que exercem três funções distintas. Conheça essas funções no quadro a seguir.

4 Dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais

Quadro 5 - Chave seccionadora geral com aterramento temporário Chave

Posição

Função

0 - Desligada

Interrompe a ligação da entrada da chave com sua saída, abrindo o circuito e impedindo que a máquina funcione.

1 - Ligada

Conecta a entrada da chave com sua saída, permitindo a energização e o funcionamento da máquina.

2 - Aterramento

Abre o circuito, desconectando a entrada da saída da chave e faz a conexão da saída desta ao condutor de aterramento da rede. Essa conexão com o aterramento permite a realização de manutenção segura, devido ao fato de os componentes do painel estarem em um potencial elétrico zero. Se por acaso ocorrer energização acidental de algum dispositivo do painel, o profissional que estiver trabalhando estará protegido, pois o potencial que surgiu será descarregado para o condutor terra, atuando a proteção do circuito.

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74

Comandos elétricos

1 came Came é a parte saliente ou rebaixada da máquina que serve para acionar a chave de fim de curso.

4.2 Botões e chaves fim de curso Os botões e as chaves fim de curso são dispositivos que funcionam sob o mesmo princípio, ou seja, quando acionados movimentam seus contatos internos. No botão, o acionamento é feito manualmente, enquanto que as chaves fim de curso são acionadas por partes da máquina que se movimentam durante seu funcionamento. Vejamos cada um deles.

4.2.1 Botões Os botões possuem contatos que podem ser: normalmente abertos (NA) e normalmente fechados (NF): a) contatos normalmente abertos são conhecidos como contatos NA ou contatos que se fecham (fechadores). Em inglês, se usa a sigla NO (Normally Open); e b) contatos normalmente fechados são conhecidos como contatos NF ou contatos que se abrem (abridores). Em inglês, se usa a sigla NC (Normally Closed). A norma NBR IEC 60947-4 (2008) trata de dispositivos de manobra e comando de baixa tensão e é utilizada pelos fabricantes para a identificação dos terminais dos dispositivos de comandos elétricos. Para identificação dos terminais dos botões, a norma usa dois dígitos para cada contato NA ou NF. O primeiro dígito da identificação, que é a dezena, significa a sequência, a ordem de numeração do contato: 1º contato, 2º contato e assim por diante; o segundo dígito, a unidade, significa a função, ou seja, o tipo de contato, se ele é NA ou se é NF. Se no segundo dígito tivermos 1 e 2, significa que o contato é NF e se for 3 e 4, significa que é NA. Na figura a seguir, você pode observar a aplicação das normas de identificação dos terminais dos contatos NA e NF.

4 Dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais

13

21

33

41

14

22

34

42

S1

Figura 36 - Identificação dos terminais dos contatos NA e NF de botões Fonte: SENAI-SP (2013)

O desenho da figura a seguir ilustra internamente a parte mecânica de acionamento de um botão e seus dois contatos, um NA e outro NF.

botão sem acionamento (repouso) botão tipo cogumelo

botão acionado manualmente

contato NF bornes

bornes

mola

contato NA

Figura 37 - Disposição interna dos contatos de um botão de comando Fonte: SENAI-SP (2013)

Encontramos diversos tipos de botões para painel de comando, tais como: botão com trava, pulsador e giratório. Observe o quadro a seguir.

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76

Comandos elétricos

Quadro 6 - Tipos de botões Botão

Simbologia

Norma

Características O botão com trava possui um acionador tipo

NBR 12523

“cogumelo” que é travado

NBR 12519

quando pressionado, e só destrava quando o usuário gira o acionador no sentido anti-horário. Esse botão é instalado em um ponto de fácil acesso e o mais próximo possível do

IEC 60617-7

local onde fica o operador da máquina, para permitir um fácil acionamento. Este botão é usado como é o de emergência.

O botão pulsador é acionado NBR 12523 IEC 60617-7

manualmente e retorna por mola, é o tipo de botão mais utilizado nos comandos de máquinas. Seu uso é geral.

NBR 12523

O botão giratório, ou chave giratória, é fabricado com duas ou três posições, retornável por mola ou com

IEC 60617-7

trava (fixo). Encontramos ainda com ou sem posição de zero central.

NBR 12523

É bastante utilizado em comando para deslocamento de partes móveis de máquinas e para ajustes de

IEC 60617-7

posição.

4 Dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais

Para instalar os botões de comando, você deve medir o diâmetro do corpo e fazer furos no painel com serra-copo, ou outra ferramenta de furação, de acordo com a medida do botão. Atualmente, os botões são fabricados com diâmetro de corpo de 22 mm, mas você ainda pode encontrar algum botão mais antigo com 30 mm. Muitos botões de comando são modulares, de modo que você monta a configuração de acionador, de contatos e de número de posições de acordo com sua necessidade. Nesse modelo modular, podemos ter, por exemplo, um botão pulsador com 3 contatos NA e 1 NF, ou ainda, um botão giratório com retorno por mola com duas posições com 1 NA e 1 NF. Quando necessitamos de alguns botões em um local remoto de uma máquina e não dispomos de um painel de comando, podemos contar com as chamadas botoeiras, que são caixas que acomodam vários botões. Elas são utilizadas em equipamentos de movimentação de cargas, tais como: pontes rolantes, pórticos e talhas, comandos remotos para portão, controle de bomba d’água, entre outras aplicações. Observe a figura a seguir, de uma botoeira.

Figura 38 - Botoeira com três botões de comando Fonte: SENAI-SP (2013)

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Comandos elétricos

FIQUE ALERTA

A cor de cada botão tem um significado específico, portanto, verifique o projeto antes de fazer a instalação para não colocar em risco a segurança das pessoas.

4.2.2 Chaves fim de curso As chaves de fim de curso, também conhecidas por interruptor de posição, ou por limite, foram criadas para “avisarem” ao comando quando o came da máquina atinge uma determinada posição no curso de deslocamento. As principais partes das chaves de fim de curso são acionador e contatos. O acionador recebe o movimento do processo e o transmite aos contatos elétricos NA e/ou NF, que mudam de posição. O desenho da figura a seguir ilustra uma chave de fim de curso, e a mecânica de acionamento de seus dois contatos, um NA e outro NF.

rolete mecânico

contato NF

bornes

bornes

mola

contato NA

Figura 39 - Chave de fim de curso – dispositivo e mecanismo dos contatos Fonte: SENAI-SP (2013)

Existem vários tipos de fins de curso, por exemplo, os que possuem acionadores como alavanca, pino, rolete, gatilho e haste. O quadro, a seguir, exemplifica algumas chaves de fim de curso e suas características.

4 Dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais

Quadro 7 - Tipos de fins de curso Chave de fim de curso

Simbologia

Norma

Características Fim de curso acionado mecanicamente em único sentido de movimento. Exemplos: • o fim de curso de alavanca com rolete unidirecional é bem empregado na automatização de máquinas operatrizes em geral; e • o fim de curso de alavanca unidirecional é normalmente utilizado, com a finalidade de proteção, em portas de painéis elétricos e tampas de máquinas que contenham engrenagens em movimento e que, na

NBR 12523

sua abertura, o fim de curso

IEC 60617-7

desliga o circuito.

Fim de curso acionado mecanicamente em dois sentidos de movimento, como por exemplo: • os fins de curso bidirecionais de alavanca com rolete bidirecional, rolete escamoteável, pino com ou sem rolete e de haste são instalados em máquinas e equipamentos nos quais o came passa pelo fim de curso durante o avanço e retorno do deslocamento.

79

80

Comandos elétricos

As chaves de fim de curso são muito utilizadas em aplicações de grande porte devido à sua robustez, característica que permite a instalação em ambientes industriais. São instaladas por meio de parafusos e devem estar bem fixadas. Em muitos casos, as chaves de fim de curso são instaladas com a função de segurança, assim, os testes após a instalação devem ser rigorosos, considerando todas as possíveis condições de funcionamento para evitar acidentes. As chaves de fim de curso também são utilizadas em outras aplicações não industriais. Um exemplo disso são os portões automáticos deslizantes instalados na portaria das empresas. Nesse caso, temos sempre uma chave de fim de curso para indicar ao comando que o portão está fechado, e outra para indicar que o portão está aberto.

4.3 Contatores Os contatores são chaves eletromagnéticas destinadas a ligar ou desligar cargas elétricas (tipo lâmpadas, motores, válvulas, entre outras cargas) ou, como define a norma NBR IEC 60947-4-1(2008, p. 1): “os contatores são destinados a fechar e abrir circuitos elétricos.” Uma grande vantagem desse dispositivo é permitir o acionamento a distância, por comando remoto. Veremos, a seguir, os tipos e as principais características desses dispositivos voltados à instalação em painéis de comandos industriais.

4.3.1 Contatores principais ou de potência O contator principal é utilizado para comandar cargas do circuito principal, também conhecido por circuito de potência, tais como motores elétricos, resistências de fornos, transformadores, geradores entre outros. Na área industrial ele é muito utilizado em painéis elétricos no comando das máquinas. A figura a seguir apresenta alguns exemplos de contatores para acionamento de motores.

4 Dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais

Figura 40 - Modelos de contatores Fonte: WEG (2013)

Um exemplo bem simples de aplicação ocorre em sistemas de abastecimento de água. Para acionarmos o motor da bomba de abastecimento a distância precisamos de um contator trifásico. O funcionamento é o seguinte: quando o usuário aperta um botão no painel, a bobina do contator é energizada e produz um campo eletromagnético que puxa o núcleo móvel e o conjunto de contatos móveis, que, quando se fecham, enviam energia para ligar o motor trifásico e, então, a bomba inicia o deslocamento de água para a caixa. Os contatores são compostos basicamente de: núcleo magnético fixo e móvel, bobina eletromagnética, contatos fixos e móveis, bornes ou terminais, molas e o invólucro externo ou carcaça. Veja a seguir as principais partes internas de um contator.

contato móvel

borne

núcleo magnético móvel

contato fixo

núcleo magnético fixo bobina eletromagnética Figura 41 - Composição interna de um contator Fonte: SENAI-SP (2013)

mola

81

82

Comandos elétricos

Para executar a instalação, é importante que você conheça a identificação dos terminais dos contatos e da bobina dos contatores, indicada na norma NBR IEC 60947-4 (2008). A identificação dos terminais das bobinas é representada por um código alfanumérico, ou seja, formado por letras e números. Veja o exemplo a seguir.

A1

A1

A2

A1

A2

A2 terminais A1 e A2 da bobina (lados opostos)

terminais A1 e A2 da bobina (no mesmo lado)

símbolo com identificação dos terminais A1 e A2

Figura 42 - Terminais de conexão A1 e A2 da bobina dos contatores Fonte: WEG (2013)

Quando a bobina for de tensão alternada e a alimentação da rede tiver um condutor fase e outro neutro, devemos conectar o fase no A1, e o neutro no A2. Se o sistema de alimentação tiver duas fases, ligamos a primeira fase no terminal A1 e a segunda no terminal A2. No caso de a bobina ser de tensão contínua, é interessante conectar o positivo no A1, e o negativo, ou GND ou 0 V, no A2. Os terminais dos contatores principais ou de potência, de acordo com a mesma norma, são identificados pela seguinte sequência: um número, uma letra maiúscula e um número. Observe a figura a seguir.

4 Dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais

número do primeiro terminal (entrada) de potência do contator (ímpar)

primeiro condutor da rede (L1)

1 / L1

2 / T1 número do primeiro terminal (de saída) de potência do contator (par)

primeiro condutor (T1) a ser conectado ao terminal 2 da carga

Figura 43 - Terminais de conexão dos contatores de potência Fonte: WEG (2013)

Para conectar os terminais de potência do contator no circuito principal, você deve conectar os fios que vêm da rede elétrica nos terminais 1/L1, 3/L2 e 5/L3, e nos terminais 2/T1, 4/T2 e 6/T3, ligando os fios que vão para a carga. Na figura a seguir, você vê um detalhamento do significado dos números e letra de identificação das entradas da rede e saídas para a carga.

83

Comandos elétricos

A simbologia de um contator principal com bobina e contatos pode ser vista na figura a seguir.

Norma 5

3

1

A1

Simbologia

NBR 12523

6

4

2

IEC 60617-7

A2

84

Figura 44 - Simbologia de um contator de potência Fonte: SENAI-SP (2013)

Os contatores de potência também são chamados de contatores de força ou de circuito de força.

4.3.2 Contatores auxiliares Os contatores auxiliares, ou de comando, são aqueles usados para ligar e desligar circuitos de baixa potência, pois têm capacidade de corrente da ordem de no máximo 10 A. São utilizados, também, para fazer a lógica de comando, acionando bobinas dos contatores de potência, lâmpadas do painel e solenoides (bobinas) de válvulas. A identificação da bobina do contator auxiliar é igual à do contator de potência, e a identificação de seus terminais segue a mesma norma vista anteriormente, NBR IEC 60947-4 (2008). Observe a figura da sequência.

4 Dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais

contatos NAs normais abertos

contatos NFs normais fechados

(ordem do contato) 1o 2o 3o 4o contato tipo do contato NA = 3 e 4 13 21 33 41 NF = 1 e 2

{

KA1 14 22 34 42

contatos NFs normais fechados

contatos NAs normais abertos

Figura 45 - Identificação dos terminais dos contatores auxiliares Fonte: WEG (2013)

Você pode ver a simbologia do contator auxiliar na figura a seguir.

41

Norma

42

33 34

21 22

13 14

A2

A1

Simbologia

NBR 12523 IEC 60617-7

Figura 46 - Simbologia de um contator auxiliar Fonte: SENAI-SP (2013)

85

86

Comandos elétricos

FIQUE ALERTA

Nunca utilize contatores auxiliares para acionamento de cargas de potência, tal como motores elétricos. Caso isto ocorra, ao acionar a carga, o contator pode “colar” ou fundir seus contatos, fazendo com que quando o botão desliga for pressionado, o motor permaneça ligado, gerando risco de acidentes.

Quando necessitamos de mais contatos de comando do que o contator dispõe, podemos acrescentar blocos aditivos de contatos em alguns modelos de contatores. Observe exemplos na figura 47.

Figura 47 - Blocos adicionais para contatores Fonte: WEG (2013)

Os blocos adicionais mais comuns são: 2 NAs, 1NA e 1NF e, em um mesmo bloco: 2NAs mais 2 NFs, ou ainda 4NAs.

4.4 Relés Relés também são chaves eletromagnéticas destinadas a ligar ou desligar cargas elétricas, porém menores que os contatores. São destinados ao acionamento de cargas de pequeno porte, tais como lâmpadas, LEDs, bobinas de contatores, válvulas e outros dispositivos eletroeletrônicos. Os relés possuem contatos que podem ser tipo NA ou NF, ou ainda contato tipo comutador, também conhecido por contato reversível. Esse contato possui um terminal comum, um NA e outro NF. Veja exemplos de relés e suas simbologias na figura a seguir.

4 Dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais

Relé

Simbologia

Norma NBR 12523

5V C2R DC MQ 5VC

D AC 0V 2V - 3 - 1 A 1A 0.5

IEC 60617-7

RC2 1 B s. M C re 0.5A 1A

VA - 125 DC res. 30V

Figura 48 - Tipos de relés suas simbologias Fonte: SENAI-SP (2013)

Encontramos relés com bobina alimentada por tensão contínua (VCC) ou alternada (VCA). Isto permite uma grande variedade de aplicações. Esses relés são muito utilizados nas áreas industrial e automotiva. O relé de estado sólido ou contator de estado sólido é um dispositivo eletrônico para acionamento de cargas elétricas de potência, tais como motores, fornos de resistência entre outras. Ele tem a mesma função que um contator: receber a tensão de comando e transferir a tensão das entradas de potência para as saídas que acionam a carga. Ele não possui contatos físicos que se fecham ou se abrem, pois o acionamento é eletrônico. Esses relés têm longa vida útil por não terem desgaste mecânico. Não geram ruído sonoro durante o acionamento da carga e seu consumo é bem menor que o do contator. Eles são fabricados com um invólucro metálico para dissipar calor e não sobreaquecerem. Podem também ser instalados diretamente na placa de montagem do painel de comando para facilitar a dissipação do calor gerado. Veja um modelo na figura a seguir.

87

88

Comandos elétricos

Figura 49 - Exemplo de relé de estado sólido Fonte: SENAI-SP (2013)

Encontramos três tipos de comando dos relés de estado sólido. a) Tensão alternada (AC): quando o relé recebe em seus terminais de comando uma tensão alternada ela “fecha” o circuito, enviando a fase da entrada para a carga. A tensão de comando para funcionamento do relé pode estar no mesmo potencial da rede ou em potencial diferente, portanto, para se instalar esse tipo de relé, você tanto pode usar uma fase qualquer da rede ou instalar um transformador e usar uma fase do secundário deste. b) Tensão contínua (DC): nesse tipo de comando, o relé entra em funcionamento quando recebe tensão contínua em seus terminais de comando com valores entre 5 VCC e 30 VCC, aproximadamente. Para instalar esse relé, basta conectar um circuito qualquer que ofereça uma tensão contínua. Você deve ficar atento à ligação, pois os terminais de comando são polarizados, ou seja, têm definidos o positivo (+) e o negativo (-). c) Resistência ôhmica: esse tipo funciona por meio de um potenciômetro conectado em seus terminais de comando, no qual, variando-se o valor da resistência, varia também a potência da carga conectada à saída do relé.

FIQUE ALERTA

No relé de estado sólido, que funciona com comando por resistência ôhmica, você não pode conectar tensão nas entradas de comando, ou seja, entradas do potenciômetro, para não danificá-lo.

4 Dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais

Veja as formas de se fazer as ligações em cada tipo de relé de estado sólido pela figura 50. fase 220 V~ AC

fase

carga AC

220 V~ AC

fase

1~

saída

entrada

220 V~ AC

fase

1~

~2

VCA 3~

fase

carga AC

saída

~2

carga AC

fase

1~

3-

entrada

~2

R ( Ohms)

VCC ~4

saída

+4

3

entrada

4

VAC

comando VAC

comando VCC

comando por variação R( )

Figura 50 - Instalação elétrica do relé de estado sólido Fonte: SENAI-SP (2013)

Devido ao fato de o relé de estado sólido não gerar manutenção e nem ruído durante o funcionamento, além das aplicações industriais, eles estão sendo muito utilizados em equipamentos médicos e hospitalares e em Centrais de Processamento de Dados (CPD). Você também encontra relés de estado sólido sendo utilizados para acionar cargas trifásicas.

4.5 Sinalizadores A sinalização é normalmente utilizada a serviço da segurança e é um recurso eficiente para advertir as pessoas sobre riscos que surjam durante algum momento do trabalho com máquinas ou equipamentos. Basicamente, encontramos dois tipos de sinalização: a sonora e a luminosa.

4.5.1 Sinalizador Sonoro Podemos utilizar como sinalização sonora as sirenes, quando precisamos de maior potência sonora, ou buzzers, quando necessitamos de menor intensidade de som. Esse tipo de sinalização é mais vantajoso comparado à sinalização luminosa, pois chama a atenção mesmo quando a pessoa não está visualizando o processo ou a máquina. Veja o quadro a seguir.

89

90

Comandos elétricos

Quadro 8 - Sinalizadores sonoros Sinalizador

Simbologia

Norma

Características Sirene eletrônica de alta potência sonora, utilizada para sinalizar situações de emergência.

IEC 60617-8

Buzzer de baixa potência sonora, utilizado para sinalizar alarmes em pequenos equipamentos.

Um cuidado que você deve ter ao instalar um sinalizador é observar o tipo da tensão de trabalho. Se for tensão alternada, verifique o valor da tensão da rede e do sinalizador e se for tensão contínua, observe também a polaridade, ou seja, tem-se um terminal exclusivo para a conexão do positivo e outro para o negativo. Normalmente, o fio positivo (+) é vermelho e o negativo (-) é preto.

4.5.2 Sinalizador Luminoso Os sinalizadores luminosos são muito utilizados em máquinas e sistemas industriais devido à sua grande variedade de aplicações. Encontramos esses sinalizadores de várias cores, com lâmpadas incandescentes, lâmpadas neon, luz LED, entre outras. Os modelos que vamos exemplificar aqui são os de embutir em painel e os de sobrepor, tipo coluna para máquinas. Veja o quadro a seguir.

4 Dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais

Quadro 9 - Sinalizadores luminosos Sinalizador

Simbologia

Norma

Características O sinalizador luminoso de embutir é utilizado nos painéis de comando das máquinas, já os de sobrepor são instalados em cima das máquinas, em lugar visível a todos.

Sinalizador de embutir IEC 60617-8

Sinalizador de sobrepor

Ao montar um painel, você deve observar na especificação qual tipo de sinalizador deve usar: de lâmpada incandescente, de neon ou de LED; o tipo de tensão de funcionamento: alternada ou contínua; e qual é seu valor de tensão: se é de 24 V, 127 V ou 220 V, por exemplo. Caso a tensão seja contínua, lembre-se da polaridade correta, conforme já explicado no item anterior acerca do sinalizador sonoro. Observe ainda o diâmetro do furo a ser feito no painel para a instalação dos sinalizadores.

FIQUE ALERTA

Quando você for montar um painel com sinalização luminosa, siga a cor de cada sinalizador de acordo com o indicado no projeto, pois cada cor indica uma situação, e se não for aplicada corretamente, poderá colocar em risco a segurança das pessoas.

91

92

Comandos elétricos

2 tensão nominal Tensão Nominal (Un) é o valor da tensão especificada pelo fabricante, por exemplo, como condição de funcionamento de um componente, dispositivo, equipamento ou sistema elétrico.

4.6 Temporizadores O temporizador tem a função de temporizar, como o próprio nome sugere “contar tempo”, ou seja, ele controla eletronicamente o tempo de abertura ou de fechamento de seus contatos. Alguns modelos temporizam quando são energizados, e outros quando são desenergizados. Eles possuem os terminais A1 e A2 para conexão dos condutores que fazem a energização da parte eletrônica e terminais para conexão dos contatos de comando do temporizador. Veja a figura a seguir.

Figura 51 - Temporizador eletrônico com contatos comutadores Fonte: SENAI-SP (2013)

Um temporizador possui elemento de comando e contatos de acionamento. O elemento de comando do temporizador – que chamaremos aqui de “bobina eletrônica”, por conter um circuito eletrônico que faz a função semelhante à de uma bobina de um relé – é a parte eletrônica que é responsável por fazer a contagem do tempo e a atuação dos contatos do temporizador. Os contatos de acionamento, por sua vez, são responsáveis por gerar as mudanças no comando da máquina. Os temporizadores são representados por símbolos, sendo que um temporizador temporizado na energização, por exemplo, tanto na norma ABNT quanto na IEC, tem suas “bobinas eletrônicas” representadas pelo mesmo símbolo. Já os contatos, de acordo com ABNT, são tratados de forma diferenciada e depende muito da interpretação do usuário.

4 Dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais

Nesse sentido, a norma IEC 60617-7 (2012) utiliza uma forma de mais fácil interpretação: tanto o símbolo da “bobina eletrônica” quanto o de contato informam se o temporizador é do tipo que atua na energização ou na desenergização. Assim, se em um diagrama você ver um contato de um temporizador qualquer, só pelo símbolo do contato você já reconhece o tipo de temporização, se na energização ou desenergização, não importando se esse contato é NA ou NF. O quadro a seguir resume a simbologia dos temporizadores. Quadro 10 - Temporizadores Componente (parte)

Simbologia

Norma NBR 12523

temporizador ativado na

IEC 60617-7

A1

Elemento de comando do

A2

energização

IEC 60617-7

Contatos do temporizador

Elemento de comando do temporizador ativado na

A1

ativados na energização

NBR 12523 IEC 60617-7

A2

desenergização

Contatos do temporizador

IEC 60617-7

ativados na desenergização

Muitos modelos de temporizadores possuem contatos comutadores ou reversíveis. Nesse caso, o terminal identificado por 15 é o terminal comum, de modo que os terminais 15 e 16 fazem a função de contato NF, e os terminais 15 e 18 fazem a função de contato NA. Quanto à instalação física em painéis de comando, os temporizadores possuem encaixe para trilho DIN 35 ou orifícios para fixação por parafusos. Ao instalar qualquer dispositivo de comando, leia o manual do fabricante. Nele, você encontra informações técnicas importantes para uma correta instalação.

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Comandos elétricos

3 espanar a rosca Espanar a rosca, segundo o dicionário Michaelis significa: desgastar-se (parafuso ou rosca) a ponto de não mais segurar. Fonte: .

4 torque É a força de giro aplicada ao parafuso durante o aperto com a ferramenta, podendo ser medida em Newtonmetros (Nm).

CASOS E RELATOS Marcos, um eletricista de uma grande empresa metalúrgica, estava trabalhando na reforma da parte elétrica de uma máquina hidráulica semiautomática. Durante a montagem do painel de comando elétrico, por engano, instalou um temporizador temporizado na desenergização, no lugar de um com retardo na energização. Quando a montagem foi concluída, a máquina foi logo testada sem nenhuma avaliação preliminar. Isto ocasionou um problema: quando o funcionário apertou o botão para iniciar seu funcionamento, o motor principal fez um ruído muito forte e quebrou a trava do sistema transportador. O pessoal da manutenção foi analisar o problema e constatou que ao iniciar o funcionamento, a máquina deveria, primeiramente, acionar os solenoides de destravamento do transportador e, depois de alguns segundos, ligar o motor principal. Como o temporizador incorreto foi instalado, tanto o motor quanto a trava foram acionados ao mesmo tempo e, como o motor estava ligado, a trava ficou presa e se quebrou. Nesse caso, temos duas falhas básicas: uma foi ter instalado o temporizador errado no painel, e a outra foi não ter testado o painel e todas suas funcionalidades antes de instalá-lo na máquina. Casos como esse poderiam ser evitados se todos os testes fossem feitos antes de colocar a máquina em funcionamento.

4.7 Conectores Os conectores ou bornes usados em instalações de comandos eletroeletrônicos industriais são componentes elétricos destinados a fazer a interligação entre os elementos e o quadro de comando. Uma de suas aplicações consiste em interligar o conjunto de botões instalados na porta com o quadro de comando, ou interligar o quadro aos motores da máquina. No qQuadro 11 - Simbologia para conexões elétricas, a seguir, você tem informações sobre esse tipo de conector ou borne.

4 Dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais

Quadro 11 - Simbologia para conexões elétricas Simbologia

Norma

Características

IEC 60617-3

O conector ou borne é um componente utilizado dentro dos painéis de comando para interligação elétrica de dispositivos.

IEC 60617-3

Este símbolo representa uma interligação elétrica a ser realizada em local determinado pelo técnico.

Esses conectores possuem uma mola, que pode ser metálica ou plástica (de poliamida), a qual permite seu encaixe através da pressão do próprio corpo do conector no trilho. Os conectores são fabricados em diferentes modelos e tamanhos, de acordo com a faixa de corrente de operação e a secção transversal (bitola) em mm2 dos condutores. O quadro a seguir apresenta especificações de um fabricante de conectores. Nele, você pode observar os dados técnicos importantes sobre esses conectores, como corrente nominal, tensão nominal2 e faixa de bitola em mm2 dos condutores, de acordo com o tipo de conector. Tabela 5 - Exemplo de especificações de conectores. Tipo

SAK 2,5

SAK 4

Código da tampa

AP2

AP3

Corrente nominal

24 A

32 A

Tensão nominal

800 V

Tipo de poste de fixação

EW35

Secção dos condutores (mm²)

0,5...2,5

SAK 6

41 A

SAK 10

57 A

SAK 2 – 4/2 (Borne duplo)

SAK B2,5 (Mini borne)

T2 – 4/2

B2,5

32 A

24 A 380 V

0,5...4

0,5...6

1,5...10

0,5...4

0,13...4

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Comandos elétricos

Alguns dados utilizados nesse quadro são meramente ilustrativos, pois eles mostram de forma genérica as especificações técnicas de um fabricante, para que você tenha uma ideia de como fazer a leitura e a interpretação de catálogos técnicos. Acompanhe a explicação. Observe na tabela 5, por exemplo, a coluna correspondente ao conector de 4 mm para trilho DIN (SAK 4). Se você cruzar com a linha referente à corrente nominal, verá que esse conector suporta 32 A. Seguindo a linha de tensão nominal, verá que ele funciona com tensão até 800 V. Podem ainda ser utilizados postes de fixação tipo EW35 e comporta condutores de secção desde 0,5 mm2 até 4 mm2, ou seja: de 0,5 mm2, 1 mm2, 1,5 mm2, 2,5 mm2 e de 4 mm2. Um aspecto importante que você deve observar quando estiver conectando a fiação, é que não se deve conectar condutor de bitola maior que a máxima especificada no quadro do borne. Pois caso isto ocorra, o parafuso não possibilitará o aperto necessário, ocasionando pressão insuficiente e contato inadequado do borne com o condutor. Ainda na tabela 5, você pode observar que existem outros modelos de conectores: o conector duplo e o mini conector, ambos têm a finalidade de otimizar o espaço do painel. Existem também conectores específicos, tais como borne para condutor neutro (na cor azul) e borne para conexão do fio terra (nas cores verde e amarela). Os conectores para a interligação do fio de aterramento, ou fio terra, são dotados de pontos de conexão de entrada e saída do fio de aterramento, e alguns possuem ainda contato direto com o trilho metálico de fixação, aumentando a eficiência e garantia da conexão. A figura a seguir apresenta um conector em corte parcial, mostrando esse contato com o trilho metálico aterrado.

Figura 52 - Conector para aterramento com ponto de contato com trilho DIN 35 Fonte: SENAI-SP (2013)

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Vamos ver agora como realizar a fixação do condutor no conector. É simples, mas para fazer uma boa conexão você deve possuir previamente algumas informações básicas e aplicar corretamente a técnica: em alguns conectores, usamos parafuso com chave de fenda para aperto, e em outros usamos chave tipo fenda-Philips, também conhecida como chave cruz. Outros ainda não têm parafusos e usam o sistema de fixação por mola de compressão. Os conectores com mola trazem as seguintes vantagens: garantir a pressão adequada ao condutor, além de tornar a montagem mais prática e rápida.

FIQUE ALERTA

Quando estiver instalando condutores e fazendo uso de alicates para corte de fios e terminais elétricos, não se esqueça de usar óculos de segurança para que as pontas de fio não atinjam seus olhos.

A figura 53 destaca alguns conectores com sistema de parafusos e conectores sem parafuso, por pressão.

conectores por parafuso

conectores por pressão

Figura 53 - Sistemas de fixação dos fios nos conectores Fonte: SENAI-SP (2013)

Na primeira imagem apresentada, o condutor está sendo conectado por meio de chave de fenda apertando o parafuso do conector. Na segunda imagem, com auxílio de uma chave de fenda, o profissional pressiona o mecanismo que libera a mola para encaixar o condutor. O torque4 de aperto do parafuso do conector é um detalhe muito importante que você deve observar durante a instalação. Assim, quando você estiver instalando um condutor, não deve apertar demais o parafuso para não ocorrer o que chamamos “espanar a rosca3”. Também não deve apertar de menos, porque causará uma pressão insuficiente no condutor, ocasionando, consequentemente, mau contato e aquecimento naquele ponto.

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Comandos elétricos

VOCÊ SABIA?

Para medir o torque, utilizamos uma ferramenta denominada torquímetro. Existem chaves de fenda com torquímetros incorporados, porém são difíceis de serem encontradas.

Para você ter uma referência sobre o torque de aperto que deve aplicar em um parafuso, veja este exemplo: com rosca métrica de 3 mm (M3), e um borne de 4 mm para trilho DIN de um determinado fabricante, o torque deve ser de, no mínimo, 0,5 Nm e de, no máximo, 1 Nm. Esse é um dado que você encontra especificado em norma e em catálogos do fabricante do produto. Para conectar um condutor em um conector, você deve seguir os seguintes passos: a) soltar o parafuso localizado na parte de cima do conector com a chave de fenda; b) decapar o condutor com a medida da parte metálica do terminal elétrico; c) introduzir o condutor na abertura lateral do conector; e d) segurar o condutor na posição desejada, apertando o parafuso até que ele esteja bem fixado. A figura ilustra dois condutores fixados corretamente no conector.

detalhe da fixação dos condutores Figura 54 - Conexão correta do condutor no conector industrial Fonte: SENAI-SP (2013)

4 Dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais

FIQUE ALERTA

Ao realizar a conexão, não decape demais o cabo para não deixar o condutor exposto, causando riscos de acidentes elétricos. Também não decape pouco, pois, quando você for conectá-lo, o parafuso pode prender sua capa causando contato insuficiente. Não é recomendável estanhar a ponta de cabos que serão fixados ao conector. Para isso, use terminais.

Outro tipo de conector que o instalador vai encontrar é o conector com fusível de proteção incorporado. Esse conector possui uma base ou porta-fusível para uso de fusível de vidro, tipo de proteção muito usada em aparelhos eletrônicos portáteis. Encontramos dois tamanhos de fusível de vidro que são mais usados: 5 mm X 20 mm e os de 6,3 mm X 32 mm, sendo a primeira medida o diâmetro e a segunda o comprimento (D X C). Observe na figura a seguir um conector fusível e seu respectivo fusível.

compartimento do fusível

alavanca para colocação e extração do fusível

fusível de vidro

Figura 55 - Conector com fusível e fusível de vidro Fonte: SENAI-SP (2013)

Quando montamos diversos conectores em um trilho, formamos um conjunto popularmente conhecido como régua de bornes.

SAIBA MAIS

Para saber mais sobre os dispositivos de comando eletroeletrônicos, você pode realizar uma busca na internet pelo nome de fabricantes, como por exemplo: Kraus Naimer, Weg, Schneider Eletric, Coel, Contemp, Fusibrás, Siemens e Conexel.

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Comandos elétricos

4.8 ACESSÓRIOS PARA RÉGUA DE BORNES Para montar uma régua de bornes de um painel industrial, você necessitará de diversos acessórios. Os principais são: tampa, poste, placa separadora, pontes conectoras (jumpers), identificadores de conectores e de condutores, acessórios para fixação em painéis de comando e terminais elétricos. A seguir, veja as características de cada um deles.

4.8.1 Tampa Quando montamos uma régua de bornes, após o último conector de uma sequencia é necessário colocar uma tampa, pois como já vimos, o conector é fechado em uma lateral e aberto na outra.

FIQUE ALERTA

Imagine o que pode acontecer se você deixar o conector sem tampa: haverá risco de choque elétrico e curto-circuito.

A tampa é feita de material plástico e isolante e é encaixada na lateral aberta do conector. Ela também é utilizada quando temos em uma régua de bornes uma sequência de conectores de 2,5 mm para trilho DIN e precisamos instalar conectores de 4 mm para trilho DIN, continuando essa sequência. A figura 56 a seguir mostra a tampa de um conector industrial para trilho DIN.

Figura 56 - Tampa de conector para trilho DIN Fonte: SENAI-SP (2013)

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4.8.2 Poste O poste é uma peça plástica encaixada no trilho e fixada por parafuso, com a finalidade de garantir que os conectores permaneçam na mesma posição em que foram instalados no trilho. Em cada extremidade da régua de bornes, deve ser fixado um poste. Veja a seguir um modelo de poste.

poste EW-2

Figura 57 - Modelos de postes Fonte: SENAI-SP (2013)

4.8.3 Placas separadoras As placas separadoras são usadas para dividir conjuntos de conectores com funções distintas. Imagine uma régua com 5 bornes, exclusiva para conectar os fios que vão para o painel de comando localizado na porta, e um outro conjunto com 5 bornes na sequência para conexão dos condutores que vão para os sensores que ficam na estrutura da máquina. Eis, aqui, a função das placas separadoras: separar um conjunto do outro.

Figura 58 - Régua de bornes com conectores divididos por placas separadoras Fonte: SENAI-SP (2013)

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Comandos elétricos

Veja que todos esses bornes podem ser do mesmo tipo e tamanho, porém, como eles apresentam funções diferentes é aconselhável a colocação de placas separadoras para formar conjuntos distintos.

4.8.4 Ponte Conectora A ponte conectora é um terminal de interligação entre conectores, também conhecido como jumper. Serve para distribuir a alimentação sem a necessidade de se conectar fio externo. Isso facilita e simplifica o trabalho, além de trazer outra vantagem: deixa livres os dois pontos de conexão do conector. Ela é metálica e possui, na parte superior, parafusos para fixação nas roscas dos bornes. A figura a seguir mostra um exemplo dessa ponte conectora.

Figura 59 - Pontes conectoras instaladas em régua de bornes Fonte: SENAI-SP (2013)

Nas pontes com parafusos, as partes metálicas são expostas e, portanto, necessitam de miniplacas isoladoras entre as pontes.

4.8.5 Identificadores para conectores Os identificadores, ou placas de identificação, são pequenas peças plásticas para identificação dos conectores. Temos identificadores com letras, com números e com letras e números, cuja função é organizar o painel, facilitando sua montagem e a manutenção. Observe as fotos da figura a seguir.

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placas de identificação na cartela

placas de identificação instaladas Figura 60 - Placas de identificação Fonte: SENAI-SP (2013)

Eles são destacados da cartela e fixados na parte superior dos conectores por encaixe.

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Comandos elétricos

4.8.6 Identificadores para condutores Os identificadores para condutores são instalados diretamente no condutor. Eles facilitam a montagem e a manutenção, auxiliando na prevenção de erros durante as conexões. Podem ser encontrados com letras, com números ou com letras e números. Os tipos mais comuns são: anilha, plaquetas de encaixe e fita adesiva de identificação. Veja a seguir cada um desses tipos em detalhes.

Identificador tipo anilha A anilha é uma espécie de anel plástico com identificação na parte lisa exterior. São encontradas em tamanhos diferentes para condutores de até 16 mm de secção, em tiras tubulares pré-partidas prontas para serem destacadas e inseridas no condutor, conforme mostra a figura a seguir.

tiras de anilhas

anilhas instalada Figura 61 - Anilhas Fonte: SENAI-SP (2013)

Existe também outro modelo de anilha, em formato de “U”, que é fixada por encaixe, abraçando o condutor, sendo possível sua instalação em cabos que já contenham terminais ou que já estejam conectados a bornes.

Identificadores tipo plaqueta plástica Esses identificadores estão disponíveis em cartelas em branco, sem gravação, que recebem identificação impressa. Para instalá-los no condutor, você deve destacar a plaqueta da cartela já com a identificação impressa, encaixar no porta -etiqueta e, por último, inserir o conjunto de etiqueta e de porta-etiqueta no condutor. Observe a figura a seguir.

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plaqueta no circuito de potência

plaqueta no circuito de comando

Figura 62 - Identificação tipo plaqueta plástica de encaixe com etiqueta impressa Fonte: SENAI-SP (2013)

Essa tecnologia de identificação é muito utilizada por grandes empresas de montagem de painéis elétricos e exige alguns recursos específicos como uma impressora própria e um software para impressão nas plaquetas plásticas de identificação. Existe ainda um tipo de plaqueta plástica de encaixe na qual as identificações já vêm impressas, ou seja, encontramos os números, letras e símbolos já gravados individualmente. No momento de instalar a identificação no condutor, o instalador deve compor a identificação, dígito por dígito, para formar o código completo da identificação, encaixando-os no porta-etiqueta. Veja a seguir.

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Comandos elétricos

Figura 63 - Identificação tipo plaqueta de encaixe Fonte: SENAI-SP (2013)

O porta-etiqueta é encontrado em diversos tamanhos para atender às diferentes bitolas dos condutores.

Identificadores tipo fita adesiva Os identificadores tipo fita adesiva são fornecidos em carretéis dispensadores de fita e sua aplicação é bem simples: você escolhe o número que deseja, puxa a fita de forma suficiente para dar ao menos uma volta e meia no condutor, corta a fita puxando-a contra a lâmina de corte existente no próprio carretel e, depois, cola a identificação no condutor, fazendo movimento circular em torno dele. Encontramos fitas de diferentes cores e tamanhos para atender à variação de diâmetros de condutores. Observe a figura a seguir.

Figura 64 - Carretel porta fita identificadora Fonte: SENAI-SP (2013)

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Essa forma de identificação não tem sido muito utilizada em painéis de comando industriais, em ambientes com a presença de agentes agressivos como óleo, graxa, aquecimento e vapores químicos.

4.8.7 Acessórios para fixação dos condutores em painéis de comando Os suportes autocolantes, as abraçadeiras plásticas e a abraçadeira espiral duto são importantes acessórios para fixação dos condutores do chicote elétrico5 nas portas, tampas e laterais dos painéis.

Suportes autocolantes Os suportes autocolantes, também conhecidos como fixadores autoadesivos, servem de ponto de fixação ao chicote elétrico. Devem ser colados na parte interna da porta do painel para fixar o chicote que interligará os dispositivos do painel. O suporte possui duas passagens, permitindo a instalação de abraçadeira e do chicote na posição vertical ou horizontal na porta do painel. Os suportes possuem fita dupla face em sua base. Para instalá-los, você deve retirar o papel protetor e colá-los no local desejado. Depois, é só passar a abraçadeira plástica e prender o chicote. Veja a figura a seguir.

suporte

suporte instalado Figura 65 - Suporte autocolante Fonte: SENAI-SP (2013)

Para uma perfeita adesão, é muito importante que a superfície esteja limpa, e livre de poeira e gordura.

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Comandos elétricos

Abraçadeiras plásticas As abraçadeiras plásticas são utilizadas para amarrar os condutores de modo a formar o chicote elétrico do painel. São fabricadas em nylon em vários tamanhos e têm boa resistência. No ato da instalação, você ajusta sua medida de acordo com a quantidade de condutores do chicote. Uma vez instaladas, elas não podem ser reutilizadas.

Figura 66 - Abraçadeira plástica Fonte: SENAI-SP (2013)

Para instalar uma abraçadeira em um chicote elétrico, você deve: a) pegar a abraçadeira e envolvê-la em torno dos condutores do chicote elétrico; b) inserir a ponta da abraçadeira na cavidade da trava; c) puxar a ponta da abraçadeira até prender seguramente os condutores; e d) cortar a parte da abraçadeira que sobrou com um alicate de corte. Ao instalar as abraçadeiras, não deixe pontas expostas capazes de causar ferimentos.

Espiral duto O espiral duto, também denominado abraçadeira espiral duto, é um acessório feito de material plástico que tem o formato semelhante a uma mola. É outra opção de formação do chicote elétrico.

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Figura 67 - Abraçadeira espiral duto Fonte: SENAI-SP (2013)

Encontrado nas cores branca e preta, e nas medidas de ½”, ¾” e 1”, é usado para direcionar o chicote elétrico de um painel de comando protegendo o conjunto de condutores e melhorando a aparência da instalação. Para instalá-lo, você deve envolver os fios enrolando-os no chicote até o ponto desejado.

4.8.8 Terminais elétricos Os terminais elétricos são instalados nos condutores para dar melhor acabamento à instalação, melhorar o contato elétrico, evitar que a identificação se solte do fio e para evitar que alguns pequenos fios de cobre do cabo escapem do conector, gerando risco de contato com outra superfície condutora. Para instalar esses terminais nos condutores, utilizamos um alicate manual conhecido por alicate prensa-terminais, que por meio de compressão ou prensagem, fixa o terminal no condutor. Existem basicamente dois tipos de alicates para essa finalidade, de acordo com o tipo de terminal a ser instalado: a) alicate prensa-terminais para terminais de corpo isolado e não isolado; e b) alicate prensa-terminais para terminal ilhós (ou tubular). Esses alicates também são conhecidos por alguns instaladores por alicates crimpadores, devido ao fato de darem nome ao processo de prensagem de terminais como crimpagem de terminais. Observe na figura a seguir os tipos de terminais de corpo isolado e não isolado e o alicate prensa-terminais.

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Comandos elétricos

terminais 1

2

3

corpo isolado: corpo não-isolado:

1

2

alicate prensa-terminais 3

4

1 - pino 2 - anel 3 - forquilha 4 - forquilha Figura 68 - Tipos de Terminais Fonte: SENAI-SP (2013)

Os terminais são escolhidos de acordo com a bitola do condutor e conforme o sistema de fixação que se pretende utilizar. Vamos a alguns exemplos práticos: quando é necessário ligar um condutor em conectores industriais de painel de comando (popularmente conhecido por borne SAK), é preciso utilizar o conector de tipo pino. Quando a necessidade é conectar um condutor em um ponto de aterramento do painel no qual é fixado por parafuso, o ideal é utilizar o terminal de tipo anel e, até em alguns casos, podem ser utilizados os terminais de tipo forquilha. Os condutores precisam ser decapados antes da instalação dos terminais. Para isso, usamos alicates decapadores. Veja um exemplo.

Figura 69 - Alicate para decapagem de condutores Fonte: SENAI-SP (2013)

4 Dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais

Na sequência da figura a seguir, você acompanha cada passo do procedimento para prensagem de terminais de corpo isolado. Saiba que o procedimento é o mesmo para o não isolado.

Figura 70 - Procedimento de prensagem de terminais Fonte: SENAI-SP (2013)

Note que o terminal é prensado na parte do corpo que recebe uma cobertura isolante. O terminal de tipo ilhós ou tubular é prensado pela ponta metálica, parte que vai diretamente conectada ao borne. Para instalar esse tipo de terminal, utilizamos outro modelo de alicate, o alicate prensa-ilhós. Na figura a seguir, veja exemplos desses terminais e de seu alicate.

Figura 71 - Terminais de tipo ilhós tubular Fonte: SENAI-SP (2013)

Esse tipo de terminal é instalado em condutores que serão conectados exclusivamente em conectores industriais de painel de comando (SAK).

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Comandos elétricos

A seguir, na sequência da figura, acompanhe cada etapa de instalação dos terminais de tipo ilhós ou tubular.

Figura 72 - Procedimento de prensagem de terminais ilhós tubular Fonte: SENAI-SP (2013)

Encontramos alicates que possuem mais algumas funcionalidades, por exemplo, além de prensar o terminal no condutor, servem também para cortar e decapar o condutor.

SAIBA MAIS

Para saber mais sobre os acessórios e as ferramentas para instalação em painéis de comando eletroeletrônicos, você pode realizar uma busca na internet pelo nome de fabricantes, como: 3M, Crimper, Hellermann, Hollingswort, Phoenix Contact e Steck.

4 Dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais

RECAPITULANDO Neste capítulo, você conheceu os principais dispositivos de comandos eletroeletrônicos industriais. Apresentamos características físicas e elétricas importantes para a instalação de chaves seccionadoras, botões, sinalizadores, chaves de fim de curso, contatores e relés, relés de estado sólido, temporizadores e acessórios. Você viu também acessórios usados na instalação e sua importância para os painéis de comando eletroeletrônicos industriais. Apresentamos os tipos de conectores e identificadores de fios, assim como os procedimentos de instalação dos terminais nos condutores. Reforçamos a importância desses conhecimentos e procedimentos técnicos, pois eles fazem parte do dia a dia nos trabalhos de instalação e montagem de painéis de comando de sistemas eletroeletrônicos industriais.

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Máquinas Elétricas Estáticas

5 Agora que você já tem conhecimento sobre a instalação de dispositivos de comando eletroeletrônicos, vai conhecer as máquinas elétricas estáticas industriais. As máquinas elétricas são equipamentos que funcionam pelo princípio da indução eletromagnética. São de grande importância, pois estão presentes em todos os tipos de indústrias. As máquinas elétricas estáticas são os transformadores e os autotransformadores. Neste capítulo, vamos estudar somente os transformadores. Os autotransformadores serão abordados na unidade curricular de Sistema de partida de motores elétricos com chave compensadora

5.1 Características dos transformadores Os transformadores são equipamentos elétricos que modificam níveis de tensão, fornecendo-a de acordo com as necessidades dos diversos circuitos elétricos ou eletrônicos. Os equipamentos elétricos e eletrônicos muitas vezes funcionam com tensões de valores diferentes daqueles fornecidos pela rede elétrica de alimentação, por isso há necessidade de transformadores. Apesar de denominados transformadores, eles não transformam um tipo de tensão em outro. Eles funcionam normalmente em tensão alternada, recebem tensão alternada na entrada e fornecem tensão alternada na saída. Em motores à explosão, temos transformadores operando com tensão contínua pulsante na sua entrada. Os transformadores elevam, reduzem ou isolam a tensão de saída, podendo ser: a) transformador redutor ou abaixador, que fornece na saída uma tensão menor que a da entrada; b) transformador elevador, que fornece na saída uma tensão maior do que a da entrada; e c) transformador isolador, que não eleva e nem reduz tensão, ou seja, ele mantém a tensão de saída no mesmo valor da tensão de entrada. Esse transformador é utilizado em situações mais específicas, tais como isolação galvânica do circuito alimentado pela saída do transformador. Também é utilizado para limitar a corrente em caso de curto-circuito.

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Comandos elétricos

VOCÊ SABIA?

Isolação galvânica ou isolação magnética é utilizada quando precisamos que um circuito fique totalmente isolado de outro circuito, sem nenhum ponto em comum, nem mesmo a terra. Conseguimos isso ligando a rede elétrica na entrada do transformador, e o circuito que desejamos isolar na saída do transformador. Separando os potenciais dessa forma, a entrada não tem nenhuma ligação elétrica com a entrada do transformador, sendo a ligação exclusivamente magnética.

VOCÊ SABIA?

As bancadas de teste e de manutenção de equipamentos eletroeletrônicos podem ser equipadas com transformador isolador. Ele evita a ocorrência de choque elétrico, caso alguém toque em alguma parte metálica aterrada na sua rede de alimentação da entrada. E, em caso de curto-circuito, as consequências serão minimizadas, pois a corrente é limitada à potência do transformador.

Os transformadores podem ser refrigerados a óleo isolante ou a seco. Os a óleo isolante são muito utilizados em transmissão e distribuição elétrica, por trabalharem com tensões mais elevadas. Já os a seco são refrigerados pelo próprio ar ambiente e são muito utilizados em equipamentos eletrônicos, instrumentos de medição e máquinas industriais. Esses transformadores são compostos essencialmente de núcleo e bobinas.

5.1.1 Núcleo O núcleo é de aço e tem a finalidade de conduzir as linhas magnéticas geradas pelo transformador, formando um circuito magnético. São fabricados com chapas laminadas de aço silício, montadas aos pares, até completar sua largura total. Os formatos dos transformadores variam em função dos formatos dos núcleos, representados por letras de fôrma, como mostra a figura a seguir.

5 Máquinas Elétricas Estáticas

chapas E, I

chapas C, I

chapas C, C

Figura 73 - Formatos dos núcleos de transformadores Fonte: SENAI-SP (2013)

Dentre os formatos de núcleos apresentados acima, o tipo mais usado é o formado por chapas nos modelos das letras E e I.

5.1.2 Bobinas As bobinas, também denominadas indutor, servem para gerar o campo eletromagnético dos transformadores. São feitas a partir de fios com isolação a verniz, conhecidos por fio magnético. Uma bobina é formada por diversas espirais, ou seja, várias voltas de fio enrolados em um carretel. Daí se origina o nome enrolamento, forma como também são conhecidas as bobinas. Nos transformadores, temos dois tipos de bobinas: a) bobina primária – alimentada pela tensão da rede; e b) bobina secundária – na qual retiramos a tensão para alimentar um equipamento ou carga elétrica. A bobina primária é eletricamente isolada da bobina secundária, ou seja, não tem nenhuma ligação elétrica com a bobina secundária do transformador.

5.2 Tipos de transformadores Existem diversos tipos de transformadores, porém aqui trataremos dos transformadores de potencial monofásicos e trifásicos por serem os mais utilizados em sistemas eletroeletrônicos industriais.

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Comandos elétricos

5.2.1 Transformadores monofásicos Os transformadores monofásicos são aqueles alimentados por uma ou duas fases, muito utilizados em circuitos de potência, no comando de máquinas e nos equipamentos eletrônicos. Observe um exemplo a seguir.

Transformador monofásico

Simbologia

Norma

NBR 5444

NBR IEC 60617-6

Figura 74 - Transformador monofásico Fonte: SENAI-SP (2013)

Há transformadores monofásicos com mais de uma bobina primária e/ou secundária, que são denominados de transformadores de entradas e/ou saídas múltiplas.

Instalação de transformadores monofásicos Antes de instalar um transformador é importante saber qual enrolamento é o de maior tensão e qual é o de menor tensão. Isso pode ser feito testando a resistência ôhmica com o ohmímetro ou multímetro na escala de resistência. A bobina que apresentar maior resistência será aquela que trabalha com a maior tensão e, consequentemente, a de menor resistência será a que trabalha com a menor tensão. Os transformadores monofásicos mais comuns são os que têm o primário com três fios ou o primário com quatro fios. Vamos ver como se faz a ligação em cada um deles.

5 Máquinas Elétricas Estáticas

Ligação de transformador monofásico com três fios Um transformador que possui primário com três fios, também denominado transformador com derivação central, é constituído por uma bobina para 220 V com uma derivação central (Center Tap) que permite dividir o primário em duas partes, de modo que temos a opção de alimentá-lo com a metade da tensão,110 V, desde que se utilize a derivação central e uma das extremidades da bobina. Alguns equipamentos eletrônicos possuem uma chave de seleção de tensão 110 V/220 V, que serve para escolher em qual tensão você quer ligar o equipamento. A figura a seguir ilustra um transformador com três fios no primário e a instalação da chave de seleção de tensão.

220 V

110 V

220 V

entrada

110 V

entrada Figura 75 - Transformador de monofásico com três fios e chave 110 V/220 V Fonte: SENAI-SP (2013)

A chave 110 V/220 V também é chamada de chave HH e possui seis terminais de conexão. Na posição 110 V, a chave fecha os contatos centro-esquerda; na posição 220 V, fecha os contatos centro-direita. Observe na figura a seguir a instalação da chave HH instalada em um transformador de três fios.

220V 110V

0V

Figura 76 - Chave HH instalada em transformador monofásico com primário com três fios Fonte: SENAI-SP (2013)

Nesse tipo de transformador, na maioria dos casos, não temos o terminal central exatamente no meio da bobina primária de 220 V, pois a tensão da rede elétrica na maior parte das regiões do Brasil não é de 110 V, mas sim 127 V.

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Comandos elétricos

1 Equipamentos eletrônicos tiristorizados

FIQUE ALERTA

São aqueles compostos por componentes eletrônicos da família dos tiristores, utilizada para o acionamento de dispositivos de corrente alternada.

Nunca inverta as ligações do primário pelas do secundário. Por exemplo, se você tem um transformador abaixador de 220 V de entrada e 22 V de saída, a razão entre as tensões é a saída com tensão 10 vezes menor que a entrada. Se, por engano, você ligar 220 V no enrolamento de menor tensão, vai sair 2.200 V, ou seja, tensão 10 vezes maior. Essa falha pode causar incêndio ou danos aos enrolamentos e acidentes com as pessoas que estiverem em contato. Portanto, certifique-se antes de energizar.

Ligação de transformador monofásico com quatro fios Um transformador que possui primário com quatro fios é constituído de dois enrolamentos de 110 V isolados entre si. A ordem de início e fim de cada um desses enrolamentos deve ser respeitada para evitar danos ao se energizar o equipamento. Observe, na figura a seguir, as ligações desse transformador alimentado em 110 V e 220 V, respeitando os inícios (I) e fins (F) da bobinas.

I1

I1 110 V

110 V entrada 110 V

F1

saída

I2

F1

entrada 220 V

saída I2

110 V

110 V F2

F2

Figura 77 - Ligação de transformador monofásico com primário com 4 fios Fonte: SENAI-SP (2013)

Compare a figura a seguir com a anterior e veja que na ligação em 110 V as bobinas primárias ficam em paralelo, de modo que o início da 1ª bobina é conectado com o início da 2ª bobina. E na ligação 220 V as bobinas ficam em série, sendo que o fim da 1ª bobina é conectada ao início da 2ª bobina.

110 V

220 V

Figura 78 - Ligação de transformador monofásico com primário com 4 fios Fonte: SENAI-SP (2013)

5 Máquinas Elétricas Estáticas

Por possuir mais fios, esse tipo de transformador requer mais cuidado na instalação, para que não ocorra inversão dessa chave, conforme apresentado na figura a seguir.

Figura 79 - Instalação de chave HH em transformador monofásico com primário com 4 Fonte: SENAI-SP (2013)

CASOS E RELATOS Ao instalar uma chave de seleção de tensão na entrada do transformador monofásico de uma máquina para possibilitar sua ligação nas tensões 110 V ou 220 V, um eletricista não observou a indicação impressa na chave e inverteu as ligações. Ao energizar com 220 V da rede elétrica, estando a chave na posição 220 V devido à inversão, a saída do transformador forneceu o dobro do valor de tensão esperado, danificando o circuito eletrônico da máquina.

121

122

Comandos elétricos

Se antes de energizar, ele tivesse realizado os testes com o ohmímetro teria percebido o erro, pois na posição 110 V o instrumento indicaria um pequeno valor de resistência ôhmica, uma vez que as duas bobinas estariam em paralelo e, na posição 220 V, indicaria um valor maior de resistência devido às duas bobinas estarem ligadas em série. Portanto, , nunca energize um equipamento recém instalado, modificado ou reparado antes de fazer as conferências necessárias para evitar danos e garantir o bom funcionamento da máquina, nunca energize um equipamento recém instalado, modificado ou reparado.

5.2.2 Transformadores trifásicos Os transformadores trifásicos, assim como os monofásicos, são formados de um núcleo de chapas de aço silício, enrolamentos e terminais de ligação. Sua principal diferença está no núcleo, que possui três colunas nas quais são instaladas as bobinas primárias e secundárias. Encontramos transformadores trifásicos nas ruas, no alto de alguns postes utilizados na transmissão e distribuição de energia em redes aéreas. Nas indústrias, são usados para compatibilizar tensões em circuitos de potência. Por exemplo, se você instalar um transformador trifásico de 380 V para 220 V poderá alimentar uma máquina trifásica de 220 V, desde que tenha potência suficiente para tal. Outra aplicação industrial importante é sua instalação em circuitos que alimentam equipamentos eletrônicos tiristorizados de controle de velocidade. Nesse caso, o transformador trifásico pode ser instalado para minimizar os efeitos das interferências na rede.

5 Máquinas Elétricas Estáticas

Os transformadores trifásicos industriais são identificados pelos seguintes símbolos, de acordo com a figura a seguir.

Simbologia

Norma

NBR 5444

IEC 60617-6

Figura 80 - Transformador trifásico Fonte: SENAI-SP (2013)

Como esses transformadores estão sujeitos à vibrações durante o funcionamento, devem ser bem fixados nos locais onde serão instalados, bem como seus terminais elétricos. Para instalar transformadores, basta fixá-los com parafusos no painel ou em outro local onde funcionarão.

Ligação de transformador trifásico Semelhantes aos motores, nos transformadores trifásicos industriais os fios ou pontas de ligação são identificados por números. Observe, no quadro a seguir, as ligações mais usadas em sistemas trifásicos.

123

124

Comandos elétricos

Quadro 12 - Exemplos de fechamentos de transformador trifásico símbolo e denominação

∆/∆ triângulo - triângulo

Y /Y estrela - estrela

∆ /Y triângulo - estrela

Y/∆ estrela - triângulo

diagrama enrolamento de entrada de tensão

enrolamento de saída de tensão

5 Máquinas Elétricas Estáticas

Como você pôde observar no qQuadro 12 - Exemplos de fechamentos de transformador trifásico, as ligações ou fechamentos mais comuns nos transformadores trifásicos são: triângulo ( � ) e estrela ( Y ). Para que você possa compreender melhor esses fechamentos, acompanhe os dois exemplos a seguir.

Exemplo 1 - Fechamento de transformador trifásico ( � / Y ) Considerando que cada bobina tem tensão nominal de 220 V, qual fechamento preciso fazer neste transformador trifásico para alimentar com 220 V a entrada e retirar 380 V na saída? Para responder a essa questão, veja as ligações no diagrama.

Figura 81 - Ligação de transformador trifásico em Triângulo (∆) - Estrela (Y) Fonte: SENAI-SP (2013)

Nesse fechamento, as três bobinas primárias configuram a ligação Triângulo, e as três bobinas secundárias têm suas saídas ligadas (jumpeadas), fazendo uma configuração Estrela. Dessa forma, na entrada temos 220 V da ligação Triângulo e na saída Estrela, 380 V.

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Comandos elétricos

Exemplo 2 - Fechamento de transformador trifásico ( Y / � ) No mesmo transformador, qual fechamento preciso fazer para alimentar a entrada com 380 V e retirar 220 V na saída? Observe as ligações no diagrama.

Figura 82 - Ligação de transformador trifásico em Estrela (Y) - Triângulo (∆) Fonte: SENAI-SP (2013)

Note que nessa ligação ocorre o inverso da anterior: na entrada, a ligação estrela suporta 380 V e, na saída, temos 220 V da ligação triângulo. Assim, para quaisquer fechamentos que você for realizar, deve seguir as indicações da placa de ligações do transformador e/ou consultar o catálogo do fabricante.

SAIBA MAIS

Para saber mais sobre transformadores de potência, use um site de busca e consulte fabricantes como ABB, Siemens, Toshiba e WEG.

Os transformadores do sistema elétrico de potência usados em distribuição de energia têm seus terminais identificados, além dos números, por letras, sendo “H” as pontas do enrolamento do primário e “X” as do secundário.

5 Máquinas Elétricas Estáticas

RECAPITULANDO Neste capítulo, você conheceu os transformadores mais utilizados nas indústrias, suas características construtivas e aspectos referentes à sua instalação. Mostramos a instalação de chave de seleção de tensão para transformadores monofásicos e as principais ligações de transformadores trifásicos industriais. Como eletricista industrial, poderão lhe pedir para executar esse tipo de instalação.

127

Máquinas Elétricas Rotativas

6 As máquinas elétricas rotativas compreendem os motores elétricos e os geradores de energia elétrica. Ambos possuem características semelhantes, sendo assim, neste capítulo abordaremos mais especificamente os motores elétricos. Os motores elétricos são dispositivos bem conhecidos, pois os encontramos em vários eletrodomésticos, tais como: liquidificador, batedeira, espremedor de frutas, geladeira etc. Na indústria, esses motores são muito utilizados nas máquinas e nos processos de fabricação, podendo ser de dois tipos: corrente alternada ou corrente contínua, conforme mostra o esquema a seguir. split - phase capacitor de partida gaiola de esquilo

polos sombreados

assíncrono

síncrono motor CA

universal assíncrono

trifásico motores elétricos

repulsão relutância histerese de gaiola de anéis ímã permanente

síncrono excitação série

motor CC

capacitor de dois valores rotor bobinado

monofásico

capacitor permanente

excitação independente excitação compound ímã permanente Figura 83 - Tipos de motores elétricos Fonte: SENAI-SP (2013)

polos salientes polos lisos

130

Comandos elétricos

6.1 Motores elétricos de corrente alternada Os motores que funcionam alimentados por corrente alternada, como você observou no esquema, podem ser monofásicos ou trifásicos. A seguir, veremos as características, as aplicações e as formas de ligação de cada um deles.

6.1.1 Motor Elétrico Monofásico de fase auxiliar Os motores elétricos monofásicos são instalados geralmente em locais onde não se dispõe de sistemas trifásicos, em equipamentos de baixas potências como: compressores, bombas, exaustores, torres de refrigeração e trituradores. Podem ser alimentados por duas tensões 127 V ou 220 V, por uma fase ou duas fases da rede, e são compostos por estator, bobinas de trabalho e de partida, rotor, tampas, hélice de ventilação, capacitor, contato centrífugo e caixa de ligações. Veja, na figura a seguir, cada uma dessas partes indicadas por um número e, em seguida, verifique suas respectivas identificações.

8

7

9

4 1

5 6 2e3

Figura 84 - Motor monofásico em corte Fonte: SENAI-SP (2013)

1) Estator: parte fixa do motor que serve para abrigar as bobinas de trabalho e de partida do motor, constituindo a parte cilíndrica da carcaça. 2) Bobinas de trabalho: produzem o campo eletromagnético girante responsável pela rotação do rotor. Ficam instaladas no estator.

6 Máquinas elétricas rotativas

3) Bobina de partida ou enrolamento auxiliar: usada somente para partir o motor e definir o sentido de giro. 4) Rotor (tipo gaiola de esquilo): integra o conjunto do eixo do motor, é a peça cilíndrica que gira dentro do estator. 5) Tampas: abrigam os rolamentos que suportam o rotor e o eixo do motor. Há duas tampas, sendo uma de cada lado. 6) Hélice de ventilação: serve para ventilação interna do motor e está acoplada ao eixo. 7) Capacitor: tem a função de auxiliar a partida do motor, sendo normalmente instalado acima do estator, envolvido por proteção metálica. 8) Contato centrífugo: serve somente para dar a partida no motor. É um contato normalmente fechado (NF) que se abre quando o motor entra em rotação. 9) Caixa de ligações: dispõe dos fios para as ligações da tensão da rede e seleção de tensão ou velocidade do motor e está localizada normalmente na lateral do estator. Quando o motor é energizado, suas bobinas recebem tensão e surge um campo eletromagnético devido à circulação da corrente elétrica, que movimenta o rotor e, consequentemente, o eixo do motor. O enrolamento de partida, o capacitor e o contato centrífugo servem somente para a partida do motor, pois quando está em rotação o contato desliga esse conjunto, e o motor continua em funcionamento. Os motores monofásicos são de pequena potência, de velocidade fixa e funcionam em redes de tensão alternada com frequências de 50 Hz ou 60 Hz, sendo que os de maior velocidade não ultrapassam os 3600 RPM (rotações por minuto). Esse motor é fixado pela base metálica por meio de parafusos e, devido à exposição a vibrações, é aconselhável utilizar arruela de pressão para sua instalação.

Ligação do motor monofásico de fase auxiliar Os motores monofásicos possuem duas, quatro ou seis pontas numeradas para efetuar as ligações ou fechamentos para 110 V ou 220 V, ou ainda para inversão do sentido de giro. Os motores com duas pontas são aqueles que dispõem de dois fios para ligação da rede elétrica e não permitem mudança de tensão de funcionamento, ou seja, se estiverem especificados para uma tensão de trabalho de 110 V, você não poderá aplicar 220 V e vice-versa.

131

132

Comandos elétricos

Os motores com quatro pontas permitem somente inverter o sentido de giro. Esse fechamento não é muito usual. Os motores com seis pontas dispõem de seis fios numerados de 1 a 6 para efetuar as ligações ou fechamentos para 110 V ou 220 V, além de permitir a inversão do sentido de giro. Esses são os mais utilizados. As tensões de alimentação podem chegar até 127 V ou 230 V. Para realizar esses fechamentos, é fundamental que o instalador siga as ligações indicadas na placa existente na lateral do motor, pois existem variações quanto à numeração das pontas de acordo com cada fabricante. Veja as ligações mais usuais desses motores.

3

2

3 6

5 1

2 6

5 1

4

110 V

4

220 V Figura 85 - Fechamentos do motor monofásico Fonte: SENAI-SP (2013)

Esses fechamentos sofrem variações de acordo com o padrão de cada fabricante e a norma utilizada. Portanto, é importante seguir as ligações indicadas na placa de identificação existente no motor. A tabela 6, ao final deste capítulo, apresenta a correspondência dos números utilizados com as outras formas de identificação dos cabos de ligação dos motores. As pontas 5 e 6 do enrolamento de partida também são responsáveis por definir o sentido de giro do eixo do motor, ou seja, a forma de ligar essas pontas define para que sentido o eixo do motor irá girar. Se você ligar o motor e o eixo girar para um sentido indesejado, basta inverter a ponta 5 pela 6, tanto na ligação para 110 V quanto na 220 V. No entanto, a inversão dos terminais deve ser feita com motor parado, pois não é possível inverter a rotação durante o funcionamento, devido ao fato de o contato centrífugo estar aberto enquanto o motor está girando.

6.1.2 Motores Elétricos Trifásicos Os motores elétricos trifásicos são muito utilizados nas máquinas e nos processos industriais, devido à sua eficiência, simplicidade, robustez e baixa manutenção.

6 Máquinas elétricas rotativas

Os motores trifásicos, ao contrário dos monofásicos, são ilimitados em potência, permitem a inversão da rotação durante o funcionamento e o controle da velocidade por equipamentos eletrônicos. Essas características conferem a esse motor uma grande gama de aplicações industriais. Os motores trifásicos comuns são alimentados por uma rede elétrica constituída de três condutores de fase, identificados pelas letras R, S e T. Esses motores possuem uma estrutura bem semelhante à dos monofásicos, sendo constituídos por: estator, rotor, tampas com rolamentos, hélice de ventilação e caixa de ligações. No entanto, sua estrutura é mais simples, pois não necessitam de capacitor de partida, contato centrífugo e nem enrolamento de partida. Veja as partes do motor trifásico representadas a seguir. caixa de ligações

rotor

estator

hélice

tampas com rolamentos Figura 86 - Motor trifásico em corte Fonte: SENAI-SP (2013)

Esses motores são fabricados em diferentes potências e velocidades para trabalharem em redes de tensão alternada, com frequências de 50 Hz ou 60 Hz. Quando se deseja inverter a rotação dos motores trifásicos, basta inverter duas fases quaisquer (uma pela outra) das três fases que o alimentam. No entanto, o ideal é que cada motor esteja com sua numeração e fechamento corretos, e que a instalação das fases esteja também na ordem correta, ou seja, R, S e T, para que, no momento de acionar o motor, o instalador saiba o sentido correto em que irá girar.

133

134

Comandos elétricos

Há equipamentos que só trabalham em um único sentido de giro, sob o risco de sofrer dano. Nesses casos, é aconselhável desacoplar o seu motor para ligá-lo em separado, e só depois fazer o acoplamento e testá-lo com a garantia de que não haverá risco de acidentes.

FIQUE ALERTA

As fases R, S e T da rede de alimentação podem ser verificadas por meio de um instrumento conhecido como sequenciador de fases ou fasímetro. Vamos apresentar as formas de ligação dos três tipos de motores trifásicos assíncronos mais usados: comum de rotor-gaiola, de velocidade única; Dahlander, de duas velocidades; e os de rotor bobinado, que permitem que se obtenham várias velocidades ou até ajustar e controlar a velocidade.

Ligação do motor trifásico assíncrono de rotor gaiola Os motores trifásicos assíncronos de rotor gaiola podem trabalhar com mais de uma tensão. No entanto, só oferecem a possibilidade de uma velocidade de rotação. São encontrados com 3, 6, 9 ou 12 pontas, possibilitando sua instalação em diferentes níveis de tensão. Os motores fabricados com seis pontas normalmente podem trabalhar com duas tensões, sendo as mais comuns 220 V e 380 V. Os fechamentos mais usuais para essas tensões podem ser vistos na figura a seguir.

L1

L2

L3

L1

L2

L3

1

2

3

1

2

3

4

5

6

4

5

6

220 V

380 V

Figura 87 - Fechamentos do motor trifásico de 6 pontas Fonte: SENAI-SP (2013)

As inscrições L1, L2 e L3 indicam a entrada da alimentação, sendo que as fases R, S e T da rede elétrica seguem essa ordem. A ligação para 220 V faz um fechamento interno chamado de simples triângulo (∆) ou delta. A ligação para 380 V recebe o nome de simples estrela (Y).

6 Máquinas elétricas rotativas

Os motores fabricados com nove pontas podem funcionar somente com duas tensões, de acordo com os tipos de ligação das quais dispõem. Se o motor possui fechamento duplo triângulo (∆∆) ou triângulo (∆), podemos fazer fechamento para 220 V ou 440 V. Observe as ligações mais comuns desse motor.

L1

L2

L3

L1

L2

L3

1

2

3

1

2

3

7

8

9

7

8

9

4

5

6

4

5

6

220 V

440 V

Figura 88 - Fechamentos (∆∆) e (∆) do motor trifásico de 9 pontas Fonte: SENAI-SP (2013)

Se o motor possui fechamento duplo Estrela (YY) ou Estrela (Y), podemos fazer fechamento para 380 V ou 760 V, conforme figura a seguir.

L1

L2

L3

L1

L2

L3

1

2

3

1

2

3

7

8

9

7

8

9

4

5

6

4

5

6

380 V

760 V

Figura 89 - Fechamentos YY e Y do motor trifásico de 9 pontas Fonte: SENAI-SP (2013)

Os motores fabricados com doze pontas podem trabalhar com quatro tensões diferentes: 220 V, 380 V, 440 V e 760 V. Na ilustração a seguir, você pode ver as ligações mais comuns para esses tipos de motores.

135

136

Comandos elétricos

2 Cargas de alta inércia Cargas de alta inércia ou conjugado de partida elevado são aquelas cargas mecânicas acopladas ao eixo do motor que exigem uma grande medida de esforço para serem movimentadas.

L1

L3

L2

L1

L3

L2

1

3

2

1

3

2

7

9

8

7

9

8

4

6

5

4

6

5

10

12

11

10

12

11

220 V

380 V

L1

L3

L2

L1

L3

L2

1

3

2

1

3

2

7

9

8

7

9

8

4

6

5

4

6

5

10

12

11

10

12

11

440 V

760 V

Figura 90 - Fechamentos do motor trifásico de 12 pontas Fonte: SENAI-SP (2013)

No motor de doze pontas, o fechamento interno para 220 V é chamado de duplo Triângulo (∆∆); para 380 V, duplo Estrela (YY); para 440 V, Triângulo (∆) ou Delta; e para 760 V, recebe o nome de Estrela (Y).

VOCÊ SABIA?

Os motores de 12 pontas são fabricados com a maior tensão no valor de 760 V, para permitir um tipo de partida alternativa de motor chamada de Estrela-Triângulo (Y), que reduz o pico de corrente no momento da partida. A tensão maior deve ser vezes maior que a menor tensão. Sendo assim, temos: 220 V x 3 e 440 V x 3 .

6 Máquinas elétricas rotativas

Ligação de motor trifásico Dahlander Nos motores trifásicos Dahlander, a tensão de alimentação é fixa, ou seja, só é possível fazer a ligação naquela tensão especificada para o motor. No entanto, o motor oferece duas velocidades, de acordo com a ligação. Esses motores são bem comuns em aplicações industriais que necessitam de duas velocidades, uma baixa e outra alta, sendo uma sempre o dobro da outra. O que determina a velocidade do motor são as ligações ou o fechamento que se faz nele. Na figura a seguir, você observa as ligações mais usuais de um motor Dahlander de duas velocidades.

L1

L2

L3

1

2

3

1

2

3

4

5

6

4

5

6

L1

L2

L3

Figura 91 - Fechamentos do motor Dahlander (torque constante) Fonte: SENAI-SP (2013)

Os terminais dos motores podem ser identificados por números ou por outra forma, dependendo da norma que o motor atende. A tabela a seguir oferece um exemplo de correspondência entre os números de identificação das pontas, ou dos cabos de ligação dos motores que foram utilizados, e as outras formas de identificação, de acordo com cada norma específica.

137

138

Comandos elétricos

Tabela 6 – Exemplo de manual de motor para identificação das pontas.3 reostato manual três polos

Tabela de equivalência para identificação dos cabos Identificação dos cabos no diagrama de ligação NEMA MG 1 Parte 2 IEC 60034-8 Velocidade

JIS (JEC 2137) –

única

até 6 terminais

1

2

3

4

5

6

7

8

T1

T2

T3

T4

T5

T6

T7

T8

U1

V1

W1 U2

V2

W2 U3

V3

É um dispositivo form por um conjunto de uma pista 9 10 11 resistores, 12 de contato deslizante um volante para varia o valor da resistência T9 T10 T11Ôhmica. T12 O reostato é potenciômetro de pot W3 U4 V4 alta. W4

U

V

W

X

Y

U1

V1

W1 U2

V2

W2 U5

V5

W5 U6

V6

W6

1U

1V

1W 2U

2V

2W 3U

3V

3W 4U

4V

4W

Z

JIS (JEC 2137 – acima de 6 terminais Duas velocida-

NEMA MG 1

des (Dahlander

Parte 2

e Duplo enrola-

IEC 60034-8

1U

1V

1W 2U

2V

2W 3U

3V

3W 4U

4V

4W

mento)

JUS (JEC 2137)

1U

1V

1W 2U

2V

2W 3U

3V

3W 4U

4V

4W

Ligação de motores trifásicos de rotor bobinado Os motores trifásicos de rotor bobinado ou de anéis são utilizados para movimentarem cargas de alta inércia1, ou que exijam conjugados de partida elevados e que necessitem de múltiplas velocidades (ou controle de velocidade). Ao instalar bancos de resistências, é possível obter múltiplas velocidades; ao instalar reostatos ou sistemas eletrônicos de controle, é possível obter o controle da velocidade. A diferença com relação ao motor trifásico comum é a presença de rotor bobinado, cujas bobinas são conectadas a três anéis metálicos e isoladas entre si, no corpo do eixo, dentro do motor. Possui também três escovas deslizantes de carvão que fazem o contato dos anéis com os três terminais K, L e M da caixa de ligações do motor. Observe, na figura a seguir, os detalhes que diferenciam esse motor dos motores trifásicos comuns.

6 Máquinas elétricas rotativas

manual de

mado

ee ar

um tência

Figura 92 - Motor trifásico de anéis Fonte: SENAI-SP (2013)

Esse motor possui 3, 6, 9 ou 12 terminais de conexão de rede trifásica e ainda mais 3 terminais, que são conectados aos anéis e às bobinas do rotor. Observe, a seguir, um exemplo das ligações em um motor de anéis de seis pontas fechado para 380 V segundo as normas IEC e NEMA.

L1

L2

L3

L1

L2

L3

U1

V1

W1

T1

T2

T3

W2

U2

V2

T6

T4

T5

K

L

M

M1

M2

M3

R1

R2

R3

R1

R2

R3

norma IEC 60034-8

norma NEMA MG1 Parte 2

Figura 93 - Fechamento de motor de rotor bobinado Fonte: SENAI-SP (2013)

139

140

Comandos elétricos

As identificações U1, V1 e W1 são das bobinas do estator e recebem a alimen4 sintetização tação da rede elétrica representada por L1, L2 e L3, e as letras K, L e M ou M1, M2 É um processo que co e M3 são conectadas aos dispositivos de controle, por exemplo, um conjunto de na compactação de u dentro de uma fôrma, 2 resistências ou reostato de três polos .

por exemplo, no caso escovas de carvão: o g Observe um exemplo de instalação de um reostato para partida de motor de anéis. em pó, quando subme a um aquecimento du certo período de temp transforma o pó em u R peça sólida.

S T PE

F1, 2, 3 1 3 5 K1 2 4 6 1 3 5 F7 2 4 6 U1 V1

M1 K

W1

M 3L

R1 R2

M R3

Rx Figura 94 - Instalação de reostato de três polos em motor de anéis. Fonte: SENAI-SP (2013)

No diagrama, o conjunto Rx é um reostato, uma espécie de potenciômetro de tamanho aumentado, porém de três polos ou três conjuntos de resistências interligadas formando um fechamento estrela (Y), onde as identificações R1, R2 e R3 são as saídas dessas resistências.

onsiste um pó , como das grafite etido urante po uma

6 Máquinas elétricas rotativas

Quando o usuário movimenta o eixo do reostato por meio do volante (Knob), as resistências em R1, R2 e R3 aumentam ou diminuem, dependendo do sentido em que se gira o volante. Esse valor de resistência varia, desde um valor máximo até zero ohms (0 Ω), sendo que em zero ohms o motor funciona com a máxima velocidade, devido aos terminais K, L e M do rotor estarem com resistência igual a 0 Ω, ou seja, curto-circuitados.

CASOS E RELATOS Em uma aula do curso de comandos elétricos, os alunos estavam aprendendo a instalar um motor de rotor bobinado. Leandro, um dos alunos, esqueceu-se de conectar os terminais R1, R2 e R3 (do reostato trifásico) aos terminais K, L e M (do rotor) e energizou o motor. Nada aconteceu após a energização, apesar de o motor ter recebido tensão e corrente. Leandro perguntou ao instrutor o que estava acontecendo. A explicação foi a seguinte: como o reostato não foi conectado, não houve um circuito fechado para a corrente elétrica induzida no rotor passar. Portanto, não há campo eletromagnético de interação com o campo girante gerado pelo estator. Assim, para dar partida no motor com controle da velocidade, você deve conectar o reostato e variar sua resistência para verificar a variação progressiva da velocidade do motor. E, para ver o motor girar sem variação de velocidade, você deve curto-circuitar os terminais K, L e M do rotor bobinado. Fazendo isso, o motor vai funcionar e se comportar como um motor de rotor tipo gaiola de esquilo, ou motor trifásico de indução comum.

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Comandos elétricos

6.2 Motores elétricos de corrente contínua

5 Flange

É uma aba em forma d

Os motores elétricos de corrente contínua ou de tensão contínua, comocoroa, são localizada na p de cano ou conexão [d conhecidos, foram os primeiros a oferecerem a possibilidade de controle da vemotor], para se juntar locidade mantendo o torque elevado. Isso permitiu sua aplicação em diversos ti- extremidade a outra similar, pos de máquinas e equipamentos industriais e comerciais, tais como: máquinas geralmente po meio de parafuso, com operatrizes com mesas móveis com controle de velocidade, máquinas CNC, equivedante interposto. Fo Dicionário Eletrônico pamento de teste de tração para veículos automotores, veículos de traçãoHouaiss para 2.0a. Disponív
br/busca?palavra=flan

Acesso Esses motores funcionam com tensões contínuas com valores particulares, ou em: maio 2013 seja, a tensão de funcionamento dos motores CC depende da aplicação e leva em conta fatores como conjugado e potência requeridas do motor. É comum encontramos motores com tensões desde 12 VCC até tensões maiores de 450 VCC, ou seja, motores de pequenas até grandes potências.

Os motores elétricos alimentados por corrente contínua podem ser de ímã permanente ou de estator bobinado, e sempre possuem o rotor bobinado. Veremos a seguir as características, aplicações e formas de ligação de cada um deles.

6.2.1 Motores de Ímã Permanente Os motores elétricos de corrente contínua de imã permanente, também conhecidos como motores com campo fixo, são empregados em máquinas e equipamentos industriais que necessitam de controle de velocidade com precisão e força mecânica. Muitas máquinas operatrizes do tipo mandrilhadoras de grande porte, que possuem mesa móvel na qual a velocidade de deslocamento é precisamente controlada, utilizam motores CC. Esse tipo de motor também é aplicado em alguns veículos de tração elétrica do segmento dos transportes, tais como alguns modelos de trens e ônibus elétricos (trólebus). Eles são constituídos fisicamente por: estator com ímã permanente, rotor bobinado, tampas, coletor ou comutador, escovas deslizantes, porta-escovas e terminais de ligação. A figura 95 ilustra um motor de ímã permanente e suas partes internas indicadas por números, cujas identificações você pode ver logo a seguir.

de ponta do r

6 Máquinas elétricas rotativas

terminal de ligação rotor bobinado

or m onte:

escovas deslizantes

vel em: om. nge>. 3.

tampa

estator com ímã permanente

coletor

porta escovas

Figura 95 - Motor de Corrente Contínua de Ímã Permanente Fonte: SENAI-SP (2013)

Saiba mais sobre cada uma dessas partes: 1) estator com ímã permanente: é parte da carcaça do motor que abriga o ímã permanente; 2) rotor bobinado: é uma peça cilíndrica dotada de bobinas, também conhecido por armadura ou induzido; 3) tampas: abrigam os rolamentos que suportam o rotor e o eixo do motor. São duas, sendo uma de cada lado; 4) coletor ou comutador: é um conjunto metálico instalado no eixo do rotor e dotado de laminadas de cobre ou latão isoladas entre si, conectadas às bobinas do rotor; 5) escovas deslizantes: são peças fabricadas de materiais condutores sintetizados, tais como grafite ou carvão, e servem para transmitir a corrente elétrica para o coletor e bobinas do rotor; 6) porta escovas: é a peça que aloja as escovas e as posiciona em um alinhamento perpendicular ao coletor; 7) terminais de ligação: são terminais metálicos conectados em cada porta escovas para a ligação da tensão contínua.

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Comandos elétricos

Esses motores são encontrados com formato externo quadrado ou cilíndrico e possuem flanges4 ou furos na tampa para fixação. Os motores de corrente contínua com ímã permanente também funcionam como gerador de corrente contínua (ou gerador de tensão contínua). Quando há um sistema mecânico movimentando o eixo do motor, em seus terminais surge uma tensão proporcional à velocidade da rotação no eixo. Possuem apenas dois terminais para ligação da fonte de tensão contínua e o sentido de giro depende exclusivamente da polaridade que se liga a esses terminais. Para inverter a rotação, basta inverter a polaridade dos terminais. Veja essas ligações na figura a seguir.

esquema de ligação A1

A2

M Figura 96 - Ligação de Motor de Corrente Contínua de Ímã Permanente Fonte: SENAI-SP (2013)

Os motores de ímã permanente também podem gerar energia na forma de tensão contínua. Para que ele funcione como gerador, deve-se acoplar o eixo do motor a uma fonte de movimento capaz de girar e manter a rotação constante. Os valores de tensão e corrente gerados dependem da tensão e da potência do motor, mas a polaridade da tensão depende só do sentido de giro do eixo. Assim, um motor CC de imã permanente pode funcionar como gerador CC.

6.2.2 Motores de Estator Bobinado Os motores de corrente contínua com estator bobinado são utilizados em máquinas e equipamentos industriais que necessitem de um melhor controle de velocidade e torque. Eles permitem atingir velocidades maiores que as atingidas pelos motores de ímã permanente, pois possibilitam o controle tanto da armadura quanto do campo. Esses motores são encontrados em máquinas dotadas de conversores CA/CC que controlam a velocidade, o torque e o sentido de giro do motor CC.

6 Máquinas elétricas rotativas

Os motores de estator bobinado são muito semelhantes aos motores CC de ímã permanente. A diferença está no estator, pois, no lugar de um grande ímã, encontramos várias bobinas de campo, peças que lembram o estator de um motor de corrente alternada. Observe a figura a seguir.

Figura 97 - Motor Corrente Contínua de Estator Bobinado Fonte: SENAI-SP (2013)

Esses motores também podem funcionar como gerador de corrente contínua (ou gerador de tensão contínua).

Ligações dos motores de corrente contínua de estator bobinado Os motores de estator bobinado permitem algumas possibilidades de ligações de acordo com a necessidade da aplicação. Nesses motores, o rotor é chamado de armadura e as bobinas do estator são chamadas de bobinas de campo. Os terminais de ligação da armadura e do campo são identificados por letras e números. Veja as representações no diagrama a seguir.

Figura 98 - Diagrama do Motor de Corrente Contínua Fonte: SENAI-SP (2013)

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Comandos elétricos

6 extrusora • S1 e S2 representam uma ou duas bobinas (ou grupo de bobinas) de campo,

que devem ser ligadas em série com a armadura. Possuem fio de maior esExtrusora é uma máqu pessura para suportar a corrente do induzido; industrial que força

passagem de material

• F1 e F2 representam a bobina (ou grupo de bobinas que possuem o fioatravés mais de orifício ou matriz para alterar o

fino), que deve ser ligada à armadura do motor, pois não conduz grandes material, dando-lhe u formato alongado ou correntes; e

• A1 e A2 representam os terminais da armadura, rotor ou induzido;

filamentado. São máq que produzem arame condutores elétricos, t macarrão e outros.

Acompanhe os detalhes das ligações de campo dos motores de corrente contínua.

Ligação de motor CC de campo série A ligação do motor CC de campo série, também conhecido por motor CC de excitação em série, resulta em alto conjugado na partida, ou seja, o motor é capaz de partir (ou arrancar) com plena carga. Por isto, essa configuração é aplicada a motores usados em equipamentos de movimentação de cargas de alta inércia, tais como trens elétricos, guindastes e pontes rolantes. Nesse tipo de ligação, o motor não deve ser acionado sem carga mecânica, ou em vazio, pois a velocidade que esse motor vai atingir é tão elevada que ele se autodestruirá se não for desligado rapidamente. Essa configuração consiste em ligar a(s) bobina(s) de campo em série com a armadura, como você pode observar no diagrama a seguir.

Figura 99 - Motor CC de campo série Fonte: SENAI-SP (2013)

uina

6 Máquinas elétricas rotativas

Ligação de motor CC de campo paralelo

um

As ligações dos motores de campo paralelo são feitas quando se deseja velocidade constante e quando for possível acionar o motor em vazio, sem carga no eixo, por exemplo, em máquinas ferramentas. Esses motores também são conhecidos por motores de excitação paralela ou em derivação.

quinas e, tubos,

Essa configuração consiste em ligar a(s) bobina(s) de campo em paralelo com a armadura, como você pode observar no diagrama a seguir.

l

Figura 100 - Motor CC de campo paralelo Fonte: SENAI-SP (2013)

Ligação de motor CC de campo composto em derivação O motor de campo composto em derivação incorpora as vantagens dos motores de campo série e dos motores de campo paralelo. Permite um alto torque na partida com velocidade estável, mesmo com variações no conjugado da carga. Por isso, essa ligação é usada para máquinas que partem com carga e precisam de estabilidade de velocidade, tais como laminadores. Essa configuração consiste em ligar uma das bobinas de campo em série com a armadura e outra bobina em paralelo com a armadura, como você pode observar na figura a seguir.

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Comandos elétricos

Figura 101 - Motor CC de campo composto em derivação Fonte: SENAI-SP (2013)

Ligação de motor CC de campo paralelo independente A ligação do motor de campo paralelo independente ou de excitação independente ou, ainda, de excitação composta ou compound proporciona um controle da velocidade e permite um torque constante para grandes variações da carga. Essa ligação é bastante utilizada em máquinas, tais como máquinas de papel, extrusoras5 e laminadores, ou ainda, naquelas em que se deseja a variação e o controle da velocidade por meio de conversores CA/CC, como máquinas com Comando Numérico Computadorizado (CNC). Nessa configuração a bobina de campo é conectada de forma independente da ligação da armadura. Dessa forma, pode-se controlar a tensão e a corrente no campo e na armadura separadamente, como você pode observar na figura a seguir.

Figura 102 - Motor CC de campo independente Fonte: SENAI-SP (2013)

6 Máquinas elétricas rotativas

Para inverter o sentido de giro de um motor de corrente contínua você deve mudar a polaridade magnética do campo do rotor em relação ao estator, invertendo a polaridade elétrica de um desses campos. Por exemplo, se inverter a polaridade da armadura, então mantenha a polaridade do estator.

FIQUE ALERTA

Nunca deixe a armadura energizada e o campo desenergizado, pois sem o campo magnetizante a velocidade da armadura tende a aumentar até ultrapassar o limite da máquina, ocasionando danos permanentes, caso não seja desenergizado em tempo.

Ligação do motor CC de campo composto independente Esse motor agrega as vantagens do motor de campo paralelo independente e ainda associa as vantagens do motor de campo série. Ele proporciona um controle da velocidade e permite um torque constante para grandes variações da carga, além de oferecer elevado torque na partida o que permite partir a plena carga. Você pode observar as ligações a seguir.

Figura 103 - Motor CC de campo composto independente Fonte: SENAI-SP (2013)

Os motores de corrente contínua com estator bobinado também podem gerar eletricidade. É necessário alimentar as bobinas de campo do estator com tensão contínua fixa e fornecer rotação constante para girar o eixo. A energia gerada é disponibilizada nos terminais da armadura, A1 e A2.

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Comandos elétricos

Para fazer esse motor gerar energia, também é possível outra ligação: ao invés de alimentar as bobinas de campo do estator, alimentamos a armadura com tensão contínua. Quando o eixo do motor (gerador) for movimentado, haverá rotação constante. Logo, teremos tensão contínua fixa nos terminais de campo S1 e S2 ou F1 e F2. Os valores de tensão e corrente gerados dependem da tensão e da potência do motor, já a polaridade da tensão depende do sentido de giro do eixo. Dessa forma, um motor CC de campo bobinado pode funcionar como gerador CC.

SAIBA MAIS

Se você quiser saber mais sobre qualquer tipo de motor elétrico acesse um site de busca da internet e digite as seguintes palavras chaves: “motores elétricos” + “manual de instalação”. Os fabricantes disponibilizam catálogos e fichas técnicas dos produtos.

RECAPITULANDO Neste capítulo, você conheceu os tipos de motores mais utilizados em máquinas e equipamentos industriais. Viu que dentre os motores que funcionam em corrente alternada, existem aqueles com velocidade fixa com várias possibilidades de tensão, aqueles que são capazes de girar em duas velocidades, porém só podem ser ligados em uma única tensão, e ainda os de múltiplas velocidades. Você também viu que os motores de corrente contínua possuem o rotor bobinado, porém o estator pode ou não ser bobinado, e que os motores de corrente contínua podem ser de campo fixo (também denominados de ímã permanente ou de estator bobinado) e, nesse caso, podem formar diversas ligações nesses motores. Você aprendeu que o motor de corrente contínua também pode gerar eletricidade se fornecemos movimento ao seu eixo. E, observando os diagramas apresentados, você conheceu as formas de ligação dos motores industriais abordados neste capítulo. Conhecer a instalação dos motores industriais é imprescindível, pois os motores elétricos estão presentes em praticamente todos os tipos de máquinas e equipamentos utilizados nas indústrias.

6 Máquinas elétricas rotativas

Anotações:

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Sensores Industriais

7 Você já deve ter passado por portas que se abriram automaticamente diante de sua aproximação, sem o acionamento manual de qualquer botão. e se fecharam, também automaticamente, depois que você passou. O que faz com que essas portas se abram e se fechem dessa maneira é a presença de sensores e de circuitos eletrônicos que controlam sua operação. Os sensores são dispositivos capazes de monitorar ou detectar algo. Isto é, eles medem uma grandeza física e enviam um sinal elétrico como resposta de uma ação. Eles estão presentes em quase todas as máquinas e processos industriais, pois permitem que o sistema de controle identifique, por exemplo, a posição de ferramentas, a contagem de peças, a seleção por tamanho, o peso, a cor, entre outras aplicações. Neste capítulo, vamos apresentar os sensores e os procedimentos para sua instalação em máquinas e equipamentos industriais. Vamos conhecer os tipos mais comuns utilizados na indústria, como: sensores de proximidade, temperatura, velocidade, pressão, vazão e nível. E então, vamos conhecer esse importante dispositivo industrial?

7.1 Sensores de proximidade Os sensores de proximidade atuam pela aproximação, presença e distância de um objeto na faixa de seu alcance, como as portas automáticas, por exemplo. Existem diversos tipos de sensores de proximidade. Neste capítulo, estudaremos os magnéticos, indutivos, capacitivos e ópticos, por serem os mais utilizados. A simbologia usada para todos eles e as normas que a definem você vê na figura a seguir.

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Comandos elétricos

1 Atmosfera potencialmente explosiva

Simbologia

Ambiente que contém materiais inflamáveis com alto risco de explosão.

Norma NBR 12523 IEC 60617-7

Figura 104 - Simbologia do sensor de proximidade Fonte: SENAI-SP (2013)

7.1.1 Instalação física Durante a instalação física dos sensores de proximidade, você deve tomar alguns cuidados importantes: a) seguir o padrão de cores da fiação do fabricante, pois cada um cria o seu; b) evitar o aperto excessivo das porcas de fixação, usando a ferramenta correta; c) regular o sensor para não sofrer impactos com partes ou peças da máquina, durante testes e funcionamento; d) não submeter o cabo de conexão do sensor a esforço mecânico de tração ou torção; e) evitar instalar a fiação do sensor muito próxima da instalação elétrica de motores, para evitar interferências; e f ) fazer uma espira para evitar a quebra do cabo e permitir sua livre movimentação, quando instalado em partes que se movimentam no sentido do seu comprimento. Observe a figura a seguir.

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espira de serviço

superfície móvel da máquina

superfície fixa Figura 105 - Fixação de sensor em superfície móvel Fonte: SENAI-SP (2013)

Os suportes de fixação possuem furos para inserção e rosqueamento das duas porcas presentes no corpo dos sensores. Quando o sensor for instalado em estruturas que sofrem vibração mecânica, recomenda-se utilizar arruela de pressão para evitar que ele se solte. A figura a seguir mostra a instalação de dois sensores de proximidade, um com apenas duas porcas, e outro com duas porcas e duas arruelas de pressão.

Figura 106 - Instalação de sensor em suporte fixo por meio de porcas e arruelas Fonte: SENAI-SP (2013)

7.1.2 Instalação elétrica Os sensores de proximidade indutivo, capacitivo e óptico possuem em comum as seguintes características elétricas:

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Comandos elétricos

a) normalmente, alimentação por tensão contínua - sendo um positivo e o outro negativo ou zero (0) V; e b) saída de sinal – uma saída ou duas, podendo ser ao relé ou ao transistor. Aqueles alimentados por tensão contínua utilizam um padrão de cores para identificação de cada fio de acordo com sua função, conforme apresentado no qQuadro 13 - Padrão de cor para identificação de fios em sensor de tensão contínua. Quadro 13 - Padrão de cor para identificação de fios em sensor de tensão contínua Cor do Fio

Função

Marrom

Alimentação Positiva

Azul

Alimentação Negativa

Preto Branco

Saída de sinal

Características elétricas Normalmente são alimentados por tensões contínuas entre 10 e 30 VCC 0 V (Zero Volt) da fonte de tensão contínua Contato NA de saída Contato NF de saída

Esse padrão é o mais utilizado, porém algumas empresas adotam padrões próprios para ligação dos sensores. O padrão é informado no catálogo do fabricante ou no próprio corpo do sensor. Com relação às características elétricas, os sensores de proximidade podem ter saídas NPN ou PNP, ser de dois fios (também conhecidos como sensor Namur), três ou quatro fios de saída e podem ainda ser digitais ou analógicos. Saiba que, apesar de não serem tão comuns, há no mercado sensores de proximidade que são alimentados por tensão alternada, ou até mesmo pelas duas tensões, contínua e alternada. Com tantas variações nas características elétricas, você pode estar pensando que é difícil instalar um sensor, mas preste atenção nas explicações e nos diagramas de instalação a seguir e você verá como é fácil.

Sensores de proximidade com saída NPN de três fios

7 Sensores industriais

Esses sensores possuem dois terminais de entrada de alimentação e uma saída digital, NA ou NF. Quando esse sensor é acionado, um transistor ou um contato de relé interno em sua saída conecta o negativo da fonte com a carga, ou seja, fecha a ligação da carga com o negativo, energizando-a. Observe o diagrama de instalação, na figura a seguir, e veja que nesse tipo de sensor o fio positivo é comum tanto ao sensor quanto à carga.

Figura 107 - Diagrama de instalação de sensor NPN de três fios Fonte: SENAI-SP (2013)

Compare, nos destaques dos diagramas da Figura 188, a posição dos contatos antes de o sensor ser acionado e depois de detectar a presença do metal. Em máquinas e equipamentos eletroeletrônicos industriais, os sensores de proximidade de modo geral são conectados à régua de bornes, recebendo tensão de alimentação e fornecendo sinal de saída ao comando da máquina. Na Figura 189, observe os fios do cabo de conexão de um sensor indutivo, o seu padrão de cores e veja também como fica a instalação de vários cabos de sensores na régua de bornes.

cores dos fios de sensor indutivo

conexão de sensor na régua de bornes

Figura 108 - Instalação de sensores indutivos Fonte: SENAI-SP (2013)

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Comandos elétricos

Sensores de proximidade com saída PNP de três fios Esses sensores têm o funcionamento semelhante ao anterior. A diferença está na polaridade, que é inversa. Quando ele é acionado, fornece o positivo do terminal da fonte para a carga, ou seja, um transistor conecta ou desconecta (liga ou desliga) a carga do lado positivo da alimentação. Observe o diagrama a seguir.

Figura 109 - Diagrama de instalação de sensor PNP de três fios Fonte: SENAI-SP (2013)

Perceba que nesse tipo de ligação, o negativo é o potencial comum.

Sensores de proximidade com quatro fios de saída Nesses sensores, dois fios são de alimentação e os outros dois são contatos de saída, sendo convencional encontrarmos 1NA e 1NF. Encontramos sensor de proximidade com quatro fios NPN ou PNP. Veja um exemplo de ligação de sensor de quatro fios NPN a seguir.

Figura 110 - Diagrama de ligação NPN de sensor de quatro fios com 1 contato NA e 1 NF Fonte: SENAI-SP (2013)

7 Sensores industriais

Observe que o fio branco está ligado ao contato NF do sensor. Assim, quando o sensor é acionado pela presença do metal, esse contato se abrirá. O mesmo acontece com o contato NA ligado ao fio preto: quando o sensor é acionado, esse contato se fecha.

Sensores de proximidade com dois fios de saída Esse tipo de sensor não necessita de fios exclusivos para alimentação, pois são ligados em série com a carga. Eles são muito utilizados na indústria devido à facilidade de instalação que oferecem e podem ser: a) eletrônicos − também conhecidos por sensor Namur, normalmente trabalham com tensões de 90 a 240 VCA. No entanto, possuem capacidade para baixos valores de correntes; e b) elétricos − funcionam por acionamento magnético e possuem maior capacidade de corrente do que os eletrônicos. Os sensores de proximidade de dois fios eletrônicos são preferidos em ambientes com “atmosfera potencialmente explosiva”, pois não geram faiscamento no momento da atuação, não apresentando risco de explosão. Observe a seguir a instalação desse sensor.

Figura 111 - Esquema de ligação de sensor Namur Fonte: SENAI-SP (2013)

Agora que você já conhece as formas de ligação elétrica dos sensores, vamos falar sobre os tipos mais utilizados.

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Comandos elétricos

2 luz Infravermelha É uma energia térmica de luz não visível aos olhos humanos que pode ser percebida pela pele como sensação de calor.

7.1.3 Sensores de proximidade magnéticos Os sensores de proximidade magnéticos são aqueles atuados por ação de ímã. Podem ser elétricos ou eletrônicos. Como exemplo de sensor de proximidade magnético, apresentamos o reed switch, ou chave magnética. Observe a Figura 193 e note que eles funcionam pelo princípio da atração que um ímã exerce sobre os metais ferrosos. Ou seja, com a aproximação de um ímã, o contato da chave magnética muda sua posição.

reed switch desligado sensor reed switch

ímã distante PP3 9V

N

S

reed switch acionado ímã N PP3 9V

S

ímã próximo

Figura 112 - Funcionamento do Reed Switch: desacionado e acionado Fonte: SENAI-SP (2013)

Como você pode perceber, os sensores magnéticos reed switch de dois fios não dispõem de polaridade, outro aspecto facilitador no momento da instalação. Um exemplo típico de aplicação do sensor magnético reed switch pode ser encontrado nos circuitos eletropneumáticos. Veja-o na figura a seguir.

Figura 113 - Sensores magnéticos instalados em cilindro pneumático Fonte: SENAI-SP (2013)

7 Sensores industriais

Quando a haste do cilindro avança até o ponto onde o sensor está instalado, o contato do reed switch fecha detectando que ela chegou ao fim de seu percurso. Alguns sensores possuem LED para sinalizar quando o sensor está atuado, ou seja, quando a haste está na posição.

7.1.4 Sensores de proximidade indutivos Sensores de proximidade indutivos são dispositivos eletrônicos que funcionam pelo princípio da indução eletromagnética e, por isso, são capazes de detectar a aproximação de peças metálicas. Eles funcionam gerando um campo eletromagnético oscilante à sua frente. A face sensora consiste de uma bobina sobre um núcleo de ferrite ou metálico. Quando um objeto metálico ferroso invade esse campo eletromagnético, o sensor “percebe” uma variação no campo e aciona um relé ou transistor de saída, informando ao sistema de controle a detecção desse objeto. Veja a seguir o sensor indutivo.

+

+ OU

-

sensor indutivo

-

Figura 114 - Sensor indutivo Fonte: SENAI-SP (2013)

Os sensores indutivos podem ser blindados ou não. A diferença é que os blindados possuem um campo mais direcionado, o que contribui para o aumento da distância sensora e da precisão do sensor. Alguns sensores indutivos possuem LED para indicar o seu estado: acionado ou não acionado.

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Comandos elétricos

3 PRESCRITIVO Espelho prismático: que tem forma de prisma. Prisma é uma figura geométrica que tem dois polígonos iguais e paralelos como bases e paralelogramos como faces laterais. Fonte:

De maneira geral, os sensores indutivos são precisos. No entanto, em ambientes com grandes variações de temperatura, a distância sensora costuma sofrer variações. Eles são amplamente aplicados na indústria, além de máquinas de usinagem CNC, tornos, fresadoras e outras.

7.1.5 Sensor de proximidade capacitivo Os sensores de proximidade capacitivos são dispositivos eletrônicos capazes de detectar a presença de diversos tipos de materiais, como: líquidos, objetos orgânicos, plásticos e metálicos. Eles possuem uma distância sensora pequena. Não são tão precisos quanto os indutivos, mas possuem a capacidade de detectar objetos não metálicos. Também estão sujeitos à variações na distância sensora em ambientes que apresentem temperatura variada. O seu princípio de funcionamento tem como base duas placas colocadas lado a lado da face sensora, na qual o material a ser aproximado age como um dielétrico aumentando a capacitância e acionando, dessa forma, a saída do sensor. Internamente, um circuito varia a capacitância de um capacitor na sua face sensora. Assim, esse campo sofre interferências pelo material a ser detectado, que por sua vez ativa o circuito de saída. Esses sensores, em sua grande maioria, possuem um ponto de ajuste, um pequeno potenciômetro que permite controlar a distância da ativação do sensor em função do objeto (massa do material) que irá acionar. Observe a figura a seguir.

ajuste de sensibilidade

Figura 115 - Sensor capacitivo Fonte: SENAI-SP (2013)

7 Sensores industriais

Ao ajustar o potenciômetro, você está ajustando a sensibilidade do sensor. Esse recurso permite seu uso na detecção de objetos dentro de embalagens em linhas de produção, para detectar quais embalagens estão cheias ou vazias, desde que a densidade do conteúdo seja maior do que a densidade da embalagem. Observe a Figura 197.

Figura 116 - Detecção de produto através da embalagem Fonte: SENAI-SP (2013)

7.1.6 Sensores de proximidade ópticos Os sensores de proximidade de tipo óptico permitem identificar quando um objeto, peça ou produto atravessa sua frente através da emissão e recepção de luz infravermelha. Eles utilizam dois elementos fotoelétricos para detectar um objeto: um emissor ou transmissor e outro receptor ou detector de luz. O emissor envia um feixe de luz infravermelha por meio de um fotodiodo e, para evitar que o receptor a confunda a luz ambiente, ela é gerada de forma pulsada. O receptor possui um foto transistor, que é um sensor sensível à luz, e um circuito que reconhece somente a luz vinda do emissor. Esses sensores são muito utilizados em esteiras transportadoras de linha de produção para detectar a presença de peças ou produtos. Encontramos sensores ópticos de proximidade de diversos tipos, tais como: de barreira, difuso retrorreflexivo, por fibra óptica e identificador de cores. Vamos conhecê-los agora.

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Comandos elétricos

Sensor óptico de barreira No sensor óptico de barreira, o emissor e o receptor de luz estão em invólucros separados e posicionados de forma alinhada, fazendo com que a luz do emissor atinja a lente do receptor em linha reta, como você pode ver na figura a seguir.

transmissor de luz

objeto monitorado

receptor óptico

desativado

transmissor de luz

objeto monitorado

receptor óptico

ativado

Figura 117 - Funcionamento do sensor óptico de barreira Fonte: SENAI-SP (2013)

Veja agora um diagrama de instalação elétrica desse sensor em um controlador programável.

7 Sensores industriais

Figura 118 - Diagrama da instalação elétrica do sensor óptico de barreira Fonte: SENAI-SP (2013)

Essa instalação é feita com dois módulos eletrônicos: o fotoemissor (S1), que produz o feixe de luz, e o fotorreceptor (S2), que recebe o sinal e aciona uma saída que é conectada ao comando elétrico ou controlador programável. Esse tipo de sensor é muito utilizado em prensas industriais para proteger o operador contra acidentes. Se, por qualquer motivo, o operador atravessar o feixe de luz no momento da prensagem da peça, o sensor identifica a invasão do espaço e interrompe a descida da máquina evitando o acidente.

Sensor óptico difuso Nesse tipo de sensor, o emissor e o receptor ficam no mesmo conjunto. Assim, quando o emissor envia um feixe de luz e este atinge o objeto a ser detectado, a sua superfície espalha luz em todos os ângulos. Porém, uma parte desse feixe de luz é refletida em direção ao receptor que detecta o objeto. A Figura 200 ilustra o funcionamento do sensor óptico difuso.

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Comandos elétricos

4 ligas metálicas As ligas metálicas são formadas pela união de dois ou mais metais, podendo também ser compostas por semimetais e não metais, mas sempre com predominância de elementos metálicos.

sensor óptico difuso

caminho do feixe de luz

objeto monitorado

esteira

Figura 119 - Funcionamento do sensor óptico difuso Fonte: SENAI-SP (2013)

Veja, a seguir, o diagrama de instalação do sensor óptico difuso com conexão da fonte de energia elétrica alimentando o sensor e o CP.

Figura 120 - Diagrama da instalação elétrica do sensor óptico difuso Fonte: SENAI-SP (2013)

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Sensor óptico retrorreflexivo Nesse outro tipo de sensor óptico, o emissor e o receptor estão em um mesmo invólucro, e a luz emitida é refletida por um espelho prismático que reflete constantemente a luz. Assim, o feixe de luz é propagado pelo prisma e é detectado pelo receptor. Quando o objeto passa pelo feixe, este último é interrompido e o sensor o identifica. Veja o funcionamento a seguir.

Figura 121 - Funcionamento do sensor retro reflexivo Fonte: SENAI-SP (2013)

A instalação elétrica desse sensor é igual a do módulo fotorreceptor do sensor óptico difuso, apresentado no tópico anterior. Pela facilidade que oferecem na instalação mecânica e elétrica, esses sensores também são muito utilizados para detectar peças em esteiras

Sensor de fibra óptica Nesse modelo de sensor óptico, o transmissor possui um LED emissor de luz, e um receptor de luz chamado de fotodiodo. O seu princípio de funcionamento se assemelha ao sensor óptico de barreira. Observe a figura a seguir.

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Comandos elétricos

LED emissor foto diodo

Figura 122 - Funcionamento do sensor com fibra óptica Fonte: SENAI-SP (2013)

A fibra óptica tem sido muito utilizada na construção de sensores ópticos industriais, pois: a) detecta em áreas de difícil acesso, por exemplo, pequenos furos; b) suporta ambientes com radiação, calor, umidade; e c) é precisa na detecção de pequenos objetos. Por outro lado, os sensores de fibra óptica requerem um cuidado maior com relação a impactos, pois se esse condutor de luz se romper, o sensor deixa de funcionar. A instalação elétrica desse sensor segue a mesma lógica do sensor óptico difuso, visto anteriormente.

FIQUE ALERTA

Nunca aponte o feixe de luz dos sensores de fibra óptica diretamente aos olhos, pois a luz do tipo infravermelho prejudica a visão, podendo causar consequências graves.

Sensor de cor Os sensores de cor possuem circuitos eletrônicos mais complexos, pois operam com três transmissores de cor, sendo vermelhos verdes e azuis. Pela combinação da luz emitida por estes três emissores, o sensor consegue fazer a leitura e a identificação destas e de outras cores. Veja o exemplo de um sensor capaz de detectar oito cores, acompanhado de uma legenda contendo as cores e os terminais elétricos de saída acionados pelo sensor.

7 Sensores industriais

color

cor

brown blue white gray green yellow pink red

marrom azul branco cinza verde amarelo rosa vermelho

terminal de saída número

identificação

2 7 1 5 3 4 6 8

L+ M AT ET Q1 Q2 Q3 Q4

Figura 123 - Sensor identificador de cor e legenda das cores e terminais Fonte: SENAI-SP (2013)

Observe, na Figura 205, o diagrama elétrico de instalação desse sensor em um sistema de esteira industrial para transporte e separação de peças por meio da identificação das cores de cada peça.

Figura 124 - Diagrama elétrico de instalação do sensor identificador de cor Fonte: SENAI-SP (2013)

O terminal ET do sensor é referente à calibração de cor a ser detectada.

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170

Comandos elétricos

7.2 Sensores de temperatura Devido à necessidade de medir e controlar a temperatura em diferentes processos industriais, é que encontramos uma grande variedade de sensores de temperatura. Considerando que temperatura é uma variável lenta – quando comparada à velocidade de resposta da luz –, podemos dizer que é uma variável difícil de controlar devido à sua inércia. Por exemplo, se a temperatura estiver subindo, mesmo afastando a fonte de calor, ela ainda continuará subindo por algum tempo e só depois começará a diminuir. Os termopares, as termorresistências PT-100 e os termistores PTC e NTC (que veremos a seguir) são os sensores de temperatura mais comuns.

7.2.1 Sensor termopar O sensor termopar é formado pela junção de metais diferentes. Esse sensor, quando exposto ao calor no ponto da junção dos dois metais, gera uma pequena tensão elétrica da ordem de milivolts, proporcional à temperatura aplicada ao sensor. Os dois metais são isolados um do outro em todo seu curso e somente na ponta, na junção, é que eles são interligados. Na próxima figura, temos a estrutura interna do sensor termopar.

parte interna do sensor porcelana isolante

junção

terminais metais Figura 125 - Sensor termopar Fonte: SENAI-SP (2013)

Existem vários tipos de junção de diferentes metais ou ligas metálicas gerando faixas diferentes de tensões. No quadro a seguir, veja alguns deles e suas aplicações.

7 Sensores industriais

Quadro 14 - Exemplos de termopar Termopar tipo

Ligas dos terminais

Potencial gerado em cada terminal

Aplicação

K

Níquel-cromo e

Positivo (+)

Adequado para trabalhar na

Níquel-alumínio

Negativo (-)

Cobre

Positivo (+)

Cobre-níquel

Negativo (-)

Cobre

Positivo (+)

Cobre-níquel

Negativo (-)

T

J

faixa de -200 a 900ºC. Apresenta boa precisão para medições abaixo de 0ºC. Adequado para trabalhar na faixa de -40 a 750ºC.

Ao instalar um termopar, atente às seguintes recomendações importantes: a) instalar os fios ou cabos de maneira a estarem protegidos do aquecimento excessivo, evitando o derretimento da isolação e curto-circuito; b) não utilizar cabos ou fios menores que 16 AWG (1,3 mm2), para uso em eletroduto flexível, pois eles não têm resistência suficiente à tração; c) verificar se a isolação do condutor atende às condições do ambiente onde será instalado, em relação à temperatura, solicitação mecânica, umidade, presença de óleo ou outros; d) instalar, sempre que possível, os condutores em eletrodutos, de modo a evitar flexão ou curvaturas que possam eventualmente alterar suas características termoelétricas; e) conectar o cabeçote ao terminal do instrumento por meio de fiação sem emendas; e f ) observar a polaridade do sensor e do equipamento antes de fazer as conexões. Use cabo par trançado, eletroduto metálico aterrado ou cabo com blindagem, para evitar a indução de ruídos no fio de conexão dos sensores.

FIQUE ALERTA

Os sensores de temperatura normalmente são instalados em ambientes com altas pressões e temperaturas, por isso é preciso cuidado ao instalar ou realizar sua troca. Antes de removê-los, certifique-se de que o tanque esteja despressurizado, para evitar expulsão pela alta pressão ocasionando acidentes.

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172

Comandos elétricos

Veja agora, na Figura 207, um exemplo de diagrama de instalação de um termopar em um controlador.

junção de dois metais

cabeçote com terminais de ligação aterramento do eletroduto

6

5

4

+ 3 2 1

Figura 126 - Instalação do termopar em controlador Fonte: SENAI-SP (2013)

7.2.2 Sensor Termorresistências PT-100 As termorresistências PT-100 são sensores que se baseiam no aumento da resistência com o aumento da temperatura. Seu elemento sensor consiste de uma resistência em forma de fio de platina de alta pureza, encapsulado em um tubo de cerâmica ou vidro. A termorresistência de platina apresenta uma resistência ôhmica de 100 Ohms a 0ºC. O sensor é montado em um tubo metálico com uma extremidade fechada e preenchido com material isolante mineral, que o protege internamente contra choques mecânicos. A ligação do tubo é feita com fios de cobre, prata ou níquel isolados entre si, sendo a extremidade aberta selada com resina, vedando o sensor da temperatura ambiente para não interferir na medição da temperatura em que vai atuar. São utilizados em diversos setores, como: o de laboratórios, o farmacêutico, o petroquímico, o alimentício, entre outros.

7 Sensores industriais

A parte estrutural é semelhante à de um termopar (Figura 206), o que muda são os materiais usados internamente. A termorresistência possui um terminal a mais, como você pode observar na Figura 208, em que há o detalhe do conector de três terminais.

Figura 127 - Exemplo Termorresistência PT-100 Fonte: SENAI-SP (2013)

O quadro 30 apresenta um diagrama de um sensor tipo PT-100 instalado na entrada de um equipamento de controle de temperatura. Quadro 15 - Diagrama de instalação de termorresistência PT-100 Equipamento medição °C Régua de bornes X1

Sensores Sensor A PT-100

Sensor PT-100 Sensor Função

Especificação

N° do borne Entrada da 1

fonte de

de 2 a 2,5 mA

corrente 2

A

Entrada de tensão

de 0 a 0,5 VCC

Tensão 0 V de 3

referência para 0 V – GND as entradas

O equipamento representado no quadro possui entrada de corrente que trabalha com uma faixa de 2 a 2,5 mA, que é a faixa de corrente que esse sensor fornece. O mesmo ocorre com a tensão: a entrada lê até 0,5 V. O sensor tem seus terminais conectados nos bornes 1, 2 e 3 da régua de bornes X1 do equipamento. O terminal 1 é o de entrada de corrente em mA e o terminal 2 é o de entrada de tensão, fornecidos pela termorresistência PT-100.

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174

Comandos elétricos

Essa instalação requer aterramento da carcaça do sensor ou da estrutura metálica onde ele estiver instalado, para evitar erros de medição decorrentes de interferências eletromagnéticas.

7.2.3 Sensores termistores PTC e NTC Os sensores do tipo PTC e NTC são na realidade resistores que variam a resistência de acordo com a variação de temperatura. Veja a seguir as características de cada um deles.

PTC (Positive Temperature Coefficient) São resistores que apresentam um coeficiente térmico positivo, ou seja, sua resistência aumenta com o aumento de temperatura. São de fácil instalação por não exigirem polaridade fixa, ou seja, podem ser instalados em qualquer posição. A seguir, veja um modelo de PTC.

250 KZ

+to

Figura 128 - PTC e símbolo. Fonte: SENAI-SP (2013)

Uma das grandes aplicações desses sensores é na instalação no interior de grandes motores elétricos para monitorar sobreaquecimento. Para o funcionamento desse sensor, é necessário conectá-lo a um módulo especifico de PTC que fará o controle, comutando um contato de saída quando ocorrer alta temperatura. Veja, a seguir, um diagrama que demonstra o PTC instalado no seu módulo de controle para a proteção da sobretemperatura de um motor.

7 Sensores industriais

diagrama de comando

diagrama principal

Figura 129 - Modulo de PTC proteção do motor elétrico contra sobretemperaturas Fonte: SENAI-SP (2013)

NTC (Negative Temperature Coefficient) Esses resistores apresentam um coeficiente de temperatura negativo, ou seja, sua resistência diminui com o aumento de temperatura. Na Figura 211, você vê exemplos de NTC.

-to

Figura 130 - Exemplos de NTC e símbolo Fonte: SENAI-SP (2013)

O NTC também pode ser usado para proteger motores elétricos. No entanto, os PTC são mais utilizados.

175

176

Comandos elétricos

CASOS E RELATOS Henrique é responsável pela manutenção de um setor siderúrgico, e há alguns meses o sistema de bloqueio de placas vem sofrendo com paradas constantes, devido a falhas no seu sistema. Graças a isso, o supervisor solicitou a Henrique que tomasse uma providência imediata para eliminar tais paradas. Vejamos como funciona atualmente o sistema. As placas de aço são recebidas em uma mesa de rolos vindas de outro processo (figura a seguir); um batente é levantado para que a placa não caia, enquanto dois sensores indutivos detectam a posição alta ou baixa do batente. É nesse sistema que ocorrem as falhas, pois o batente possui uma folga mecânica natural de projeto, o que faz com que o atuador do sensor se afaste sem acioná-lo, gerando falhas no controle do equipamento.

placa de aço

batente

mesa de rolos sensores indutivos

atuador do sensor

Figura 131 - Sistema atual de bloqueio de placas Fonte: SENAI-SP (2013)

7 Sensores industriais

A solução encontrada por Henrique foi substituir o sensor indutivo por um sensor óptico retrorreflexivo, pois este possibilita a instalação a uma distância maior do atuador do sensor. Assim, qualquer movimento de folga mecânica do batente não interfere na detecção do sensor. Veja a simulação do sistema após a modificação.

placa de aço

batente

mesa de rolos

sensores ópticos prisma

Figura 132 - Sistema de bloqueio de placas após modificação Fonte: SENAI-SP (2013)

Após a modificação, não ocorreram mais falhas desse tipo, aumentado a produção da empresa.

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Comandos elétricos

7.2.4 Sensores por infravermelho Esse tipo se sensor trabalha em uma faixa de luz infravermelha, não visível ao olho humano, e tem por função medir a temperatura de um determinado ponto sem, no entanto, ter contato físico com ele. São exemplos desse tipo de sensor: os pirômetros infravermelhos (fixos ou portáteis) e os termovisores. Uma ilustração desses tipos de sensores pode ser observada a seguir.

Figura 133 - Termovisor e Pirômetro infravermelho Fonte: SENAI-SP (2013)

Podem ser utilizados no monitoramento da temperatura de processos de fabricação em indústrias siderúrgicas, indústria de fabricação de vidros, alimentícias, metalúrgicas, químicas etc. Nesses casos, por possuírem bateria interna, a instalação elétrica é feita por meio da conexão de um cabo de rede de comunicação que interliga o equipamento a um computador possibilitando que seja feita a leitura constante da temperatura.

10.3 Sensores de velocidade e posição Esses sensores são utilizados para medir a velocidade, o sentido de giro ou mesmo verificar o posicionamento angular de elementos rotativos. Para isso, devem ser acoplados ao eixo de máquinas, motores, geradores etc. A seguir, conheça dois tipos desses sensores: o tacogerador e o encoder.

10.3.1 Tacogerador O tacogerador é um dispositivo sensor que gera tensão contínua para indicar a velocidade e o sentido de giro do eixo de um equipamento. Observe a Figura 215.

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Figura 134 - Tacogerador de uso industrial Fonte: SENAI-SP (2013)

O valor de tensão gerado nesse sensor é proporcional à velocidade que estiver girando, e a polaridade indica o sentido de giro horário ou anti-horário, como você pode observar na figura a seguir.

A1

A2 G

A1

A2 G

Figura 135 - Polaridade do tacogerador de acordo com sentido de giro Fonte: SENAI-SP (2013)

Note que, ao inverter o sentido de giro do tacogerador, ocorre a inversão de polaridade da tensão produzida. O tacogerador é um sensor analógico, pois gera tensão contínua. É instalado fisicamente por meio de acoplamento, cuja função é transmitir a rotação do eixo do motor diretamente ao eixo do tacogerador, conforme pode ser observado na figura a seguir.

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Comandos elétricos

Figura 136 - Acoplamento flexível para interligar eixos do tacogerador com o motor Fonte: SENAI-SP (2013)

Os acoplamentos mais utilizados são os de tipo flexíveis (elásticos), que fornecem um amortecimento contra os solavancos de partida, as paradas do motor e as vibrações provenientes de desalinhamento entre os eixos.

7.3.2 Encoder Os encoders são sensores que convertem deslocamento ou posicionamento angular em sinais elétricos. O sinal gerado é um conjunto de bits: “1”, sinal de tensão positiva, e “0”, sinal de tensão 0 V. Esse conjunto de bits é interpretado pelo sistema de controle, que pode ser um CP, inversor de frequência, conversor CA/CC etc. Veja um modelo de encoder na Figura 218.

Figura 137 - Encoder Fonte: SENAI-SP (2013)

7 Sensores industriais

Na indústria, o encoder é instalado em robôs, máquinas CNC e sistemas automatizados, permitindo o movimento e a parada com precisão em posições planas ou espaciais. Para instalar o encoder, é necessário fixá-lo em um suporte ou base mecânica, alinhar seu eixo com o do que transmitirá o movimento e apertar, ajustando o acoplamento através de uma movimentação lenta. Se o acoplamento estiver adequado, é só fazer o aperto final dos parafusos de fixação. A Figura 219 a seguir ilustra esse método.

fixação por parafuso direto no flange Figura 138 - Instalação física do encoder Fonte: SENAI-SP (2013)

Os encoders são dotados de disco óptico interno perfurado ou disco multisessão. Em relação à forma construtiva, podem ser: incremental ou absoluto. A Figura 220 mostra esses discos. fonte de luz

14

15

0

1

13

sensor de posição sensor de referência

2

12

3

11

4 5

10 9

disco do encoder incremental

8

7

6

disco óptico do encoder absoluto

Figura 139 - Discos de Encoders: incremental e absoluto Fonte: SENAI-SP (2013)

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182

Comandos elétricos

Os encoders tipo incremental são mais utilizados em máquinas para medir rotação, sentido de giro e posicionamento linear. É um equipamento eletromecânico que gera pulsos elétricos de onda quadrada quando movimenta seu eixo. A cada volta do disco é gerada uma quantidade exata de pulsos. Já o do tipo absoluto é mais aplicado à medição de posição angular, possuindo um disco óptico que produz uma palavra digital formada de um conjunto de bits que distingue várias posições do eixo. Por exemplo, um encoder absoluto com 8 faixas é capaz de perceber e indicar 256 posições angulares diferentes, e para cada posição angular temos uma palavra digital.

7.4 Sensores de pressão Em diversos setores, as medições de pressão e vazão são importantes devido à necessidade de se obter, por exemplo, o peso de um produto ou volume de um líquido. A quantidade de material produzido implica diretamente no seu custo. No setor industrial, a pressão é a variável mais usada no controle de processos. Veremos a seguir os sensores de pressão: célula de carga, piezoresistivo e pressostato.

7.4.1 Sensores de pressão célula de carga São sensores utilizados para medir massa (peso). As balanças rodoviárias, por exemplo, usam esse tipo de sensor. A pressão exercida pelo peso do caminhão sobre o sensor indica quantas toneladas de carga ele está transportando. Para entendermos o funcionamento de um sensor de célula de carga é necessário conhecermos o conceito de um extensômetro. Um extensômetro, ou Strain Gage, é uma finíssima camada de material condutor depositada sobre um material isolante. Essa camada é montada de maneira a formar uma grade condutora em uma área isolante muito pequena, como pode ser observado na Figura 221. A sensibilidade do extensômetro está relacionada à deformação exercida na direção do seu eixo, proporcionando a sua respectiva variação de resistência elétrica (Ôhmica). Podem ser construídos em fio ou em lâmina.

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condutores terminais

condutores terminais

Figura 140 - Extensômetro de lâmina Fonte: SENAI-SP (2013)

Os extensômetros são sensores que possuem suas estruturas metálicas internas compostas por conjuntos de resistores que variam seus valores ôhmicos de acordo com a pressão exercida sobre a área sensora. Com a lâmina estendida, a resistência ôhmica (que em média é de 120 Ôhms) é reduzida proporcionalmente à deformação e, quando a lâmina é comprimida, sua resistência é aumentada nos terminais. Um conjunto de extensômetros de lâmina instalados em superfície plana interligados forma uma ponte de Wheatstone, exposto na Figura 222 a seguir.

SG1

SG2

V SG3

U SG4

Figura 141 - Extensômetros ligados em forma de ponte de Wheatstone Fonte: SENAI-SP (2013)

183

184

Comandos elétricos

Quando submetidos a uma deformação, um conjunto de extensômetros provoca um desbalanceamento do valor da resistência dessa ponte e, consequentemente, surge uma tensão nos pontos opostos aos pontos da excitação (alimentação) da ponte. A célula de carga tem a função de converter uma pressão física em sinal elétrico. Ela é composta por um corpo metálico, normalmente de aço carbono ou inox, que transmite a pressão exercida para os extensômetros internos. Na Figura 223, você pode observar um modelo de célula de carga com seus respectivos terminais de ligação. Os fios de cor vermelha e preta são responsáveis pela excitação (alimentação) da ponte de Wheatstone, e os de cor verde e branca pela coleta dos sinais de saída gerados a partir de uma deformação elástica do material. Já o fio terra deve ser ligado como forma de proteção do dispositivo, e está conectado na parte metálica do sensor. Você pode ver os condutores desse sensor e suas funções na figura a seguir. malha - aterramento vermelho ........ (+) alimentação preto ................ 0 V - alimentação verde ................ sinal de saída (+) branco..............sinal de saída (-) Figura 142 - Fios de conexão em um modelo célula de carga Fonte: SENAI-SP (2013)

7.4.2 Sensor de pressão piezoresistivo O efeito piezoresistivo se baseia na deformação exercida em uma ponte de Wheatstone a partir da pressão sobre um diafragma, que é o elemento que está em contato com o fluido. Portanto, esse sensor transforma a variação da pressão em variação de tensão ou de corrente elétrica. Normalmente, os fabricantes produzem sensores que trabalham com tensão ou corrente contínuas. No entanto, podem ser encontrados modelos capazes de trabalhar com as duas grandezas. Esses sensores possuem um cabo de ligação incorporado ao corpo do componente (vulcanizado) ou um conector com terminais de ligação. Observe, na Figura 224, um diagrama que indica a conexão desse sensor utilizado na área industrial.

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2

3

T

1 Figura 143 - Sensor de pressão piezoresistivo modelo Velki IT-TR-FL com conector DIN43650 Fonte: SENAI-SP (2013)

Em vários modelos, os sensores de pressão piezoresistivo são equipados com circuitos eletrônicos internos que fornecem tensões ou correntes de acordo com os padrões analógicos, os quais podem ser instalados diretamente na entrada do controlador programável (0 a 10 V, 4 a 20 mA etc.). Na Figura 225 a seguir, você verá um diagrama que ilustra as ligações de um sensor de pressão diretamente conectado à entrada analógica do Controlador Programável (CP). Esse sensor usado como exemplo tem saída de 0 a 10 V e é capaz de medir pressões de 0 a 1000 Bar.

Figura 144 - Ligações do sensor de pressão com saída de 0 a 10 V à entrada analógica 1 (AI-1) de um controlador programável Fonte: SENAI-SP (2013)

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Comandos elétricos

No quadro a seguir, você acompanha o número do pino do conector DIN utilizado nessa ligação, com a respectiva cor e função de cada fio. Quadro 31 - Codificação de cor do Conector DIN Pino

Cor

Função

1

Vermelho

Entrada de alimentação de +10 VCC

2

Preto

0 V de referência da fonte de alimentação

3

Branco

Saída de sinal de tensão 0 a 10 V

T

Verde

Aterramento

7.4.3 Sensor Pressostato O pressostato é um sensor de pressão eletromecânico que opera com a lógica ON-OFF, ou seja, ligado ou desligado. É um dispositivo essencial para proteção dos equipamentos e de sistemas sob pressão, pois evita estourar por sobrepressões ou parar por subpressão. São muito utilizados em compressores de ar, sistemas hidráulicos e outros sistemas que trabalham sob pressão. Temos pressostatos para fluidos como ar, óleo e gás, que podem atuar com pressão negativa (vácuo) ou pressão positiva (mais usada na indústria). A Figura 226 apresenta um exemplo de pressostato e de sua aplicação.

Figura 145 - Pressostato e aplicação em compressor industrial Fonte: SENAI-SP (2013)

7 Sensores industriais

Há pressostatos que atuam nos limites de: a) pressão máxima − uma chave com contatos NA e NF é forçada a atuar, desligando o motor do compressor ou desligando a válvula de entrada de pressão; b) pressão mínima − uma chave com contatos NA e NF é acionada, ligando o motor da fonte geradora de pressão ou abrindo uma válvula que libera a entrada de pressão para o reservatório; c) pressão mínima e máxima − atua de acordo com os valores de pressão mínima e máxima ajustados; e d) pressão diferencial − atua com a diferença de duas pressões, uma alta e outra baixa. Em geral, os pressostatos possuem um ou dois contatos reversíveis. Observe, na Figura 227, a mudança do contato reversível da posição 2 para 3 de um pressostato hidráulico industrial quando a pressão atinge o valor máximo ajustado.

1 3 2 PE

1 3 2 p

pressostato sem pressão ou com baixa pressão

PE

p

pressostato com pressão máxima atingida

Figura 146 - Funcionamento de um pressostato industrial Fonte: SENAI-SP (2013)

7.5 Sensor de vazão Vazão representa a quantidade de líquidos, gases ou vapores que passa em um determinado ponto, por exemplo, em um hidrômetro de uma residência (registrando a quantidade de água consumida em um determinado período) ou em um marcador de uma bomba de combustível (que registra a quantidade de litros fornecidos e o valor a pagar). Para a indústria esse sensor é muito importante, pois controla ou mede a quantidade de material que está sendo produzido. Para esse fim, existem vários equipamentos e técnicas de medição. Os mais comuns são medidor por turbina, eletromagnético, por placa de orifício, Coriolis, deslocamento positivo, Vortex e ultrassônico. Abordaremos somente o sensor de vazão por turbina, por ser o mais utilizado.

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Comandos elétricos

O sensor de vazão com medição por turbina é formado por um rotor montado no interior da tubulação, provido de aletas ou pás que o fazem girar quando atravessado por um fluido. Uma bobina captadora com um ímã permanente é montada externamente e alinhada com as aletas da turbina. Veja esses detalhes na figura a seguir.

bobina

rotor Figura 147 - Sensor de medição de vazão por turbina Fonte: SENAI-SP (2013)

Quando o líquido passa pelo tubo, o rotor gira a uma velocidade diretamente proporcional à velocidade da passagem do fluido pelo sensor. Como as aletas do rotor são feitas de material ferroso, na medida em que cada aleta em frente à bobina corta o campo magnético ela produz um pulso cuja sequência corresponde à vazão medida pelo sensor. Observe, na Figura 229 a seguir, a instalação mecânica e elétrica desse sensor.

7 Sensores industriais

conexão da fiação do sensor medidor de vazão tipo turbina

+24 V terra sinal

trecho reto Figura 148 - Instalação de sensor de medição de vazão por turbina Fonte: SENAI-SP (2013)

Os sinais de saída fornecidos por esses sensores são conectados a um módulo eletrônico, conhecido por transmissor de vazão, e que conta os pulsos do sensor e os converte em sinais analógicos (0 a 10 V, 4 a 20 mA etc.). Esse tipo de sensor é muito aplicado na área de instrumentação, no controle de processos voltados à área química e petroquímica.

7.6 Sensor de Nível Uma das grandezas de medição mais utilizadas na indústria, o controle de nível é utilizado para controle de líquidos ou grãos sólidos, armazenados em silos, tanques abertos ou pressurizados. Vamos estudar neste capítulo os sensores de nível por boia e os por ultrassom.

7.6.1 Sensor de nível por chave-boia O sensor de nível mais simples é do tipo boia flutuante ou chave-boia, no qual uma chave interna abre ou fecha um contato, de modo que quando o nível da água sobe ou desce o sensor aciona um contato NA e/ou NF.

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Comandos elétricos

Quando o nível da água sobe, o sensor de nível levanta e abre, interrompe o circuito de alimentação da bomba, cessando o fornecimento de água. Quando o nível da água cai, o sensor fecha o circuito de alimentação e aciona a bomba para encher a caixa novamente. Uma figura com um modelo desse sensor pode ser vista a seguir.

Figura 149 - Componentes para instalação do sensor de nível tipo chave-boia Fonte: SENAI-SP (2013)

7.6.2 Sensor de nível por ultrassom Um som é caracterizado por vibrações (variação de pressão) no ar. O ser humano normalmente consegue distinguir sons na faixa de frequência que se estende de 20 a 20.000 Hz aproximadamente. Acima desse intervalo, os sinais são conhecidos como ultrassons e abaixo como infrassons. O princípio de funcionamento do sensor de ultrassom se baseia na transmissão e recepção de ondas ultrassônicas. Uma das principais aplicações desse sensor é controlar o nível de tanques. Na Figura 231, temos um sensor de nível por ultrassom instalado acima do tanque de líquido. O elemento transmissor-receptor está alojado na mesma cápsula cilíndrica, bem na parte inferior, apontado para baixo.

7 Sensores industriais

cápsula sensora

Figura 150 - Sensor de nível por ultrassom, com cápsula apontada para o líquido Fonte: SENAI-SP (2013)

O sensor de ultrassom pode ser usado para medida de nível de líquidos, bem como para medida de distância, detecção de presença de objetos etc.

SAIBA MAIS

Para saber mais sobre sensores industriais, consulte o livro: “Sensores Industriais – Fundamentos e Aplicações”, de Daniel Thomazini e Pedro Urbano Braga de Albuquerque, publicado pela Editora Érica.

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Comandos elétricos

RECAPITULANDO Neste capítulo, você aprendeu como fazer a instalação de vários tipos de sensores. Com relação aos sensores de proximidade, vimos os magnéticos do tipo reed switch, indutivo, capacitivo e óptico. A respeito dos sensores de temperatura, vimos o termopar, as termorresistências e o infravermelho. Acerca dos sensores de velocidade e posição, estudamos o tacogerador e o encoder. Para os sensores de pressão, apresentamos as células de carga, o piezoresistivo e pressostato. Já como sensor de vazão, analisamos o tipo por turbina. Por fim, estudamos os sensores de nível, como o chave de boia e o ultrassom. Você também viu a simbologia, as especificações e as características de cada sensor, além de alguns diagramas de instalação. Os sensores têm grande importância nas máquinas e processos automatizados, pois constituem os “olhos” do sistema de controle industrial, por isso a necessidade de estudá-los.

7 Sensores industriais

Anotações:

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Sistema de Partida Direta de Motores Elétricos

8 Existem diversos sistemas que fazem a partida de motores elétricos trifásicos assíncronos, ou seja, quando o motor está desligado esses sistemas colocam o motor elétrico em funcionamento. A partida direta é a forma mais simples de fazer um motor elétrico funcionar. Para trabalhar na manutenção eletroeletrônica industrial, você precisa conhecer bem os sistemas de partida de motores. Assim, até o final deste capítulo, aprenderemos os seguintes itens: a) finalidade da partida direta do motor elétrico trifásico; b) características e funcionamento do motor elétrico trifásico; c) características das correntes e do conjugado do motor na partida direta; d) manutenção do motor elétrico trifásico; e) sensor de nível do tipo chave-boia; f ) manutenção no sistema de partida direta de motores com reversão.

8.1 Finalidade do sistema de partida direta A partida direta é aquela que põe o motor elétrico em funcionamento de imediato ou no menor tempo possível. É o tipo de partida por meio da qual energizamos um motor elétrico trifásico diretamente pela tensão nominal da rede elétrica. A partida do motor é o espaço de tempo compreendido entre o instante em que o motor está desenergizado, ou seja, com o rotor parado, até o instante em que o motor atinge plena velocidade ou rotação nominal. Esse sistema é indicado para máquinas e equipamentos que partem sob carga, pois, nesse caso, o motor desenvolve o torque nominal. No entanto, a corrente de partida é elevada e pode atingir valores de até dez vezes o valor da corrente nominal do motor.

196

Comandos elétricos

Na figura a seguir, temos uma betoneira, que é um misturador de materiais, utilizada por exemplo, na mistura do concreto, ela é um exemplo de aplicação do sistema de partida direta. Veja

Figura 151 - Betoneira Fonte: SENAI-SP (2013)

Essa máquina parte com carga, ou seja, quando a máquina está desligada e o operador a liga, podemos ter os materiais dentro do seu tambor. Portanto, ao ligar o motor, a máquina já inicia o processo de mistura. A seguir apresentamos o gráfico da partida direta desse motor trifásico de indução da betoneira.

8 Sistema de Partida Direta de Motores Elétricos

Figura 152 - Gráfico da corrente do motor da betoneira Fonte: SENAI-SP (2013)

O sistema de partida direta é muito utilizado nas indústrias, nas máquinas equipadas com motores de pequenas potências. A Norma Brasileira Regulamentadora 5410 (NBR 5410) recomenda que para partida de motores alimentados pela rede pública de baixa tensão com potência acima de cinco CV, devemos consultar a concessionária local de fornecimento de energia. Para potências superiores, dependendo da orientação da fornecedora de energia, é importante e obrigatória a utilização de um sistema alternativo para reduzir a corrente do motor na partida. Um dado importante e disponível na placa de identificação do motor é o Ip/ In, que indica quantas vezes a corrente de partida (Ip) é maior que a corrente nominal (In) do motor.

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198

Comandos elétricos

No gráfico a seguir, comparamos essas correntes e o conjugado em relação à velocidade nominal. (a) Corrente do motor na partida direta (b) Conjugado (torque) do motor na partida direta (c) Conjugado resistente (da carga)

Figura 153 - Comparativo entre conjugados e corrente na partida direta Fonte: SENAI-SP (2013)

Por esse gráfico, podemos observar que a corrente de partida (Ip) é aproximadamente seis vezes maior que a nominal (In), logo o Ip/In desse motor é seis. No entanto, o torque ou conjugado potente que o motor consegue oferecer à movimentação da carga, no momento da partida, pode ultrapassar seis vezes o conjugado nominal. Devido ao fato de a corrente de partida ser elevada, os condutores devem ser bem dimensionados com uma bitola que suporte essa corrente. Para facilitar o entendimento dos gráficos abordados neste capítulo, vamos comparar a partida do motor com a decolagem de um avião. Para isso verificaremos o consumo de energia do motor elétrico em confronto com o consumo de combustível do avião e o esforço mecânico que o motor faz para partir, que é o conjugado potente, com o esforço que o avião faz para subir. Tabela 7 – Comparação da partida do motor com a decolagem de um avião Momento

Status do motor elétrico

Status do avião

1

O motor está desligado.

O avião está estacionado na pista.

O operador aciona o comando para a

O piloto põe o avião para correr na pista, acele-

partida do motor.

rando para ganhar velocidade ainda em solo.

Em fração de décimos de segundos

Em questão de minutos, o avião consome

temos apenas o consumo de energia

certa quantidade de combustível apenas

dos componentes do comando.

para fazê-lo correr na pista.

2

8 Sistema de Partida Direta de Motores Elétricos

Momento

Status do motor elétrico

Status do avião

O motor está energizado, partindo e

O piloto arremete o avião em direção ao

acelerando a carga. Nesse momento

céu. Nesse instante, o avião sai do chão e

o consumo de energia é absurdo, a 3

começa a voar. As turbinas do avião gastam

corrente de partida e o conjugado são

uma quantidade absurda de combustível.

muito altos, pois o motor precisa tirar

O esforço é muito alto para fazer o avião

a carga de seu estado inicial (parado)

sair do chão e atingir a altitude desejada.

até atingir a velocidade nominal. 4

O motor atinge a plena velocidade.

O avião atinge a altitude desejada.

Agora que compreendemos o comportamento do motor elétrico na partida direta, vejamos, na figura a seguir, o comando desse sistema de partida instalado no triturador de papel.

3 L1

220 V/60 Hz

220 V/60 Hz

L1

-Q11 5

L2 L3

6

95 -F10 96

PE -F10

1

11

7 -S0 1

3

5

2

4

6

12

2

-Q1

1

3

5

2

4

6

13

8 -S1

5

U1 V1 W1 PE -M1

M 3

4

4

Diagrama elétrico de potência

10

-Q12

23

-Q1

-Q1 14

3

-F10

13 14

11 24

A1

9

-Q1

-E1

12

A2

L2

Diagrama de comando para partida direta de motor elétrico

Figura 154 - Comando de sistema de partida direta Fonte: SENAI-SP (2013)

Veja que muitos dispositivos são usados em um comando de partida direta. Mas fique tranquilo, pois neste capítulo vamos apresentar o funcionamento de cada um desses dispositivos.

199

200

Comandos elétricos

8.2 Funcionamento do sistema de partida direta Antes de vermos o funcionamento geral do sistema, é importante sabermos como funciona cada dispositivo que compõe um sistema de partida direta de motor elétrico. Assim, será mais fácil de entender o seu funcionamento completo.

8.3 Funcionamento dos componentes do sistema Para abordar o funcionamento de cada dispositivo de um sistema de partida direta de motor elétrico, eles foram divididos em dois grupos: componentes pertencentes ao circuito principal ou de potência; ou circuito de comando ou auxiliar.

8.3.1 Componentes do circuito principal ou de potência

1. Fusíveis de proteção (F1, F2, F3) Devem ser de ação retardada, tipo aM. São empregados na proteção de circuitos de motores e preparados para suportarem o pico de corrente durante a partida do motor elétrico. Interrompem a passagem da corrente, ou seja, “queimam”, quando ocorre um curto-circuito.

2. Contator de potência (Q1) Serve para acionar o motor elétrico. Quando a bobina de Q1 no comando for energizada, o contator fecha os contatos de potência, enviando as fases para o motor elétrico.

3. Relé térmico ou bimetálico (F10) Interrompe um contato no circuito de comando quando a corrente no circuito principal ultrapassa o valor ajustado. Esse relé possui elementos sensores que, no circuito de potência, ficam em série com o motor elétrico monitorando constantemente a corrente que vai para o motor. Quando essa corrente ultrapassa o valor ajustado no relé térmico, o contato 95-96 de F10 se abre no circuito de comando, desligando a bobina de Q1 e evitando danos ao motor. Isso ocorre quando há, por exemplo, uma dificuldade do motor em girar o eixo, devido a algum problema mecânico, causando uma sobrecarga mecânica. É isso o que faz com que haja também sobrecorrente ou sobrecarga na rede elétrica do motor.

8 Sistema de Partida Direta de Motores Elétricos

O relé térmico possui dois modos de funcionamento: o manual e o automático. No modo de desarme manual, se o térmico desarmar, ou seja, atuar, o contato 95-96 se abre no comando e permanece nessa condição até que um profissional rearme o térmico e resolva o problema, permitindo que o circuito funcione novamente. Já na posição automático, se o térmico desarmar, logo depois que esfriarem os sensores de corrente, ele volta a armar. Para um efetivo funcionamento da proteção, é imprescindível que o relé térmico esteja ajustado, preferencialmente, para o modo manual e com o mesmo valor da corrente nominal do motor.

4. Motor elétrico trifásico (M1) Gera movimento em seu eixo, movimentando o sistema mecânico a ele acoplado, ao receber a alimentação das três fases. Vamos relembrar o fechamento do motor trifásico de seis pontas para entendermos a partida direta. No diagrama da figura a seguir, observe os fechamentos do motor e a numeração dos terminais de entrada (início – I) e saída (final – F) dos grupos de bobinas internas de um motor trifásico.

L1

L3

L1

L2

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

6 1

L3

220 V L1

L3

L2

1

2

3

4

5

6

380 V

Enrolamento

Nº do terminal

Entrada ou inicio ( I)

1

3

5

Saída ou fim (F)

2

4

6

L1

1

4 2

3 5

220 V 380 V

L2

2

L2

4 5 6

3

L3

Figura 155 - Fechamentos e diagrama de entrada e saída das bobinas de motor de seis pontas Fonte: SENAI-SP (2013)

E se o motor que você for ligar tiver 12 pontas? Qual ligação você faria para as tensões de 220 V, 380 V, 440 V e 760 V? Vejamos essas ligações e o diagrama de entradas e saídas das bobinas desse motor na figura a seguir.

201

202

Comandos elétricos

1

L1

L3

2

Enrolamento

3

Nº do terminal

Entrada ou inicio ( I)

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Saída ou fim (F)

L2

L1

1

2

3

7

8

9

4

5

6

10

11

12

L3

L2

L1 1

3

2

7

9

8

4

6

5

10

12

11

L1

6 3

7

9

4

8 5

L3

1

2

L2

1

3

2

7

9

8

4

6

5

10

12

11

L3

L2

L1

L3

3

2

7

9

8

4

6

5

10

12

11

12

5 11

6

L1 1

9 7

3

L3

L3

3

6

2 8

L2

L2

L1 1

9

380 V (YY)

220 V ( _ _ ) L1

7 4 10 12

11

8 5

2

L2

440 V ( _ )

1

3

2

7

9

8

4

6

5

10

12

11

760 V (Y)

1

4

7

11

85

2

L2

10 12 9 6 3

L3

Figura 156 - Fechamentos e diagrama de entrada e saída das bobinas de motor de 12 pontas Fonte: SENAI-SP (2013)

Independentemente de quantas pontas o motor elétrico disponha (3, 6 ou 12 pontas), o comando para partida direta é o mesmo. A exigência é a de que o fechamento do motor deve estar configurado para a mesma tensão que será aplicada pela rede de alimentação elétrica.

8.3.2 Componentes do circuito de comando

1. Disjuntor termomagnético (Q11) Protege o circuito de comando de sobrecorrentes na instalação principalmente nos casos de curto-circuito em dispositivos do comando. Quando a corrente ultrapassar o valor nominal do disjuntor, ele se desliga, interrompendo a passagem da corrente e inativando o circuito. Quando você solucionar o problema da instalação, é só rearmar o disjuntor e o circuito voltará a funcionar.

8 Sistema de Partida Direta de Motores Elétricos

2. Contato de comando do relé térmico (F10): Abre o contato 95-96 e desliga a alimentação do circuito de comando caso seja detectada sobrecorrente no circuito de potência. Depois de solucionado o problema da sobrecarga, você deve rearmar o térmico pressionando o botão azul na parte frontal do relé térmico para que o circuito possa funcionar novamente.

3. Botão Desligar (S0): Serve para desligar o motor. Quando pressionado, o botão abre o contato 1112 (NF), interrompendo a tensão. Esse botão é do tipo pulsador e é vermelho.

4. Botão Ligar (S1): Serve para ligar o motor. Quando pressionado, o botão fecha o contato 13-14 (NA), permitindo que a bobina Q1 seja energizada. Esse botão é do tipo pulsador e é verde.

5. Bobina de comando do contator (Q1): Fecha os contatos de potência, quando recebe tensão, para alimentar o motor, e fecha os contatos auxiliares 13-14 e 23-24 no comando.

6. Contato 13-14 do contator (Q1): Após soltar o dedo do botão S1, o contator fecha o contato 13-14, que serve para manter o caminho para a passagem da corrente. Esse contato é chamado de contato de selo ou de manutenção.

7. Contato 23-24 do contator (Q1): O contator fecha o contato 23-24 (NA) quando a bobina Q1 é energizada. Veja que no diagrama da figura mostrada anteriormente, esse contato foi usado para alimentar o sinalizador luminoso (lâmpada) E1.

203

204

Comandos elétricos

8. Sinalizador luminoso (E1): Acende uma luz verde ao receber tensão, indicando que o motor está em funcionamento. Vejamos agora, nos diagramas a seguir, como fazer a partida direta de um motor trifásico por meio de um comando elétrico. Observe o que ocorre no comando a partir do momento em que o usuário aperta o botão S1 (verde). 220 V/60 Hz

220 V/60 Hz

5 L1

L1

-Q11

-Q11

95

-F10

6

96

96 11

11

7 -S0

-S0 12

12

13

13

8 -S1

10

23

-Q1

-Q1 14

14

-S1

-Q12

13

14

23

-Q1

-Q1 14

24

A1

9

-Q1

13

11 24

A1

5

95

-F10

-E1

12

A2

-Q12

L2

-E1

-Q1 A2

L2

Botão S1 sendo pressionado 3

Fechamento dos contatos de comando

220 V/60 Hz

L1 L2 L3 PE -F1, 2, 3 1

3

5

2

4

6

1

3

5

2

4

6

-Q1

-F10

U1 V1 W1 PE -M1

M 3

4

Fechamento dos contatos de potência Figura 157 - Diagramas de partida direta de um motor trifásico por comando elétrico (ligar) Fonte: SENAI-SP (2013)

8 Sistema de Partida Direta de Motores Elétricos

-Q11

3

220 V/60 Hz

220 V/60 Hz

L1

L1

L2

95

L3

-F10 96

PE -F1, 2, 3

11 -S0 12

-S1

13

13

23

-Q1

-Q1 14

14

24

-Q12

3

5

2

4

6

1

3

5

2

4

6

-F10

U1 V1 W1 PE

A1 -E1

-Q1

1

-Q1

A2

-M1

M 3

L2

Contatos de comando de Q1 fechados após botão S1 ser solto.

Contatos principais de Q1 fechados após botão S1 ser solto.

Figura 158 - Diagramas de partida direta de um motor trifásico por comando elétrico (ligar) Fonte: SENAI-SP (2013)

Você percebeu que depois que o usuário soltou o dedo do botão, devido à bobina de Q1 já estar energizada, os contatos 13-14 e 23-24 ficaram fechados? Isso ocorre mesmo depois que o botão S1 volta à posição inicial, com o contato aberto. Nos diagramas da figura a seguir, temos a ilustração do que ocorre com o comando quando o usuário aperta o botão S0 (vermelho), que tem a função de desligar o motor.

205

206

Comandos elétricos

220 V/60 Hz

220 V/60 Hz L1

L1 95

95 -F10

-F10

96

96 -S0

11

-S0

12

12

13 -S1

13

13

23

-Q1

-Q1 14

11

14

-S1 14

24

A1

23

-Q1 14

24

A1 -E1

-Q1 -Q12

13 -Q1

-E1

-Q1

A2

A2

-Q12

L2

L2

Botão S0 sendo pressionado

Abertura dos contatos de comando

L1 L2 L3 PE -F10

1 1

3

5

2

4

6

1

3

5

2

4

6

2

-Q1

3

-F10

U1 V1 W1 PE -M1

M 3

4

Abertura dos contatos de potencia Figura 159 - Diagramas partida direta de um motor trifásico por comando elétrico (desligar) Fonte: SENAI-SP (2013)

Como podemos ver, após pressionarmos o botão S0, a bobina de Q1 é desenergizada, abrindo o contato de selo, Q1 – 13-14, fazendo com que o circuito perca a condição de manter-se energizado, desligando-se e voltando à condição inicial, ou seja, pronto para funcionar novamente. Se o térmico (F10) estiver ajustado para rearmar manualmente e caso ocorra sobrecarga nas fases que alimentam o motor, os elementos sensores do térmico fazem abrir o contato 95-96 no circuito do comando, interrompendo e desligando o comando.

8 Sistema de Partida Direta de Motores Elétricos

Nos casos desobrecorrente ou sobrecarga o elemento térmico aciona um mecanismo, sinalizando que o térmico está atuando. Enquanto o térmico estiver desarmado, se o usuário pressionar o botão S1, o circuito não irá funcionar. E você sabe por que isso ocorre? Para impedir que o usuário ligue o motor enquanto existir algum problema no sistema. Quando um profissional eliminar a causa do problema, ele rearma o térmico pressionando o botão de rearme ou reset, localizado na face do dispositivo e a partir disso o circuito poderá voltar a funcionar. Observe os detalhes em um relé térmico representado nas figuras a seguir.

Figura 160 - Detalhes de um relé térmico Fonte: SENAI-SP (2013)

207

208

Comandos elétricos

Quase que na totalidade das máquinas, o térmico fica no modo de rearme manual, ou seja, em caso de atuação, o térmico só permitirá o funcionamento do circuito quando um profissional verificar o que ocorreu e rearmá-lo manualmente. As máquinas que utilizam o rearme do térmico no modo automático são aquelas que estão sujeitas a sobrecargas momentâneas e frequentes e que são inerentes do próprio processo de produção. Nesse modo de funcionamento, quando o térmico atuar por alguma sobrecarga, ele interromperá o funcionamento do circuito somente enquanto os sensores de corrente estiverem aquecidos. Quando esfriarem, o térmico voltará a fechar o contato 95-96 e o motor funcionará novamente, sem a intervenção humana. Um exemplo de equipamento que aplica o térmico no modo de rearme automático são as esteiras transportadoras de retalhos instaladas embaixo de prensas de estamparia. Os motores dessas esteiras sofrem constantemente sobrecargas devido a retalhos que enroscam momentaneamente nas cavidades no trajeto até a caçamba.

CASOS E RELATOS Neste caso, trataremos de uma empresa de produção de papelão reciclado, localizada no Nordeste do Brasil. Essa empresa usava, na produção, água captada de um pequeno riacho por meio de um sistema de bombeamento para uma caixa-d’água suspensa. Todas as noites, Carlos, o vigilante da empresa, ia até a base da torre da caixa-d’água, no fundo do pátio da fábrica, para ligar a bomba de abastecimento. Pela manhã, um funcionário desligava a bomba, pois era o tempo certo para repor a água usada na produção durante todo o dia. Uma noite, Carlos acionou a chave e a bomba começou a funcionar. Depois de pouco tempo, devido a um problema na rede da bomba, o térmico desarmou e a bomba desligou. No dia seguinte, a produção da fábrica começou, mas logo faltou água. Um funcionário mais antigo foi verificar o que estava acontecendo e constatou que a caixa-d’água estava vazia. A produção ficou parada por três horas até a caixa encher o suficiente para começar a produzir novamente. Foi nessa ocasião que chamaram Fernando, eletricista. Ele percebeu que o processo de enchimento da caixa-d’água era completamente manual. Assim, propôs a instalação de um sistema de enchimento automático, com um sensor de nível do tipo chave-boia e sinalização sonora em caso de falha.

8 Sistema de Partida Direta de Motores Elétricos

A solução foi implementar um circuito conforme esboça a figura a seguir. 3

-Q11

220 V/60 Hz

220 V/60 Hz

L1 L2 L3

95

97

96

98

-F10

PE -F1, 2, 3 1

3

5

2

4

6

1

3

5

2

4

6

-Q1

24

-S0 12 14

A1

U1 V1 W1 PE -M1

Q1 11

-F10

M

23

13 -S10

-Q1 -Q12

-E10

P10

A2

3

Figura 161 - Circuito elétrico para controle de nível de água com chave-boia e sinalizador sonoro Fonte: SENAI-SP (2013)

O diagrama principal é idêntico ao da figura que vimos no início deste capítulo, entretanto, o comando traz uma pequena alteração: no lugar do botão Liga (S1), foi utilizado um sensor de nível do tipo chave-boia (S10) para acionar a bobina do contator (Q1). O sensor energiza a bobina de Q1 quando a água está em nível baixo e desenergiza a bobina quando a água chega ao nível máximo. Vejamos na figura a seguir o funcionamento do contato em função do nível da água.

Figura 162 - Funcionamento do contato da chave-boia em decorrência do nível da água. Fonte: SENAI-SP (2013)

209

210

Comandos elétricos

O dispositivo empregado para desligar todo o sistema é S0, uma chave de duas posições fixas, aberta ou fechada, que impede que a bomba seja ligada automaticamente. Fernando também instalou uma lâmpada que indica quando o motor da bomba está ligado e uma sirene, para chamar a atenção do vigilante na portaria, quando houver alguma falha na bomba.

Passemos agora ao estudo da manutenção no sistema de partida direta de motores com reversão.

8.4. Manutenção no sistema de partida direta Vejamos agora, no quadro a seguir, um resumo de possíveis falhas que podem ocorrer no circuito de potência de um sistema de partida direta. Quadro 16 – Principais falhas nos componentes da potência e efeitos no circuito Componente

Possível falha

Efeito no circuito

1

Fusíveis (F1, F2,

Fusível queimado

Com um fusível queimado, faltará uma fase, o

F3) de proteção

(interrompido).

circuito funcionará de modo deficiente e o motor

do circuito de

não desenvolverá o torque, pois vai “roncar” e o

potência

térmico atuará, desligando o motor em caso de persistência. Se houver dois ou três fusíveis queimados, o motor não funcionará nem apresentará sinal algum. A espoleta saliente, nos casos dos fusíveis NH, ou a falta da espoleta, para os fusíveis D, também identifica que o fusível está queimado.

8 Sistema de Partida Direta de Motores Elétricos

Componente

Possível falha

Efeito no circuito

2

Contatos de

Contatos de potên-

Com um contato interrompido, faltará uma fase, o

potência do

cia

circuito funcionará de modo deficiente e o motor

contator princi-

interrompidos.

não desenvolverá o torque, pois vai “roncar” e o

pal (Q1)

térmico atuará, desligando o motor em caso de persistência. Com dois ou três contatos interrompidos, faltarão duas ou três fases e o motor não funcionará. Contatos de potên-

Motor não desliga nem quando a bobina do

cia

contator é desenergizada. Se a chave geral não for

colados (devido a so-

desligada, o motor não irá parar de funcionar.

breaquecimento, os contatos se fundem e ficam permanentemente fechados). 3

Relé térmico

Sensores de corrente

Relé térmico não desliga mesmo quando a cor-

(F10, terminais

“cansados”.

rente ultrapassa o valor de corrente ajustado.

Sensores de corrente

Relé térmico atua, indicando sobrecorrente,

“viciados”.

mesmo quando a corrente é inferior ao valor de

sensores de corrente)

corrente ajustado. 4

Motor elétrico

Curto-circuito entre

trifásico (M1)

bobinas do motor

Ao ligar, os fusíveis se queimam imediatamente.

Curto-circuito entre

Se o motor estiver devidamente aterrado,

bobina e a carcaça

queimam-se os fusíveis. Se o motor não estiver

do motor.

aterrado, a carcaça do motor ficará eletrificada, oferecendo risco de acidentes e choque elétrico.

Bobinas abertas ou

Quando o motor é energizado, não desenvolve

interrompidas.

torque e “ronca” da mesma forma como quando há falta de fase; isso ocorre se uma única bobina estiver aberta. Se forem duas ou três bobinas abertas, ao energizar, o motor não funcionará e não apresentará sinal algum.

Bobina com falha de

A proteção irá atuar, desde que o motor (carcaça)

isolação quanto à

esteja devidamente aterrado. Caso haja ater-

carcaça.

ramento deficiente ou inexistente, a carcaça do motor ficará energizada, gerando riscos como o de choque elétrico e faiscamento.

211

212

Comandos elétricos

Para identificarmos as falhas no circuito de potência apontadas no quadro anterior, nós, profissionais de manutenção, precisaremos aplicar procedimentos de teste. No quadro seguinte, temos alguns procedimentos para diagnosticar essas falhas. Acompanhe. Quadro 17– Alguns procedimentos de teste para diagnóstico de falha na potência Componente

Falha ocorrida

Procedimento de teste

1

Fusíveis

Fusíveis

Medir tensão na entrada do fusível em relação ao terra.

(F1, F2, F3) de

(F1, F2, F3)

Você deve encontrar o valor nominal de tensão da rede.

proteção do cir-

queimados.

Se você medir tensão na sa3+-7*ída do fusível em relação

cuito de potência 2

ao terra, não vai encontrar nenhum valor de tensão.

Contatos

Contatos

Medir tensão na saída dos terminais do contator. Se o

de potência

interrompidos.

voltímetro não indicar tensão mesmo com o contator

do contator

acionado, é muito provável que o contato esteja inter-

principal (Q1)

rompido. Contatos

Medir tensão nas saídas dos terminais do contator. Se

colados.

os contatos estiverem colados, você vai perceber a presença de tensão mesmo quando a bobina do contator estiver desenergizada. Normalmente, nesses casos, ao ligar a alimentação geral da potência, o motor é diretamente energizado também.

3

Relé térmico

Sensor de

Acionar contator e medir tensão nas saídas 2, 4 e 6 do

(F10, terminais

corrente

relé térmico. Descobrir qual saída não tem tensão.

sensores de

Interrompido.

corrente)

8 Sistema de Partida Direta de Motores Elétricos

Componente

Falha ocorrida

Procedimento de teste

4

Motor elétrico

Curto-circuito

Desligar chave geral, certificar-se de que não há tensão,

trifásico (M1)

entre bobinas

selecionar escala de ohm e medir resistência entre

do motor.

bobinas. Se o valor em ohm for 0 (zero) ou bem próximo desse, é provável que as bobinas tenham sofrido sobreaquecimento, fato que compromete o motor.

Curto-circuito

Desligar alimentação geral, desconectar fios de alimen-

entre bobina

tação do motor e, com o multímetro na maior escala, medir

e carcaça do

resistência de isolação entre bobina e carcaça do motor. Se

motor.

o resultado for um baixo valor de resistência, da ordem de alguns quilo-ohms, o motor pode estar danificado. Se for próximo de 0 (zero), o motor certamente está danificado. Outro teste fundamental para identificar se há curto-circuito é o teste de isolação com o megômetro. Conectar um terminal do aparelho na carcaça do motor e outro em um terminal de bobina e fazer a medição. A menor resistência de isolação aceitável na prática para motores de baixa potência e tensão é em torno de 2 MΩ. Esses testes são válidos se as bobinas do motor estiverem livres de umidade e impurezas condutivas.

4

Curto-circuito

Bobinas

Desconectar terminais da rede e desfazer fechamento

entre bobina

abertas ou

do motor, de modo que fiquem livres todas as pontas.

e carcaça do

interrompidas.

Medir com ohmímetro os inícios e finais de cada grupo

motor.

de bobina. Exemplo: I1 e F4, I2 e F5, I3 e F6, e assim por diante. Se o ohmímetro indicar resistência alta, infinita ou circuito aberto, a bobina está com defeito, ou seja, o motor está danificado. Bobina com

Desenergizar o motor, desconectar condutores dos

falha de

terminais do motor, conectar megômetro e medir

isolação em

resistência de isolação de cada bobina. Se o 1valor for

relação à

menor que 1 MΩ, a isolação pode estar comprometida.

carcaça.

Com base nos testes que apresentamos no quadro acima, para identificar se as bobinas de um motor estão em curto-circuito em função da potência ou tensão de funcionamento do motor, é importante entender que poderá haver variação nos resultados. A mesma situação vale para analisar se um térmico está danificado. No quadro anterior, apresentamos apenas algumas formas práticas e simples para identificarmos algumas falhas. Outras formas de testes poderão ser utilizadas.

213

214

Comandos elétricos

No Quadro 1 vimos algumas falhas que podem ocorrer no circuito principal. No quadro a seguir veremos algumas falhas mais comuns nos componentes do comando de um sistema de partida direta. Quadro 18 – F alhas comuns nos componentes do comando e efeitos no circuito Componente

Possível falha

Efeito no circuito

5

Disjuntores

Manípulo acionador

Normalmente, acontece o travamento na

termomagnéticos

travado ou solto.

posição Desligado, o que deixa o manípulo

(Q11 e Q12)

solto (livre) e impede que você rearme ou reestabeleça o funcionamento do circuito. Pode ocorrer travamento ou emperramento mecânico que impede o desligamento manual pelo manípulo. Nesse caso, se ocorrer alguma anomalia no circuito, apesar de o manípulo externamente não se movimentar, é muito provável que dispositivo desarme internamente, protegendo o circuito.

6

Contato NF

Térmico “cansado”.

O contato NF 95-96 não abrirá mesmo

95-96 do relé

quando a corrente ultrapassar o valor de cor-

térmico (F10)

rente ajustado. Térmico “viciado”.

O contato NF 95-96 irá atuar (desligar) mesmo quando a corrente for inferior ao valor de corrente ajustado.

7

Botão Desliga (S0)

Desgaste ou sujeira

Haverá mau contato, que poderá ser inter-

8

Botão Liga (S1)

nos contatos.

mitente, ora funcione, ora não.

9

Bobina do

Bobina em curto-

Ao acionar o botão Liga, a proteção (disjun-

contator (Q1)

circuito.

tor) atuará, ou seja, desligará o circuito de comando.

Bobina aberta.

O usuário pressionará o botão Liga, mas nada acontecerá.

Trepidação ou vi-

Haverá faiscamento nos contatos de potência,

bração no conjunto

provocando sobreaquecimento e desgaste

magnético.

acelerado dos contatos. Além do ruído sonoro (zumbido) no ambiente, pode ocorrer o colamento dos contatos.

10

Contato 13-14

Contato 13-14

A bobina receberá tensão, mas o contato 13-

(contato de selo)

interrompido.

14 não se fechará.

Contato 13-14

O contato ficará fechado mesmo com a bo-

colado.

bina desenergizada.

do contator (Q1)

8 Sistema de Partida Direta de Motores Elétricos

Componente

Possível falha

Efeito no circuito

11

Contato 23-24

Contato 23-24

A lâmpada E1 não acenderá.

do contator (Q1)

interrompido. Contato 23-24

A lâmpada E1 não se apagará.

colado. 12

Sinalizador

Lâmpada queimada.

Não há sinal quando o motor está ligado.

Contato colado.

A bomba (M10) fica sempre ligada e só des-

luminoso (E1) 13

Sensor de nível chave-boia (S10)

14

liga se mudar a posição da chave (S20). Contato interrom-

A bomba (M10) não liga mesmo se a posição

pido.

da chave (S20) for alterada.

Sinalizador

Sinalizador em

Quando o relé térmico (Q11) desarmar e o

sonoro (P10)

curto-circuito.

contato 97-98 se fechar, vão desarmar os disjuntores (Q11 e Q12), desligando o circuito de comando.

Sinalizador aberto.

Quando o relé térmico (Q11) desarmar e o contato 97-98 se fechar, o sinalizador sonoro (P10) não vai tocar.

VOCÊ SABIA?

O disjuntor termomagnético possui disparadores internos que funcionam da seguinte forma: em curto-circuito, o disparador magnético dotado de um eletroímã abre o disjuntor e, nas sobrecargas de maior duração, o disparador térmico é quem o abre.

Para identificarmos as falhas apresentadas no quadro anterior, vamos precisar aplicar alguns procedimentos de teste. É o que veremos no quadro a seguir. Quadro 19 – Principais procedimentos de teste nos componentes do circuito de comando Componente

Falhas ocorridas

Procedimentos de teste

5

Disjuntores

Manípulo

Acionar várias vezes o disjuntor para ligar e desligar

termomagné-

acionador

o circuito. Se travar e não destravar mais ou se o

ticos (Q11 e

travado ou solto.

manípulo ficar solto e não travar mais, o disjuntor está

Q12)

danificado. Exceto em caso de desarme por curto-circuito ou sobrecarga em que o manípulo fica solto e o usuário não consegue rearmá-lo em seguida. Só é possível fazer o rearme após o resfriamento.

215

216

Comandos elétricos

Componente

Falhas ocorridas

Procedimentos de teste

6

Contato NF

Relé

Ajustar corrente do térmico abaixo da corrente real do

95-96 do relé

térmico

motor. Ligar o motor e deixá-lo funcionando. Se o con-

térmico (F10)

“cansado”.

tato 95-96 e o térmico não abrirem em um intervalo

Contato NF

de aproximadamente 15 min., o térmico está defeitu-

95-96 não abre.

oso ou, como dizemos: “o térmico está cansado”.

Relé

Ajustar corrente ao valor de corrente nominal do

térmico

motor. Ligar motor e medir valor de corrente de cada

“viciado”.

fase com alicate-amperímetro. Se as correntes forem

Contato NF

inferiores ou iguais ao valor ajustado e o térmico de-

95-96 não abre.

sarmar, ou seja, se o contato 95-96 abrir, o térmico está defeituoso, ou como dizemos: “o térmico está viciado”.

7

Botão

Desgaste ou

Realizar várias sequências de liga e desliga e verifi-

Desliga (S0)

sujeira nos

car se falha o acionamento das cargas energizadas

8

Botão Liga (S1)

contatos.

pelo botão.

9

Bobina do

Bobina em curto-

Desenergizar e certificar-se de que não há tensão no

contator (Q1)

circuito.

circuito. Desconectar fios que ligam A1 e A2 da bobina. Medir resistência da bobina. Se o valor em ohm for baixo ou próximo de 0 (zero), a bobina está em curto-circuito.

Bobina aberta.

Medir resistência da bobina. Se o valor em ohm for muito alto, infinito ou aberto, a bobina está aberta.

Trepidação ou

Energizar contator e tocar na parte isolada. Verificar se

vibração no con-

há vibração, ouvir se produz ruído ou zumbido.

junto Magnético. 10

Contato 13-14

Contato 13-14

Desenergizar circuito, desconectar do contator cabos

(contato de

(de selo)

do terminal 13 ou 14 e medir resistência entre eles

selo) do conta-

interrompido.

pressionando botão existente na face frontal do con-

tor (Q1)

tator. Verificar o resultado. Se o multímetro não indicar circuito fechado, o contato está interrompido. Outro teste que deve ser feito com muito cuidado é: desconectar condutores do contato 13-14, energizar bobina do contator e medir resistência ôhmica ou continuidade diretamente no contato 13-14. Se não houver continuidade ou resistência ôhmica, o contato está interrompido. Contato 13-14 (de

Desenergizar circuito e medir resistência entre os ter-

selo) colado.

minais 13-14. Se o valor for 0 (zero) ou próximo desse, o contato está colado.

8 Sistema de Partida Direta de Motores Elétricos

Componente

Falhas ocorridas

Procedimentos de teste

11

Contato 23-24

Contato 23-24

Realizar os mesmos procedimentos para o caso do

do contator

interrompido.

contato 13-14 do contator (Q1).

(Q1) Contato 23-24 colado. 12

13

Sinalizador

Lâmpada

Aplicar tensão diretamente à lâmpada, se ela não

luminoso (E1)

queimada.

acender é porque está queimada.

Sensor de nível

Contato

Desenergizar circuito, medir resistência com multímet-

- chave-boia

colado.

ro e, com a caixa-d’água vazia, movimentar a boia para

(S10)

Contato

cima e para baixo. Se indicar circuito fechado, ou seja,

interrompido.

baixa resistência, independentemente da posição da boia, o contato está colado. Se indicar circuito aberto, ou seja, resistência infinita, independentemente da posição da boia, o contato está interrompido.

14

Sinalizador

Sinalizador em

Desenergizar, desconectar fios e medir resistência do

sonoro (P10)

curto-circuito.

sinalizador. Se o valor em ohm for baixo ou próximo de 0 (zero), o sinalizador está em curto-circuito.

Sinalizador

Desenergizar, desconectar fios e medir resistência do

aberto.

sinalizador. Se o valor em ohm for muito alto, infinito ou aberto, o sinalizador está aberto.

FIQUE ALERTA

As medições de resistência com ohmímetro, ou multímetro na escala de ohm, ou com o megômetro independentemente da escala só podem ser feitas com painel desenergizado.

Até aqui vimos que, na manutenção, os procedimentos de teste são muito importantes para localizarmos um defeito e que, para resolver um problema, antes precisamos identificar as causas.

SAIBA MAIS

Se você quiser saber mais sobre motores elétricos e suas características, acesse sites de fabricantes, como: ABB, GE Industrial, Siemens, Voges e WEG.

217

218

Comandos elétricos

RECAPITULANDO Neste capítulo, aprendemos que o circuito de comando tem um contato que desempenha a importante função de manter a bobina energizada depois que o botão pulsador for liberado. Esse contato recebe o nome de contato de selo. Vimos também o teste de isolação de um motor elétrico com um megômetro e estudamos as possíveis falhas e os principais procedimentos de testes dos dispositivos da partida direta de motores elétricos. Por fim, entendemos que conhecer o sistema de partida direta é fundamental para o profissional de manutenção, pois é utilizado em praticamente todas as partidas de motores de baixas potências, em máquinas e equipamentos industriais.

8 Sistema de Partida Direta de Motores Elétricos

Anotações:

219

Sistema de Partida Direta e Reversão de Motores Elétricos

9 No capítulo 8, conhecemos o sistema de partida direta de motores elétricos assíncronos e aprendemos como ele funciona. Agora, vamos ver um sistema que faz a reversão desses motores. Na realidade, o sistema de partida direta com reversão é formado de duas partidas diretas, sendo cada uma em um sentido de giro: horário e anti-horário. O conhecimento sobre a reversão dos motores elétricos é fundamental ao profissional de manutenção, uma vez que grande parte das máquinas e dos equipamentos eletroeletrônicos industriais opera em dois sentidos de direção. Assim, ao final deste capítulo aprenderemos o seguinte: a) finalidade e funcionamento da partida direta com reversão; b) características construtivas do motor elétrico trifásico; c) formação do campo magnético girante; d) tipos de intertravamentos usados em comandos de reversão de motores elétricos; e) manutenção no sistema de partida direta de motores com reversão.

9.1 Finalidade da partida direta com reversão No ramo comercial é fácil encontrarmos aplicações para a partida direta com reversão, como as portas automáticas de lojas, os portões eletrônicos de garagens de prédios, as cancelas nos pedágios etc. Assim como na área comercial, na indústria muitas máquinas realizam operações que exigem a inversão ou a reversão do sentido de giro de motores elétricos. Vejamos um exemplo na figura a seguir.

222

Comandos elétricos

Figura 163 - Retífica plana a rebolo equipada com mesa magnética Fonte: SENAI-SP (2013)

Nessa máquina, a reversão, usada no avanço e recuo da mesa, é feita por um motor trifásico de oito polos. As operações mais comuns que necessitam da reversão de sentido de giro são: movimento de mesas móveis; cabeçotes e carrinhos de máquinas de usinagem que se movimentam nos dois sentidos; painéis de operação que sobem ou descem para se ajustarem à altura do usuário; máquinas rotativas e esteiras transportadoras de produtos que giram nos dois sentidos etc. Enfim, são diversas as aplicações e as finalidades das máquinas industriais. No item a seguir, conheceremos as características internas e o princípio do motor trifásico.

9.2 Características construtivas internas e princípio de funcionamento de motor trifásico de gaiola de esquilo Você lembra como fazemos a reversão de um motor elétrico trifásico? É simples, basta trocar de posição uma fase que alimenta o motor por outra qualquer. Mas você sabe por que e como ocorre essa inversão no interior do motor? Vamos conhecer um pouco da estrutura interna do motor de indução para entender isso. Relembrando: os motores possuem estator e rotor. No estator, encontramos os enrolamentos ou as bobinas dos motores elétricos. Esses enrolamentos são responsáveis por gerar um campo eletromagnético que vai induzir, no rotor do tipo gaiola de esquilo, um campo magnético. É por isso que é chamado de motor de indução.

9 Sistema de Partida Direta e Reversão de Motores Elétricos

Vejamos na figura a seguir um rotor de um motor trifásico de indução.

Figura 164 - Rotor do tipo gaiola de esquilo de motor de indução Fonte: SENAI-SP (2013)

Observe que o rotor do tipo gaiola de esquilo é feito de chapas de aço-silício ou ferrossilício, com ranhuras diagonais, preenchidas por barras diagonais de alumínio, curto-circuitadas nas extremidades por um anel do mesmo material. Essa “gaiola”, formada pelas barras de alumínio, serve para curto-circuitar as correntes induzidas no rotor durante o funcionamento do motor de indução. Já o estator é composto de um núcleo de chapas de aço-silício que tem as bobinas dos enrolamentos do motor encaixadas em suas ranhuras. Vejamos esses detalhes na ilustração a seguir.

Figura 165 - Estator de um motor trifásico de indução Fonte: SENAI-SP (2013)

223

224

Comandos elétricos

As bobinas do estator estão defasadas em 120° geométricos umas das outras. Na ilustração a seguir, cada fase do motor possui duas bobinas por fase, perfazendo um total de seis bobinas no estator. Veja na figura a seguir um estator com o fechamento triângulo. A - C1

A - C1

A

C1

A

C

C1

B1

B1

C - B1

A1

B

B - A1

C - B1 C

B A1

B - A1 Figura 166 - Ligação interna de estator de um motor trifásico com fechamento triângulo Fonte: SENAI-SP (2013)

Quando o motor está em funcionamento, a corrente elétrica, ao circular pelas bobinas, forma um campo magnético diretamente proporcional. Quando a tensão da fase é máxima, a corrente naquele instante é máxima, consequentemente o campo gerado na bobina também é máximo. As correntes formam polos magnéticos Norte (N) e Sul (S), dependendo do sentido da corrente elétrica. O sistema trifásico, por causa da sua sequência de fases, quando ligado às bobinas do motor, forma um campo magnético que gira no interior do estator, fazendo com que o rotor seja magnetizado e gire em busca do campo magnético girante gerado. A figura a seguir apresenta o funcionamento do campo girante originado pelo estator. Verifique.

C A

1

2

3

4

5

6

7

B

A B1

A

O

N

CN O

A1

C1 B1

A

N

S

N

S

B CO

C1 B1

O

S S

A1

B C

A

N

O

S S

A1

C1 B1

O

N

S

O

B CS O

A1

A C1 B1

S

N

S

N

B CO N

A1

A C1 B1

A

S

O

O

N

B CN

C1 B1

O

S

N

O

B CN

N

A1

Figura 167 - Fases do sistema trifásico e relação com o campo girante formado Fonte: SENAI-SP (2013)

C S 1 S

O

A1

B

9 Sistema de Partida Direta e Reversão de Motores Elétricos

Perceba que o gráfico está numerado com instantes de 1 a 7, que são os trechos escolhidos para ilustrar a formação do campo no interior do estator. As três fases estão identificadas pelas letras A, B e C, mas na prática são L1, L2 e L3. Analisando o instante 1, observe que a fase A está em 0 (zero) volts, enquanto a fase C está quase no máximo positivo e a fase B, quase no máximo negativo. Isso mostra que nesse instante está circulando pelo motor uma corrente que sai de C e é absorvida por B. Esse percurso da corrente forma um campo magnético entre bobinas que resulta em uma orientação cuja posição do rotor está exemplificada logo abaixo do instante 1 do gráfico. Em um segundo instante, a fase A está bem positiva, fornecendo corrente que é absorvida pela fase B negativa na mesma intensidade de A. Enquanto isso, a fase C está em zero (0) volts. Observe que nesse instante o campo e, consequentemente, o rotor se deslocaram 30° no sentido horário. Se você continuar acompanhando a sequência de fases e as posições do rotor, verá que no instante 7 o rotor completou 360° geométricos, ou seja, uma volta completa no interior do estator. E como é feita a inversão de rotação do motor? Vimos na figura 17 que as fases A, B e C, no motor exemplificado, geram o sentido horário de deslocamento do rotor, coincidindo com a sequência de letras A, B e C, que também estão no sentido horário. Pois bem, para visualizarmos como ocorre a inversão do sentido de giro nos diagramas representados na figura 17, troque B por C. Refazendo o referido gráfico e considerando essa nova configuração do motor, vamos perceber que a orientação da sequência ficará no sentido anti-horário de giro. Aí está a inversão do sentido de giro do motor.

VOCÊ SABIA?

O número de polos é sempre par, pois sempre teremos Norte (N) e Sul (S) magnéticos. Além disso, quanto maior o número de polos, menor é a velocidade. Ao dobrar o número de polos, a velocidade do campo girante cai à metade. Exemplo: motor trifásico em 60 Hz: com dois polos, temos velocidade de 3.600 rpm; com quatro polos,1.800 rpm; com oito polos, 900 rpm.

Vejamos no item a seguir como funciona a partida direta com reversão.

225

226

Comandos elétricos

9.3 Funcionamento da partida direta com reversão Como já vimos o funcionamento da partida direta, será mais fácil de entendermos como funciona um comando para reversão do sentido de giro de um motor elétrico. Observe na figura a seguir o diagrama de um circuito de uma partida direta de motor com reversão do sentido de giro. L1 L1 L2 L2 L3 L3 PE PE

-Q1 -Q1

-Q10 -Q10

1 1

3 3

5 5

I> I> 2 2

I> I> 4 4

I> I> 6 6

1 1

3 3

5 5

2 2

4 4

6 6

-Q20 -Q20

1 1

3 3

5 5

2 2

4 4

6 6

U1 U1 V1 V1 W1 W1 PE PE -M1 -M1 3 3

Diagrama principal principal Diagrama

+24 VDC VDC +24 F1 F1 -Q1 -Q1

M M

95 95 I> I>

96 96

-S0 -S0

-S1 -S1

-Q10 -Q10

13 13

-Q20 -Q20

14 14

13 13 14 14

-S2 -S2 -Q10 -Q10

-Q20 -Q20

0V 0V

-Q10 -Q10 F2 F2

A1 A1 A2 A2

-Q20 -Q20

A1 A1 A2 A2

-Q10 -Q10

-Q20 -Q20

-E1 -E1

-E2 -E2

Diagrama Diagrama auxiliar auxiliar Figura 168 - Partida direta com reversão Fonte: SENAI-SP (2013)

9 Sistema de Partida Direta e Reversão de Motores Elétricos

Veja que, nesse circuito para proteção do motor e de sua instalação, foi aplicado o disjuntor-motor que atua tanto nos casos de curto-circuito quanto em sobrecargas. Relembrando, temos que o disjuntor-motor é a junção de dois dispositivos: o disjuntor e o relé térmico. Mas a proteção contra sobrecargas só acontece se a corrente nominal do motor estiver devidamente ajustada no relé térmico presente no disjuntor-motor. Na ocorrência de qualquer dessas sobrecorrentes, o contato 95-96 de Q1, instalado no comando, se abrirá, desativando o circuito de comando e impedindo a religação. Nesse caso, é necessário que um profissional verifique o que ocorreu, solucione o problema e rearme o disjuntor-motor, localizado dentro do painel de comando. Agora que já conhecemos os demais componentes do circuito, vamos direto ao funcionamento. Na figura a seguir podemos acompanhar a sequência de acionamentos do comando, em um sentido de giro que pode, por exemplo, ocorrer no sentido horário.

227

228

Comandos elétricos

+24 VDC F1 -S1

13

13

-Q10

-Q1

I>

14

-Q20 14

11

-S0

-S2 12 13

-S1

13

Primeiro abre o N.F. 11-12 Depois fecha o N.A. 13-14

14

Diagrama B Ordem de acionamento dos contatos

-Q20

-Q10 14

-S2

-Q20

-Q10 A1

-Q20

-E1

-E2

A1

-Q10 0V

-Q10

-Q20 A2

F2

A2

Diagrama A Botão S1 sendo pressionado

+24 VDC F1

-Q1

I>

-S0

13

-S1

-Q10

13 -Q20

14

14

-S2

-Q10

-Q20 A1 -Q10 0V

F2

-Q20

-E1

-E2

A1 -Q20

A2

-Q10

A2

Diagrama C Intertravamento do botão S1

9 Sistema de Partida Direta e Reversão de Motores Elétricos

+24 VDC F1 -Q1

I>

-S0

13

-S1

13

-Q10

-Q20 14

14

-S2

A1

-E1

-Q20 A2

F2

-Q20

A1

-Q10 0V

-Q10

-Q10

-Q20

-E2

A2

Diagrama D Botão S1 solto e fechamento do contato de selo de Q10 3

L1

220 V/60 Hz

L2 L3 PE

1

3

5

I> 2

I> 4

I> 6

1

3

5

-Q1

-Q10

1

3

5

2

4

6

-Q20 2

4

U1 V1 W1 PE -M1

M 3

Diagrama E Fechamento dos contatos de potência de Q10 Figura 169 - Diagramas de acionamento de comandos (sentido de giro) Fonte: SENAI-SP (2013)

Nesse circuito encontramos o disjuntor-motor Q1, que faz a proteção contra curto-circuito e sobrecarga do motor, pois internamente incorpora um disjuntor tripolar e um relé térmico. Porém, para que a proteção contra sobrecarga seja efetiva, é necessário que a corrente nominal do motor seja bem ajustada no relé térmico.

229

230

Comandos elétricos

Com relação ao funcionamento, você deve ter visto que no diagrama A da figura anterior temos a representação do botão S1 sendo pressionado por um usuário para ligar o motor no sentido horário, por exemplo. Com S1 pressionado, Q10 é energizado; fecha o contato de selo Q10 13-14 e 23-24, acendendo a lâmpada E1, e também os contatos de potência que acionam o motor elétrico, como vimos nos diagramas D e E da figura anterior. Assim, para interrompermos o funcionamento do motor, basta pressionarmos o botão S0. Algumas máquinas, principalmente as que trabalham com baixas rotações, aceitam a possibilidade de inversão direta da rotação do motor sem a necessidade de desligá-lo. Nesse caso, a rotação pode ser invertida diretamente através dos botões S1 e S2.

FIQUE ALERTA

Em algumas aplicações, não podemos inverter bruscamente a rotação do motor, sob o risco de quebra de componentes mecânicos diretamente acoplados ao eixo do motor. Nessas situações, devemos desligar o motor antes de inverter a rotação.

Os circuitos que trabalham com inversão de rotação devem ter proteção contra acionamento simultâneo dos botões S1 e S2, para evitar que os dois contatores principais Q1 e Q2 liguem ao mesmo tempo e fechem curto-circuito. Esse recurso é chamado de intertravamento. Existem dois tipos de intertravamento elétrico: por contatos de botão e por contatos do contator. No circuito apresentado, os botões S1 e S2 possuem dois contatos, um NF e outro NA. O intertravamento do botão funciona da seguinte forma: quando o usuário pressiona o botão S1, antes de fechar o contato NA 13-14, abre o contato NF 11-12. Essa diferença de tempo entre a abertura do contato NF e o fechamento do NA é de fração de segundos, porém é suficiente para garantir que Q10 vai ligar e Q20, não. Esses intertravamentos apareceram nos diagramas A e B da figura anterior. O intertravamento também protege o circuito se o motor já estiver funcionando em determinado sentido e o usuário pressionar o botão de inversão do sentido sem antes pressionar o botão Desliga. Por exemplo, se o motor estiver funcionando no sentido horário, acionado por Q10, e o usuário pressionar o botão S2 para inverter a rotação sem antes apertar o botão S0 (Desliga), não haverá problemas porque o intertravamento vai garantir que Q20 só vai ligar depois que Q10 desligar. O fato de o botão S2 abrir o contato NF antes de fechar o NA assegura que, quando Q20 ligar, Q10 já foi desligado anteriormente.

9 Sistema de Partida Direta e Reversão de Motores Elétricos

No circuito do diagrama A da figura anterior, os contatos Q10 11-12 e Q20 1112 são intertravamentos por contatos do contator. Para acionarmos o motor no sentido inverso de giro, basta pressionarmos o botão S0 e, depois, apertarmos o botão S2. Vejamos essa sequência na figura a seguir, nos diagramas A, B e C. +24 VDC

+24 VDC

F1

F1

-Q1

-Q1

I>

-S0

-S0

13 -S2

-S1

13

13

-Q20

-Q10 14

-S1

-Q10

14

-S2

-Q20 13

14

-S2

14

-S2

-Q10

-Q20 A1

-Q10

0 V F2

I>

-Q10

-Q20

-E1

-E2

A1

-Q20 A2

A1 A2

3

-E2

A2

Diagrama B Fechamento de selo de Q20

Diagrama A Botão S2 sendo pressionado L1

-E1

-Q20

0 V F2

-Q20

A1

-Q10

A2

-Q10

-Q10

-Q20

220 V/60 Hz

L2 L3 PE

1

3

5

I> 2

I> 4

I> 6

1

3

5

2

4

6

-Q1

-Q10

-Q20

1

3

5

2

4

6

U1 V1 W1 PE -M1

M 3

Diagrama C Fechamento dos contatos de potência de Q20 Figura 170 - Diagramas de acionamento de comandos (sentido inverso de giro) Fonte: SENAI-SP (2013)

Outro tipo de intertravamento que poderia ser utilizado nesse circuito de reversão é o intertravamento mecânico. Observe um contator com intertravamento mecânico na figura seguinte.

231

232

Comandos elétricos

Q1

Q2

Figura 171 - Contatores com intertravamento mecânico Fonte: SENAI-SP (2013)

Esse é um conjunto constituído por dois contatores sobre uma base com um mecanismo que só libera o acionamento de um contator quando o outro não estiver acionado e em posição segura.

CASOS E RELATOS O relato a seguir ocorreu em uma empresa metalúrgica fabricante de implementos agrícolas em uma cidade do interior de São Paulo. Essa empresa tem um setor de máquinas de usinagem e, entre elas, uma retificadora plana de rebolo. Também possui um setor de manutenção formado por alguns mecânicos, um eletricista de manutenção e um técnico em eletroeletrônica. Certa vez, a retificadora apresentou o seguinte defeito: o avanço transversal da mesa não invertia a rotação quando a mesa atingia o ponto de retorno, tanto no modo automático quanto no modo manual. Assim, a mesa só parava quando atingia o fim de curso de segurança, identificado por S100. Essa máquina tinha uma mesa equipada com placa magnética para prender as peças a serem retificadas. A mesa, a placa e, consequentemente, a peça se deslocam no sentido longitudinal (sentido do comprimento da mesa), por meio de um sistema hidráulico. O deslocamento transversal é feito por um motor trifásico de baixa velocidade, com reversão, comandado por dois sensores indutivos, S10 e S20, como podemos ver nos diagramas da figura a seguir.

L2

L1

F1

Fonte: 24 VDC

T1

7

0 - Desligado

2 - Manual

I>

102

-SG

-S1

-Q1

-S10

1 - Automático

0V

2

+24 VDC

A2

A1

Fim do avanço

-K10

3

-R1

4

-S20

A2

A1

Fim do recuo

-K20

3

A2

A1

-R3 -Q10

4

Diagrama de comando

-R2 -K30

4

-K10

-S100

-S3 -K20

12

11

14

13

-R10

4

Segurança: avanço da mesa

-K30

-Q10

Avanço da mesa

A2

A1

12

11

A2

A1

12

11

22

21

14

13

-Q10

-R20

4

Segurança: recuo da mesa

-K30

-Q20

Recuo da mesa

-K20

-S200

-Q20

24

-S4

23

24

23

9 Sistema de Partida Direta e Reversão de Motores Elétricos

233

234

Comandos elétricos

L1 L2 L3 PE

1

3

5

I> 2

I> 4

I> 6

1

3

5

-Q1

1

3

5

2

4

6

-Q20

-Q10 2

4

6

U1 V1 W1 PE -M1

M 3

Diagrama de potência Figura 172 - Circuito de comando da retificadora plana de rebolo Fonte: SENAI-SP (2013)

Inocêncio, o eletricista da empresa, analisou a máquina e detectou que a saída do sensor não estava funcionando, ou seja, ele percebeu que o contator K10 não acionava quando o came de final de avanço da mesa chegava à posição de acionar o sensor S10. O eletricista trocou o sensor e, ao fazer o teste de funcionamento, quando a máquina chegou à posição de fim de avanço, ela parou e o fusível F2 abriu. O resultado foi que o sensor S10 queimou novamente, só que dessa vez entrou em curto-circuito, fazendo atuar a proteção fusível. Preocupado, o eletricista resolveu chamar o técnico em eletroeletrônica para auxiliá-lo. Ao chegar, Giordano, o técnico em eletroeletrônica, analisou detalhadamente o diagrama, desconectou o S10 e resolveu medir a resistência na bobina do contator K10. Ao fazer isso, verificou que a resistência estava muito próxima de zero. Assim, ele disse logo: “A bobina está em curto-circuito, vamos trocá-la”. Foi aí que o eletricista respondeu: “Antes me deixe verificar esse supressor de ruídos R1 em paralelo com a bobina”. Ao medir separadamente o supressor, o eletricista detectou que R1 estava em curto-circuito. Por esse motivo, foram substituídos o fusível F2 novamente, o sensor S10 e ainda o supressor R1.

9 Sistema de Partida Direta e Reversão de Motores Elétricos

Nesse caso, foi utilizado um bloco diodo para minimizar o efeito da tensão reversa e os distúrbios gerados pelos indutores no momento da energização e desenergização. Devido a sua função, também é conhecido por diodo rodalivre e é instalado em paralelo às bobinas de relés, contatores e solenoides de válvulas em circuitos alimentados por tensão contínua. Obrigatoriamente, o diodo roda-livre deve ser instalado na posição de polarização inversa para drenar a corrente reversa no instante em que ela surgir, evitando a propagação de interferências para outros componentes do circuito. Caso esse dispositivo seja instalado na polaridade errada, ao energizá-lo, ele conectará o positivo da fonte de alimentação diretamente ao negativo comum da fonte, provocando, assim, um curto-circuito que vai fazer atuar a proteção, além de danificar o bloco diodo. Por fim, os profissionais da manutenção fizeram os testes de funcionamento e a máquina voltou a operar normalmente.

Passemos agora ao item em que aprenderemos a realizar manutenção no sistema de partida direta de motores com reversão.

9.4 Manutenção do sistema de partida direta com reversão No capítulo 8, vimos as principais falhas que ocorrem com os dispositivos do comando e da potência de um circuito de partida direta. Como a partida com reversão possui os mesmos dispositivos da partida direta, não há necessidade de repetirmos as mesmas falhas neste capítulo. Por isso, vamos ilustrar somente as falhas nos dispositivos novos presentes na situação ilustrada na seção “Casos e relatos”. No quadro a seguir, temos algumas falhas que podemos encontrar quando estivermos fazendo a manutenção de circuitos de comando e potência em sistemas de partida direta de motores elétricos.

235

236

Comandos elétricos

Quadro 20 - Principais falhas nos componentes de comando e potência em sistemas de partida direta de motores com reversão

1 TENSÃO DE SAÍDA Algumas fontes possuem grandes capacitores que acumulam energia por um tempo após desligadas. Essa tensão residual, como é chamada, além de prejudicar o resultado da medição, pode queimar o ohmímetro.

Componente

Possível falha

Efeito no circuito

1

Disjuntor-

Manípulo acionador

Normalmente, ocorre o travamento na posição

motor

travado ou solto.

Desligado, ficando o manípulo solto (livre) e

(Q1)

impedindo que você rearme ou reestabeleça o funcionamento do circuito. Poderá ocorrer um travamento ou emperramento mecânico que impede o desligamento manual pelo manípulo. Nesse caso, se ocorrer alguma anomalia no circuito, apesar de o manípulo externamente não se movimentar, é muito provável que o dispositivo desarme internamente, protegendo o circuito. Disjuntor não desarma

O contato não abre mesmo quando a corrente

por sobrecarga.

ultrapassa o valor de corrente ajustado.

Disjuntor “cansado”. Disjuntor desarma sem

O disjuntor atua (desliga) mesmo quando a cor-

estar em sobrecarga.

rente é inferior ao valor de corrente ajustado.

Disjuntor “viciado”.

2

Não é possível rearmar

A alavanca ou o manípulo de ligar-desligar fica

o disjuntor após curto-

com movimento livre e não trava nem rearmado,

circuito.

nem desarmado.

Fonte de

Saída da fonte

Quando energizado o circuito, a proteção da entrada

alimentação

em curto-circuito.

da fonte atua e desarma, desligando o circuito.

(T1)

Fonte não fornece

Bobinas dos contatores não ligam, lâmpadas não

tensão.

acendem, LEDs dos sensores não acendem.

Fonte não consegue

Quando as cargas elétricas da fonte, tais como bobi-

manter a corrente de

nas dos contatores, lâmpadas e sensores, vão sendo

saída sob carga.

ligadas, logo em seguida começam a desligar.

Oscilação na saída de

Queima frequente de dispositivos do circuito, fun-

alimentação.

cionamento instável. Ainda pode ocorrer que, em certo momento, alguma carga não ligue quando deveria ligar e/ou desligue quando deveria estar ligada.

9 Sistema de Partida Direta e Reversão de Motores Elétricos

Componente

Possível falha

Efeito no circuito

3

Sensor indu-

Sensor em

Ao energizar, atua a proteção, ou seja, queima o

tivo

curto-circuito.

fusível.

(S10 e S20)

Sensor não detecta

Sensor não aciona a bobina do contator, do relé

aproximação do

ou de outra carga qualquer conectada à saída.

material. Sensor detecta material, mas não aciona a saída.

4

Sensor sempre

Sensor aciona a carga conectada à saída mesmo

acionado.

sem material.

Diodo de

Diodo em

Ao energizar, atua a proteção, ou seja, queima o

proteção -

curto-circuito.

fusível.

roda-livre

Diodo aberto.

Quando a bobina do contator é desenergizada,

(R10 e R20)

podem ocorrer interferências no circuito devido a picos de tensão que a bobina gera.

Para identificarmos as falhas que vimos no quadro anterior, vamos precisar aplicar procedimentos de testes aos dispositivos. No quadro a seguir, temos alguns procedimentos de testes indicados para diagnosticar essas falhas. Acompanhe.

237

238

Comandos elétricos

Quadro 21 - Principais procedimentos de teste para diagnóstico de falha nos componentes de comando e potência em sistemas de partida direta de motores com reversão Componente

Falha ocorrida

Procedimento de teste

1

Disjuntor-

Manípulo acionador

Acionar várias vezes o disjuntor no sentido de ligar e

-motor

travado ou solto.

desligar o circuito. Se travar e não destravar mais, ou o

(Q1)

manípulo ficar solto e não travar mais, o disjuntor está danificado. Exceto em caso de desarme por curto-circuito ou sobrecarga, o manípulo fica solto e o usuário não consegue rearmá-lo em seguida. Só é possível o rearme após o resfriamento. Disjuntor não de-

Ajustar corrente com valor abaixo da corrente do motor,

sarma

ligar o motor e deixá-lo funcionando. Se o disjuntor-mo-

por sobrecarga.

tor não desarmar em um intervalo de aproximadamente

Disjuntor “cansado”.

15 min., ele está defeituoso.

Disjuntor desarma

Ajustar corrente com valor igual ao valor de corrente no-

sem estar em sobre-

minal do motor, ligar o motor e medir o valor de corrente

carga.

de cada fase com alicate-amperímetro. Se os valores

Disjuntor “viciado”.

forem menores ou iguais ao valor ajustado e o disjuntor-motor desarmar, ele está defeituoso.

Não é possível rear-

A alavanca ou o manípulo de ligar-desligar fica com

mar o disjuntor após

movimento livre e não trava nem rearmado, nem desar-

curto-circuito.

mado. Se após tempo de resfriamento não for possível rearmar o disjuntor, ele está danificado.

9 Sistema de Partida Direta e Reversão de Motores Elétricos

Componente

Falha ocorrida

Procedimento de teste

2

Fonte de

Saída da fonte

Ao energizar, atua a proteção, ou seja, queima o fusível.

alimentação

em curto-circuito.

Outra forma de testar é desconectando a entrada e a saída

(T1)

da fonte do circuito e medir resistência: 1) entre os terminais de saída; 2) nos terminais de entrada de alimentação. Se em qualquer dos testes a resistência for muito baixa, com valores que se aproximam de 0 (zero), a fonte está danificada. Para fazer esse teste, mesmo com a fonte desconectada, antes de medir a resistência você deve verificar se há tensão na saída da fonte. Fonte não fornece

Realizar teste na fonte sem carga e, se for aprovada, deve

tensão na saída ou

ser testada com carga.

não mantém a corrente de saída sob

Teste sem carga

carga.

Desconectar carga da saída da fonte de alimentação, energizá-la e medir tensão na saída e na entrada da fonte. Se você não encontrar tensão na saída (VCC), a fonte está danificada. Caso a fonte apresente a tensão nominal na saída, verificar se essa tensão se mantém ao longo do tempo. Se a fonte for aprovada no teste sem carga, fazer o teste com carga. Teste com carga Desenergizar fonte, conectar uma carga compatível com a fonte quanto à corrente e à tensão. Energizar e medir corrente com alicate-amperímetro e tensão com multímetro. Verificar também temperatura da fonte. Em uma fonte em boas condições, com corrente de saída de valor abaixo ou igual ao valor de corrente nominal da fonte, a tensão deve se manter ao longo do tempo sem sobreaquecer. Se a fonte apresentar comportamento diferente do indicado no teste, certamente está danificada.

Oscilação na saída de

Conectar multímetro, com escala em volt (VCC), na saída

alimentação.

da fonte, energizá-la e verificar se há oscilação na tensão de saída. Colocar máquina em funcionamento e acompanhar tensão durante vários ciclos de funcionamento. Para um teste mais apurado, conectar um osciloscópio e verificar a forma de onda da tensão de saída e de entrada da fonte durante o funcionamento.

239

240

Comandos elétricos

Componente

Falha ocorrida

Procedimento de teste

3

Sensor indu-

Sensor em curto-

Energizar sensor e verificar se atua a proteção. Outra

tivo

circuito.

forma é desconectá-lo e fazer medição da resistência

(S10 e S20)

com multímetro na escala de ohm. Se a resistência entre os dois terminais de alimentação ou de um terminal da alimentação em relação à saída for 0 (zero) ohm ou muito próximo disso, o sensor está em curto-circuito.

Sensor não detecta

Medir tensão de alimentação. Se estiver correta e o

aproximação do ma-

sensor não fornecer tensão na saída mesmo com a apro-

terial ou não aciona

ximação do material adequado, o sensor está danificado.

saída. Sensor sempre acio-

Verificar se fixação (suporte) está influenciando a

nado mesmo sem

atuação do sensor e ajustar se for o caso. Se o sensor

material.

continuar fornecendo tensão na saída sem aproximação de material, o sensor está danificado.

4

Diodo de

Diodo em curto-

Energizar sensor e verificar se atua a proteção. Para

proteção -

circuito.

certificar-se, desconectar e fazer medições com multíme-

roda-livre

tro na escala de diodo ou de resistência. Se o valor entre

(R10 e R20)

os dois terminais for baixo na medição nos dois sentidos, o diodo está em curto-circuito. Diodo aberto.

Desconectar diodo e medir tensão com multímetro. Se o valor for muito alto (infinito), o diodo está aberto.

Nos circuitos de comando alimentados por tensão contínua, para evitar interferências e sobretensões produzidas pelas bobinas dos contatores no instante da desenergização, é importante instalar um diodo roda-livre em cada bobina. Este tem a função de curto-circuitar a tensão reversa, que é a tensão que surge no sentido contrário à polaridade normal, e eliminar as consequências desse efeito indesejado. Essa medida evita que os picos de tensão causem interferências no funcionamento do circuito e afetem a fonte de alimentação, reduzindo a vida útil dos componentes eletrônicos.

SAIBA MAIS

Se você quiser saber mais sobre motores elétricos e suas características, acesse sites de alguns fabricantes, tais como: ABB, GE Industrial, Siemens, Voges e WEG.

9 Sistema de Partida Direta e Reversão de Motores Elétricos

RECAPITULANDO Neste capítulo, aprendemos como funciona um circuito de potência e de comando para reversão de motores trifásicos de indução. Vimos também o cuidado que devemos ter com o circuito de reversão em máquinas nas quais não podemos inverter o sentido de rotação antes de o eixo do motor parar. A inovação no circuito de potência foi a aplicação do disjuntor-motor e no circuito de comando, a alimentação por tensão contínua e a proteção por diodo roda-livre. Por fim, vimos como se forma o campo magnético girante, que faz o rotor girar o eixo do motor, e conhecemos o princípio da reversão de rotação pela inversão de fases do sistema trifásico. Esses conhecimentos técnicos são importantes, pois grande parte do trabalho de manutenção está voltada para sistemas de reversão de motores elétricos de máquinas e equipamentos eletroeletrônicos industriais.

241

Sistema de Partida Estrela-Triângulo de Motores Elétricos

10 Vimos no capítulo 8 que o uso do sistema de partida direta, dependendo da potência do motor e da capacidade da instalação, traz algumas consequências às instalações e aos equipamentos que nelas funcionam. O sistema de partida estrela-triângulo é um sistema indireto ou alternativo de partida de motores que tem por objetivo reduzir, nas instalações, os efeitos indesejáveis da partida direta. A partida estrela-triângulo é o sistema indireto de partida mais simples e de menor custo. Por isso, é o mais utilizado nos comandos de máquinas. Daí a importância de conhecermos esse tipo de partida de motores trifásicos, para sermos capazes de fazer manutenção. Assim, ao final deste capítulo, além de estudarmos esse importante sistema de partida de motores, vamos conhecer: a) a finalidade da partida estrela-triângulo; b) o comportamento das correntes e dos conjugados nesse tipo de partida; c) as características das tensões e correntes nos sistemas trifásicos; d) os temporizadores; e) a manutenção do sistema de partida estrela-triângulo.

10.1 Finalidade da partida estrela-triângulo Você deve se lembrar de que, dependendo da potência de um motor, é obrigatório o uso de um sistema indireto de partida que reduza o pico de corrente durante o tempo da partida do motor elétrico. Além desse fator, nos casos em que a bitola dos condutores da instalação é insuficiente para suportar a corrente de partida do motor, o sistema estrela-triângulo é uma boa alternativa.

244

Comandos elétricos

Assim, seja por imposição da concessionária de energia, seja pelas limitações da própria instalação elétrica, o fato é que a redução do pico de corrente traz vantagens aos usuários das instalações elétricas – consumidores ou fornecedores –, já que a queda de tensão ou a interferência, por exemplo, faz com que os outros equipamentos instalados na mesma rede funcionem de forma deficiente. Outra vantagem do sistema de partida estrela-triângulo é que ele permite a utilização de condutores de bitola menores, o que reduz o custo da instalação. Ou, ainda, no caso de uma instalação já existente, possibilita o uso de motores de maior potência, sem a necessidade da troca dos condutores por aqueles de maior bitola. Esse tipo de partida pode ser aplicado em motores de qualquer potência, desde que possa receber as tensões indicadas – a menor tensão é do mesmo valor da tensão da rede e a maior tensão corresponde a 3 (raiz de três) vezes maior do que a primeira. Como exemplos, temos motor que se liga às tensões 220 V/380 V, motor para tensões 440 V/760 V ou, ainda, motores especiais indicados para tensões como 380 V/660 V. Vejamos um caso prático: o sistema de exaustão a seguir foi instalado em uma área de soldagem de metais para retirar vapores e fumos metálicos do ambiente.

Figura 173 - Sistema de exaustão industrial Fonte: SENAI-SP (2013)

O sistema de partida estrela-triângulo é recomendado para partida de motores em máquinas que partem em vazio ou sem carga, tais como tornos, fresadoras, retificadoras, furadeiras e outras máquinas. Esse sistema também pode ser aplicado a cargas ou máquinas com baixo conjugado resistente, por exemplo, dobradeiras e exaustores.

10 Sistema de Partida Estrela-Triângulo de Motores Elétricos

A partida estrela-triângulo proporciona uma redução de corrente a um terço do valor da corrente de partida se comparada ao sistema de partida direta em triângulo, ou seja, há uma redução muito significativa. Vejamos, no gráfico da figura a seguir, uma comparação entre as correntes de partida no sistema estrela-triângulo e no sistema de partida direta. Corrente (lp) de partida do motor (A) Ip direta

Comutação de Estrela para Triângulo

Partida direta

Ip Y/

Partida Estrela - Triangulo

In

Pleno funcionamento 0

> 90% rpm nominal

% Velocidade (rpm)

Figura 174 - Correntes na partida direta e na partida estrela-triângulo Fonte: SENAI-SP (2013)

Observe que o valor da corrente na partida direta, indicado no gráfico pelo traço vermelho, é bem maior que o valor da corrente na partida estrela-triângulo, representado pelo traço verde. O gráfico a seguir apresenta as curvas de conjugado do motor na partida direta e na partida estrela-triângulo e as respectivas correntes em função da velocidade do motor durante a partida, desde o eixo do motor parado a 0 (zero) rpm até a plena rotação, próximo a 100%.

245

246

Comandos elétricos

1 Alto conjugado resistente Carga mecânica acoplada ao motor elétrico que oferece bastante dificuldade de ser movimentada durante a partida e faz o motor demorar tempo considerável para acelerar até a plena rotação.

(a) Corrente do motor na partida direta (b) Conjugado (torque) do motor na partida direta (c) Conjugado resistente (da carga) Corrente (%)

Torque (%)

(d) Corrente do motor na partida estrela (Y) (e) Conjugado do motor na partida estrela (Y)

a

600

400

b

d

200

c

e

100 0

20

40

60

80

100

Velocidade (%) Figura 175 - Comparativo entre corrente e conjugado na partida direta e na partida estrela-triângulo Fonte: SENAI-SP (2013)

Observe no gráfico da figura anterior que a curva “e” apresenta o conjugado do motor, ou conjugado potente, em torno de 130%, projetada no eixo Torque; a curva “b”, em torno de 400%, está projetada no mesmo eixo. Se compararmos a curva “e” com a curva “b”, temos que a primeira é três vezes menor que a segunda. Interpretando esses resultados, temos: o conjugado do motor na partida estrela (Y) é três vezes menor que o da partida triângulo (∆). Em outras palavras, de acordo com o gráfico, podemos afirmar que o motor na partida estrela desenvolve um torque que é aproximadamente um terço menor do que o torque na partida direta em triângulo (∆). As curvas “d” e “a” apresentam respectivamente as correntes do motor na partida estrela (Y) e na partida triângulo (∆), que seguem a mesma proporção e análise feita para o conjugado. Essas curvas reafirmam que a corrente na partida estrela (Y) é um terço do valor da corrente se comparado com a da partida direta em triângulo (∆). Essas reduções de conjugado e de corrente na partida estrela (Y) em relação à partida triângulo (∆) serão demonstradas matematicamente a seguir. A fórmula para calcular essas proporções, observadas no gráfico da figura 24 e da figura 25, leva em conta que a corrente e o conjugado do motor se comportam de forma proporcional ao quadrado do valor da tensão reduzida. Comparando a tensão em estrela (Y) com a tensão em triângulo (∆), ou delta, a tensão em triângulo é 3 menor que a tensão em estrela, ou seja, a tensão reduzida é da proporção 0,58 (58%) da tensão em estrela. Colocando esse valor na fórmula a seguir, encontraremos a corrente e o conjugado do motor na partida estrela-triângulo. Veja.

10 Sistema de Partida Estrela-Triângulo de Motores Elétricos

IpY∆ = (Vr)2

IpY∆ = (0,58)2

IpY∆ = 0,33

Em que: IpY∆ = corrente na partida estrela-triângulo; Vr = porcentagem do valor da tensão reduzida. Ou seja, a corrente do motor na partida estrela-triângulo é de 0,33 ou 33% da corrente da partida direta. O mesmo ocorre com o conjugado do motor ou conjugado potente. Acompanhe.

CpY∆ = (Vr)2

CpY∆ = ( 0,58 )2

CpY∆ = 0,33

Em que: CpY∆ = conjugado do motor em estrela-triângulo. Portanto, o conjugado de partida desse motor na ligação estrela-triângulo é de 33% do conjugado nominal em partida direta. Para compreendermos melhor as vantagens do sistema de partida estrela-triângulo em relação à partida direta, vamos compará-lo com dados práticos reais retomando o sistema de exaustão apresentado no início deste capítulo. As informações necessárias sobre o sistema para realização dessa comparação estão na tabela a seguir. Tabela 8 - Dados práticos de uma aplicação prática para análise Rede elétrica

Valor

Número de fases da rede

3

Tensão da rede

220 V

Placa do motor

Valor

Tensões do motor

220 V/380 V

Corrente nominal do motor (In) em triângulo

18,8 A

Corrente nominal do motor (In) em estrela

10,9 A

Parâmetro Ip/In

8,3

Potência

5,5 kW (7,5 CV)

Usando os dados da tabela anterior, vamos calcular os valores de corrente e torque considerando o sistema de partida direta e o de estrela-triângulo.

247

248

Comandos elétricos

Tabela 9 - Comparativo entre sistema de partida direta e sistema de partida estrela-triângulo Partida direta

Partida estrela-triângulo

Corrente de partida do motor (Ipd)

Corrente de partida do motor (IpY∆)

Ipd = In x (Ip/In)

IpY = 0,33 ou 33% de IpY∆

Ipd = 18,8 x 8,3

IpY = 0,33 x IpY∆

Ipd = 156 A

IpY = 0,33 x 156 IpY = 51,5 A

O torque de partida é o nominal do motor O torque de partida é 33% do nominal.

(100%).

Observando a tabela anterior, percebemos que, se utilizássemos o sistema de partida direta, a corrente de partida seria de 156 A em cada fase, ao passo que na partida estrela-triângulo a corrente de partida é de 51,5 A em cada fase. Essa é uma redução muito significativa, o que demonstra as vantagens práticas da partida estrela-triângulo. É importante saber que na partida estrela-triângulo também temos alguns inconvenientes pelo fato de o conjugado ou torque do motor também ser reduzido na mesma proporção que a corrente de partida, ou seja, a 1/3 do nominal. Ocorre que cargas com alto conjugado resistente não podem ter esse tipo de partida. Alguns exemplos de máquinas desse tipo são: compressores a pistão, elevadores de carga, guindastes, bombas, carregadores e laminadores. Antes de apresentar o circuito de partida estrela-triângulo, vamos ver os conceitos de tensão de fase (VF) e tensão de linha (VL) para entendermos melhor a relação de 3 presente no sistema trifásico. Para isso, observe os diagramas nas figuras a seguir.

L1

3 VAC - 220 V - 60 Hz 1 6

VL1

VL2

VF2

VF1

L2

4

3 2

L3

VL3

5 VF3

Figura 176 - Tensões de linha e de fase em um circuito com fechamento triângulo (∆) Fonte: SENAI-SP (2013)

10 Sistema de Partida Estrela-Triângulo de Motores Elétricos

Observe que na figura anterior as tensões de linha VL1, VL2 e VL3 são de 220 V, que são as tensões medidas de uma fase para outra. Se imaginarmos que essas tensões estão sendo medidas no circuito do exaustor, apresentado no início deste capítulo, tanto a tensão medida em cada bobina, que é a tensão de fase (VF), quanto as tensões de linha são de 220 V. Isso se deve ao fato de cada bobina se encontrar em paralelo. Essa é uma das características dos circuitos ou das cargas com fechamento em triângulo (∆) – as tensões de linha e de fase são iguais, ou seja, de mesmo valor, tanto para motores quanto para transformadores ou outra carga trifásica. Esses valores de tensão mudam quando a ligação é alterada para estrela (Y). Observe como isso acontece na figura a seguir.

L1

3 VAC - 220 V - 60 Hz

2

1

VF1

VL1 VL3

4 5

VF2

6

L2

VF3 VL2

3

L3 Figura 177 - Tensões de linha e de fase em um motor com fechamento em estrela (Y) Fonte: SENAI-SP (2013)

Veja que os voltímetros da figura anterior indicam as tensões trifásicas em um motor elétrico fechado em estrela (Y). As tensões de linha VL1, VL2 e VL3 são de 220 V, e as tensões de fase (VF), que são medidas em cada bobina, são de 127 V. Se considerarmos o exaustor alimentado por 220 V e fechado na ligação estrela, cada grupo de bobina interna do motor receberia 127 V. Isso porque a tensão se divide entre as bobinas de forma que a tensão de fase é igual à tensão de linha dividida por 3 . Assim, a tensão de fase é aproximadamente 58% da tensão de linha. A constante 3 é do sistema trifásico. Mas o que ocorre com as correntes? Será que temos correntes de linha e de fase? Veja na figura a seguir como as correntes de linha e de fase se comportam no fechamento em estrela.

249

250

Comandos elétricos

Figura 178 - Correntes de linha e de fase em um motor com fechamento em estrela (Y) Fonte: SENAI-SP (2013)

Observe que as correntes de linha (IL) e as correntes de fase (IF) são iguais, ou seja, a corrente que circula por cada linha (IL) de entrada de alimentação é igual à corrente que circula em cada bobina do motor (IF), porque o fechamento é estrela. Agora vamos pensar naquele motor do exaustor fechado em triângulo e ligado na rede com tensão de 220 V. Imagine que esse motor estivesse em sua carga máxima. Nesse caso, qual seria a corrente de linha (IL)? Seria a nominal, de 18,8 A. E qual seria a corrente de fase? Ou seja, qual corrente estaria circulando internamente em cada grupo de bobina? Para encontrar essa resposta, é só fazermos um cálculo simples: 18,8 A divididos por 3 . O resultado é uma corrente de fase (IF) de 10,8 A. Veja o comportamento dessas correntes nos diagramas a seguir.

Figura 179 - Correntes de linha e de fase em um motor com fechamento em triângulo (∆) Fonte: SENAI-SP (2013)

10 Sistema de Partida Estrela-Triângulo de Motores Elétricos

Você percebeu que, nesse tipo de fechamento, a corrente de linha (IL) se divide nas bobinas para formar a corrente de fase (IF)? Ou seja, a corrente de fase (IF) é aquela que circula em cada bobina do motor. Na configuração em triângulo (∆), a corrente de fase é 3 vezes menor que a corrente de linha. Como já conhecemos um pouco a respeito do comportamento das tensões e correntes nos circuitos com fechamentos em estrela e triângulo, vamos prosseguir com nossos estudos e ver o funcionamento da partida estrela-triângulo de motores elétricos trifásicos.

10.2 Funcionamento da partida estrela-triângulo Para entendermos como esse tipo de partida funciona, vamos relembrar o que estudamos sobre instalação de motores elétricos relacionada à ligação de motor em estrela e em triângulo. Para isso, observe a figura a seguir.

L1

L2

L3

L1

L2

L3

1

2

3

1

2

3

4

5

6

4

5

6

Estrela (Y)

Triângulo ( )

380 V

220 V

Figura 180 - Fechamentos em estrela (Y) e em triângulo ou delta (∆) Fonte: SENAI-SP (2013)

Para entender o funcionamento da partida estrela-triângulo automática, precisamos conhecer um pouco mais os temporizadores. Temos a seguir uma figura que representa o funcionamento de um temporizador. Observe a posição dos contatos 15-16-18 em função da alimentação e da temporização.

251

252

Comandos elétricos

Alimentação A1 e A2 Contato 15-16-18

Temporização Ativo 15-16

15 16

18

Ativo 15-18

15 16

18

15 16

18

15 16

18

Figura 181 - Funcionamento de um temporizador Fonte: SENAI-SP (2013)

Em estado de repouso, ou seja, desenergizados A1 e A2, o contato fica fechado do terminal 15 com o 16 e aberto do 15 para o 18. Quando o temporizador recebe tensão, esses contatos permanecem na mesma posição até que atinjam o tempo ajustado. Nesse momento, o contato 15 fecha com o 18, abrindo a ligação com o 16. Quanto aos contatos de saída, temos temporizadores que contam tempo e atuam os contatos, depois de energizados. São chamados de temporizadores com retardo na energização ou temporizadores on-delay. Temos ainda outro tipo de temporizador: com retardo na desenergização, que são aqueles que contam tempo após serem desenergizados. Eles também são conhecidos por temporizadores off-delay. Além desses, temos os temporizadores que funcionam por pulso na energização e os temporizadores com ciclos intermitentes, menos comuns nos comandos industriais.

FIQUE ALERTA

Antes de comprar ou trocar um temporizador, certifique-se de que esteja solicitando o tipo correto, de acordo com o modo de funcionamento dos contatos em relação à alimentação.

Agora que já conhecemos o fechamento do motor em estrela e em triângulo e já sabemos como funciona um temporizador, vamos entender o funcionamento de um circuito de comando do sistema de partida estrela-triângulo.

10 Sistema de Partida Estrela-Triângulo de Motores Elétricos

Nessa partida, o motor trifásico, por meio dos contatores de potência, fica inicialmente fechado em estrela, com os terminais 4-5-6 curto-circuitados, ou seja, preparado para receber 380 V, tensão 3 maior. No entanto, só aplicamos 220 V conectando R, S, T ( L1, L2, L3 ) da rede elétrica nos terminais 1, 2 e 3 do motor. Depois de energizado, o motor começa a girar e, quando atinge no mínimo 90% da rotação nominal, o temporizador faz a comutação dos contatores. Assim, o motor passa a ser fechado em triângulo, recebendo 220 V nos seguintes terminais e com as respectivas fases: 1-6 R, 2-4 S, 3-5 T. Note que R, S e T já alimentavam respectivamente os terminais 1, 2 e 3 e que, na ligação em triângulo, só conectou o terminal 6 com o 1, o 4 com 2 e o 5 com o 3. Analisemos agora o diagrama da partida estrela-triângulo do sistema do exaustor nas figuras a seguir.

253

254

Comandos elétricos

L1

3

60 Hz 220 V

L2 L3 -F10

1

3

5

1

-Q1

3

5

-Q3

-F7

2

4

6

1

3

5

2

4

6

2

U1 V1 W1

M

5

4

6

2

4

6

5

3

1

3

6

3

2

1

-Q2

4

-M1

Diagrama de potência L1

2

60 Hz 220 V

-F10

95

-F7

I>

96 11

-S0 12 13

-S1

14 31

-Q1 32

-Q2

13

23

14 13

23

24 31

14

24

32

11

-Q3

12 15

-K6 -K6 L2

-F11

A1 A2

-Q2

16 A1

-Q1

A2

A1 A2

Diagrama de comando Figura 182 - Diagramas da partida estrela-triângulo Fonte: SENAI-SP (2013)

-Q3

A1 A2

10 Sistema de Partida Estrela-Triângulo de Motores Elétricos

Verifique o funcionamento detalhado desse circuito nos diagramas a seguir.

L1

2

60 Hz 220 V

-F10

95

-F7

I>

96 11

-S0 12 13

-S1

14 31

-Q1 32

-Q2

13

23

14 13

23

24 31

14

24

32

11

-Q3

12 15

-K6 -K6 L2

-F11

A1 A2

-Q2

16 A1

-Q1

A2

A1

-Q3

A2

Botão S1 pressionado Figura 183 - Sequência de funcionamento do comando de partida estrela Fonte: SENAI-SP (2013)

A1 A2

255

256

Comandos elétricos

L1

2

60 Hz 220 V

-F10

95

-F7

I>

96 11

-S0 12 13

-S1

14 31

-Q1 32

-Q2

13

23

14 13

23

24 31

14

24

32

11

-Q3

12 15

-K6 -K6 L2

-F11

A1 A2

-Q2

16 A1

-Q1

A2

A1 A2

-Q3

A1 A2

Botão S1 pressionado Figura 184 - Energização de Q2, Q1 (Y) e K6 temporizando Fonte: SENAI-SP (2013)

Para iniciar o funcionamento, o operador pressiona S1, que ativa Q2 e K6 e, na sequência, Q1. Com Q1 e Q2 acionados, o motor do exaustor parte devagar, pois, como o conjugado de partida é baixo, a cada instante o motor vai acelerando e aumentando a velocidade de giro da hélice. Nesse estágio, o motor está fechado em estrela, preparado para receber 380 V da rede, mas só aplicamos 220 V. Observe na figura a seguir que o comando preparou o motor (estrela) para receber 380 V.

10 Sistema de Partida Estrela-Triângulo de Motores Elétricos

L1

3

60 Hz 220 V

257

2 Arco voltaico ou arco elétrico

L2

Faísca que surge em u meio isolante, como o o vácuo, devido às car elétricas que circulam quando desligamos a circuito com carga.

L3 -F10

1

3

5

1

-Q1

-F7

3

5

-Q3 2

4

6

1

3

5

2

4

6

2

U1 V1 W1

M

1

3

5

6

4

2

4

6

6

3

2

1

-Q2

5

3

4

-M1 Contatores Q2 e Q1 acionando o motor na ligação estrela (Y) Figura 185 - Diagrama de potência (partida estrela) Fonte: SENAI-SP (2013)

L1

2

60 Hz 220 V

-F10

95

-F7

I>

96 11

-S0 12 13

-S1 14 31

-Q1 32

-Q2

13

23

14 13

23

24 31

14

24

32

11

-Q3

12 15

-K6 A1

-K6 L2

-F11

A2

-Q2

16 A1 A2

-Q1

A1 A2

K6 desliga Q2 e liga Q3

-Q3

A1 A2

258

Comandos elétricos

L1

2

60 Hz 220 V

-F10

95

-F7

I>

96 11

-S0 12 13

-S1 14 31

-Q1 32

-Q2

13

23

14 13

23

24 31

14

24

32

11

-Q3

12 15

-K6 -K6 L2

-F11

A1 A2

-Q2

16 A1 A2

-Q1

A1

-Q3

A2

A1 A2

Energização de Q1 e Q3 ( ) Figura 186 - Sequência de funcionamento do comando (partida triângulo) Fonte: SENAI-SP (2013)

VOCÊ SABIA?

Podemos fazer a partida estrela-triângulo com motores que funcionam em redes com tensão de 380 V, desde que os motores tenham possibilidade de trabalhar nas tensões 380 V e 660 V, ou seja, motores especiais.

Enquanto Q1 e Q2 estão ligados, o temporizador K6 está contando tempo e, quando o exaustor atinge uma velocidade de no mínimo 90% da nominal, o temporizador desliga Q2 e liga Q3. Nesse instante, o fechamento do motor passa para triângulo e continua recebendo a tensão em 220 V. Veja essas mudanças no diagrama a seguir.

10 Sistema de Partida Estrela-Triângulo de Motores Elétricos

L1

3

60 Hz 220 V

L2 L3 -F10

1

3

5

2

4

6

1

3

5

2

4

6

-Q1

1

3

5

2

4

6

-Q3

1

3

5

2

4

6

-Q2

-F7

U1 V1 W1

3

6

M

2 1

3

5 4

-M1 Contatores Q1 e Q3 acionando o motor na ligação triângulo ( ) Figura 187 - Diagrama de potência (partida triângulo) Fonte: SENAI-SP (2013)

Para desligar esse circuito, basta apertar o botão S0, que desliga as bobinas dos contatores, e o circuito volta à condição inicial. Para medir a rotação e o tempo em que o motor atinge uma rotação mínima de 90% da nominal, você deve utilizar um tacômetro juntamente com um cronômetro. Essas informações são imprescindíveis para ajustar adequadamente o tempo no temporizador K6. Além do baixo conjugado de partida, o sistema estrela-triângulo apresenta ainda outra desvantagem: durante o intervalo da comutação de estrela para triângulo, o motor fica em aberto, deixando de funcionar em uma fração de milissegundos, o que é prejudicial para o funcionamento do sistema que está sendo movimentado.

259

260

Comandos elétricos

CASOS E RELATOS O relato que será descrito ocorreu em uma empresa metalúrgica de médio porte na região do ABC Paulista. Essa empresa adotava a prática de reformar máquinas durante as épocas de baixa na produção e nas férias coletivas dos funcionários. Em uma dessas ocasiões, Rafael, eletricista que montou um painel de comando de uma máquina em reforma, resolveu simplificar o diagrama da partida estrela-triângulo da máquina colocando um esquema mais simples, conforme ilustrado na figura a seguir.

L1

3

60 Hz 220 V

L2 L3 -F10

1

3

5

1

-Q1

3

5

-Q3 2

4

6

1

3

5

2

4

6

1

3

5

2

4

6

-Q2 2

6

4

-F7 U1 V1 W1 6

3 2 1

M 3

4 5

-M1 2 L1

60 Hz 220 V -F4

95

-F7

I>

-S0

96 11 12

-S1

13

13

-Q1

14

14 15

-K1 16

18

11

11

-Q3

-Q2

12

-Q1 L2

-F11

A1 A2

R10

-K1

-Q2

A1

R20

-Q3

A2

Figura 188 - Diagramas de partida estrela-triângulo Fonte: SENAI-SP (2013)

12 A1 A2

R30

10 Sistema de Partida Estrela-Triângulo de Motores Elétricos

Ao testar a máquina, ela inicialmente funcionou bem. No entanto, após alguns dias, ocorreu o primeiro incidente: os contatores Q2 e Q3 estavam com os contatos colados e os três fusíveis principais queimados. A ocorrência foi resolvida com a substituição dos contatos principais dos contatores. A máquina foi liberada para funcionar e, depois de poucos dias, quando o operador a ligou, ocorreu o mesmo problema. Foi nessa ocasião que Rafael resolveu substituir os dois contatores, imaginando que o mecanismo interno estava enroscando no momento da comutação de estrela para triângulo ou que as molas não estavam com a pressão certa, demorando mais a abrir. Para a surpresa do eletricista, depois de poucos dias, o mesmo problema voltou a ocorrer. Preocupado, chamou Anderson, eletricista industrial e supervisor da manutenção, para ajudá-lo nesse desafio. Foi então que esse técnico disse que para comando estrela-triângulo existe um temporizador específico. Os dois profissionais consultaram catálogos de conceituados fabricantes de temporizadores e constataram que nessa aplicação é necessária a utilização de um temporizador com um tempo de retardo na comutação do contato responsável pela mudança de estrela para triângulo. Esse retardo é da ordem de 50 ms (milissegundos). No entanto, é um intervalo de tempo suficiente para o contator Q2 (Y) abrir e extinguir o arco voltaico antes do contator Q3 (∆) fechar, evitando curto-circuito. Por fim, eles verificaram outra alternativa para resolver o problema detectado: trocar os dois contatores comuns por um conjunto com dois contatores e com intertravamento mecânico entre eles.

Ao ler esse caso, você deve ter observado que apresentamos, no diagrama, um novo dispositivo, o supressor de ruídos. O bloco supressor de ruídos ou circuito RC recebe esse nome porque internamente é composto de um resistor (R) e um capacitor (C). É conhecido também por filtro snubber. A finalidade desse componente é minimizar as interferências geradas pela tensão reversa causada pelos indutores, tais como bobinas dos contatores, solenoides de válvulas e motores, no instante em que são energizados ou desenergizados. A figura a seguir ilustra um desses supressores.

261

262

Comandos elétricos

Figura 189 - Supressor de ruídos Fonte: SENAI-SP (2013)

Por fim, passemos ao item em que estudaremos a manutenção do sistema de partida estrela-triângulo.

4.3 Manutenção do sistema de partida estrela-triângulo No quadro a seguir, temos algumas falhas que podemos encontrar quando estivermos fazendo a manutenção de circuitos de comando e potência em sistemas de partida estrela-triângulo de motores elétricos. Quadro 22 - Principais falhas nos componentes de comando e potência em sistemas de partida estrela-triângulo de motores Componente

Possível falha

Efeito no circuito

1

Falta de fase.

Se faltar a fase R ou S comum ao comando,

Alimentação trifásica (RST)

nada funcionará.

com condutor

Se faltar a fase T, o circuito funcionará de

de aterramento

forma deficiente, o motor não desenvolverá torque e “roncará”. Com isso, o térmico atuará e desligará o motor em caso de persistência. Condutor terra

Em caso de falha na isolação de alguma fase

interrompido.

e havendo contato com a carcaça metálica do motor, se o usuário tocar a parte metálica sofrerá choque elétrico.

10 Sistema de Partida Estrela-Triângulo de Motores Elétricos

Componente

Possível falha

Efeito no circuito

2

Fusíveis (F1, F2,

Fusível queimado

Com um fusível queimado, faltará uma fase,

F3) de proteção

(interrompido).

o circuito funcionará de modo deficiente, o

do circuito de

motor não desenvolverá torque e “roncará”. O

potência

térmico atuará e desligará o motor em caso de persistência. Se houver dois ou três fusíveis queimados, o motor não funcionará nem apresentará sinal algum.

3

Supressor de

Supressor em curto-

Ao energizar o motor, o disjuntor desarma e o

ruídos do motor

circuito.

circuito é desligado.

Supressor aberto.

Podem ocorrer interferências nos demais

(R40)

circuitos e dispositivos devido aos distúrbios transitórios em forma de picos de tensão na rede quando o motor é energizado ou desenergizado. 4

Alimentação R, S

Falta de fase.

(220 V/60 Hz) do

Nada ocorrerá quando se apertar o botão Liga - S1 (verde).

comando. 5

“Bobina eletrôni-

“Bobina eletrônica” em

Ao acionar o botão liga, a proteção (disjuntor)

ca” do tempori-

curto-circuito.

atua, ou seja, desliga o circuito.

“Bobina eletrônica”

O comando não faz a comutação, o motor

aberta ou inoperante.

permanece em estrela e não passa para a

zador (K1) 6

Contato

Contato não atua.

ligação triângulo após o tempo ajustado.

15-16-18 do Contato sempre atuan-

Contator (∆) fica sempre ligado logo quando é

do sem temporizar.

energizado.

Supressor de ruí-

Supressor em curto-

Ao energizar, o disjuntor desliga a alimen-

dos do comando

circuito.

tação geral do comando.

Supressor aberto.

Quando a bobina do contator é energizada ou

temporizador (K1) 7

(R10, R20 e R30) desenergizada, podem ocorrer interferências no circuito devido a picos de tensão reversa gerados.

Para encontrar as falhas apontadas no quadro anterior, deveremos realizar alguns testes. No quadro a seguir, temos alguns procedimentos para realizar esses testes. Acompanhe.

263

264

Comandos elétricos

Quadro 23 - Principais procedimentos de teste para diagnóstico de falha nos componentes de comando e potência Componente

Possível falha

Procedimento de teste

1

Alimentação

Falta de fase ou fases

Medir tensão com um multímetro e verificar

trifásica (RST)

de alimentação.

presença de tensão entre fases e entre fase

com condutor

e terra para identificar qual fase apresenta

de aterramento

problema. Condutor terra inter-

Medir tensão (V) entre qualquer fase e terra.

rompido.

Você não deve encontrar tensão (V), mas ela existe entre fases.

2

Fusíveis (F1, F2,

Fusíveis (F1, F2, F3)

Medir tensão na entrada do fusível em relação

F3) de proteção

queimados.

ao terra. Você deve encontrar o valor nominal

do circuito de

de tensão da rede.

potência

Medindo tensão na saída do fusível em relação ao terra, você não vai encontrar nenhum valor de tensão.

3

Supressor de

Supressor em curto-

Retirar supressor do circuito e testar resistên-

ruídos do motor

circuito.

cia com multímetro. Se a resistência for baixa,

(R40) 4

Alimentação R, S (220 V/60 Hz) do comando

o supressor está em curto-circuito. Falta de fase.

Verificar presença de tensão entre fases e terra para identificar qual fase apresenta problema.

10 Sistema de Partida Estrela-Triângulo de Motores Elétricos

Componente

Possível falha

Procedimento de teste

5

“Bobina

“Bobina eletrônica”

Desconectar condutores de alimentação e

eletrônica” do

em curto-circuito.

fazer medição da resistência entre os termi-

temporizador

nais de alimentação A1 e A2 do temporizador.

(K1)

Se a resistência entre os dois terminais for 0 (zero) ohm ou muito próximo disso, o temporizador está em curto-circuito.

6

Contato

“Bobina eletrônica”

Alimentar terminais A1 e A2 e medir com o

aberta ou inoperante.

multímetro na escala de tensão a saída do

Contato não atua.

temporizador. Se não apresentar mudança

15-16-18 do

de situação de tensão, o relé está danificado.

temporizador

Outro teste é conectar uma lâmpada em

(K1)

série com o contato 15-18 do temporizador, alimentar o conjunto e verificar se a lâmpada acende (ou apaga) após o tempo ajustado. Contato sempre atuan-

Alimentar terminais A1 e A2 e conectar uma

do sem temporizar.

lâmpada ou multímetro na escala de tensão na saída do temporizador. Se o contato ficar sempre atuando ao ser alimentado, tente ajustar o tempo no potenciômetro; pode ser que esse equipamento esteja defeituoso.

7

Supressor de ruí-

Supressor em curto-

Energizar comando e verificar se desarma o

dos do comando

circuito.

disjuntor quando o circuito é ligado. Outra

(R10, R20 e R30)

forma é desconectar supressor do circuito e medir resistência. Se o valor for muito baixo, o supressor está em curto-circuito. Supressor aberto.

Desconectar supressor do circuito, selecionar um multímetro que possua escala para medir capacitância e conectá-lo ao dispositivo. Se a medição não indicar nenhuma capacitância, o supressor está aberto.

265

266

Comandos elétricos

RECAPITULANDO Neste capítulo, vimos a relação entre as tensões e as correntes no sistema trifásico. Essa relação foi aplicada a um sistema indireto de partida de motores elétricos de indução para contornar o problema do pico elevado de corrente que o motor exige no instante da partida, causando distúrbios que atingem a rede elétrica e outros equipamentos nela instalados. Esse sistema também traz a desvantagem de o conjugado do motor ser de 1/3 em comparação com a partida direta. Aprendemos também como funciona e como fazer a manutenção do comando e da potência de um sistema estrela-triângulo automático e qual a importância do temporizador adequado para a segurança elétrica do comando. Até aqui demos mais um passo no percurso do conhecimento que devemos ter para realizar a manutenção em sistemas de partida de motores, principalmente na partida estrela-triângulo, comumente encontrada em máquinas com motores de média e elevada potência.

10 Sistema de Partida Estrela-Triângulo de Motores Elétricos

Anotações:

267

Sistema de Partida de Motores Elétricos com Chave Compensadora

11 Neste capítulo, vamos aprender outro sistema de partida de motores trifásicos com corrente de partida reduzida: o sistema com chave compensadora. Esse sistema é muito importante para a partida de motores, pois foi concebido para atender aplicações em máquinas e processos com características particulares às quais o sistema estrelatriângulo não tem condições de atender. Ao final deste capítulo, ao aprendermos sobre a chave compensadora, teremos completado o conhecimento sobre a manutenção dos sistemas elétricos indiretos de partida de motores. Assim, ao final deste capítulo vamos conhecer: a) a finalidade e o funcionamento de sistemas de partida com chave compensadora; b) o autotransformador trifásico usado em sistemas de partida de motores elétricos; c) as características de conjugado e corrente de partida no sistema com autotransformador; d) os instrumentos de medição associados a transformadores de corrente (TC) e de potencial (TP) usados em painéis; e) o módulo relé para proteção térmica usado em conjunto com sensor de temperatura PTC; f ) a manutenção do sistema de partida com autotransformador.

270

Comandos elétricos

11.1 Finalidade da partida com chave compensadora A partida com chave compensadora é um sistema indireto para reduzir a corrente de partida sem perder muito o torque de um motor. Serve para muitas aplicações em que o sistema estrela-triângulo não pode ser usado devido à necessidade da máquina ou ao processo de partir o motor sob carga que requer, portanto, um torque mais elevado, como é o caso dos compressores de ar a pistão. Veja as figuras a seguir.

Figura 190 - Compressor de ar a pistão com motor trifásico (à direita) acionado por chave compensadora (à esquerda) Fonte: SENAI-SP (2013)

Na realidade, a partida com chave compensadora é feita com o uso de um autotransformador, que fornece uma tensão menor para o motor. E o que é um autotransformador? Será o mesmo que um transformador? Vamos aproveitar o que já sabemos sobre transformador para entender como funciona o autotransformador – componente usado em sistemas eletroeletrônicos industriais. O autotransformador funciona segundo o mesmo princípio do transformador, a indução eletromagnética. Ele é constituído por um único enrolamento com uma derivação ou mais, e a parte da bobina é comum tanto ao primário quanto ao secundário. Os autotransformadores usados na partida de motores são do tipo trifásicos redutores com derivações ou tapes de saída de tensão, geralmente de 65% e 80% do valor da tensão nominal. Vejamos um autotransformador na figura a seguir.

11 Sistema de Partida de Motores Elétricos com Chave Compensadora

L1

1L1

220 V - 60 Hz

3L2

5L3

80%

80%

80%

80%

65%

65%

65%

65%

220 V

143 V

L2

176 V

2T1

4T2

6T3

Figura 191 - Autotransformador (redutor) com tapes de tensão de 65% e 80% Fonte: SENAI-SP (2013)

Se compararmos a partida por autotransformador com a partida estrela-triângulo, veremos que o autotransformador é mais vantajoso. Mesmo no tape de 65%, a tensão que alimenta o motor é, proporcionalmente, um pouco maior. O pico na comutação da tensão reduzida do tape para a plena tensão da rede é bem menor devido ao fato de a bobina do autotransformador ficar em série com o motor, funcionando como uma reatância, no instante da comutação. Outra vantagem em relação à estrela-triângulo é que, com o autotransformador, o motor não desliga durante a comutação da tensão reduzida para a plena tensão. Isso garante ao motor um funcionamento ininterrupto durante toda a manobra, desde a partida até a plena tensão. A questão fundamental que define a necessidade de uso do autotransformador é a necessidade de o processo ou a máquina partir com carga e exigir da máquina um bom torque ou conjugado do motor na partida. No gráfico da figura a seguir, apresentamos um exemplo que ilustra a relação entre corrente de partida direta, autotransformador e conjugado do motor (potente) na partida.

271

272

Comandos elétricos

Figura 192 - Comparativo entre correntes e conjugado com autotransformador para 80% da tensão nominal Fonte: SENAI-SP (2013)

A corrente e o conjugado do motor se comportam de forma proporcional ao quadrado da tensão reduzida. A tensão reduzida que alimenta o motor no tape de 80% é de 0,8 da tensão nominal, portanto a corrente do motor será:

Ip80% = (Vr)2

Ip80% = (0,8)2

Ip80% = 0,64

Em que: Ip80% = corrente de partida com tensão reduzida a 80%; Vr = porcentagem do valor da tensão reduzida. Ou seja, a corrente do motor na partida no tape de 80% é de 64% da corrente nominal do motor na partida direta. O mesmo ocorre com o conjugado do motor ou o conjugado potente. Veja.

Cp80% = (Vr)2 Cp80% = (0,8)2 Cp80% = 0,64

Em que: Cp80%= conjugado do motor com tensão reduzida a 80%. Logo, no tape de 80%, o conjugado de partida desse motor é de 64% do conjugado nominal da partida direta.

11 Sistema de Partida de Motores Elétricos com Chave Compensadora

E no tape de 65%? Você sabe qual é a corrente e o conjugado do motor? Colocando os valores na fórmula, temos o seguinte cálculo: Vr = 0,65 ou 65%

Ip65% = (Vr)2

Ip65% = (0,65)2

Ip65% = 0,42

Esse resultado indica que temos 42% da corrente ou 42% do conjugado na partida direta. Isso demonstra que, mesmo no tape de 65%, o sistema de partida com chave compensadora permite ao motor desenvolver um torque maior quando comparado com 33% de conjugado oferecido pela partida estrela-triângulo. Em compressores de pistões como esse do exemplo, usamos o tape de 80%, pois ele traz uma redução significativa de corrente de partida e um bom torque de partida. Devido ao maior torque, algumas máquinas que partem com carga, tais como compressores a pistão, bombas para sistemas hidráulicos, britadores, batedeiras da indústria de alimentos, misturadores, moinhos e calandras, utilizam a partida por autotransformador ou chave compensadora. No item a seguir, aprenderemos como funciona a partida com chave compensadora.

11.2 Funcionamento da partida com chave compensadora Vamos retomar o compressor de ar comprimido apresentado no início deste capítulo. Para o compressor iniciar o funcionamento, o operador aperta o botão S1, acionando os contatores Q3 e Q2, que fazem o fechamento do autotransformador e alimentam o motor com a tensão reduzida. O motor parte com corrente e torque reduzidos e vai desenvolvendo velocidade gradativamente. Depois que o motor atingiu pelo menos 85% da velocidade nominal, o temporizador K1 atua, fazendo a comutação para tensão plena, 100% da tensão da rede, e o motor mantém-se ligado apenas pelo contator Q1. Essa velocidade mínima de 85% para comutação do motor para plena tensão independe do tape escolhido. Porém, o tempo para o motor atingir essa velocidade está diretamente relacionado ao tape. No tape de 80%, devido ao maior torque, o motor atinge mais rapidamente a rotação adequada para comutação.

273

274

Comandos elétricos

Para conhecer essa rotação e esse tempo, você deve utilizar um tacômetro e um cronômetro, para identificar em quanto tempo a rotação atinge 85% da rotação nominal e ajustar adequadamente o temporizador. No entanto, pessoas experientes em manutenção sabem quando o motor atingiu a velocidade adequada para comutação só pelo ruído do motor.

Se a comutação do tape ocorrer antes de o motor atingir 85% da velocidade nominal, o pico de corrente será muito alto, comprometendo o objetivo e invalidando a intenção de partir o motor com corrente reduzida.

VOCÊ SABIA?

Vamos conhecer um circuito de partida de motor com chave compensadora, na figura a seguir. Veja. L1 L2 L3 PE -F10 1

3

5

2

4

6

1

3

5

-F7

-Q1

1

3

5

2

4

6

-Q2 2

4

6

1

3

5

2

4

6

-T2 U1 V1 W1 PE

-Q3

-M1

M 3

Diagrama A Potência da partida com autotransformador

L1

220 V/60 Hz

-Q11

95

-F7

96 1

-S0

2

83

-Q2 84

U1 V1 W1 PE 1

3

-Q3 2

4

511 Sistema de Partida de Motores Elétricos com Chave Compensadora

M

-M1

6

3

Diagrama A Potência da partida com autotransformador

L1

220 V/60 Hz

-Q11

95

-F7

83

-Q2

96

84

1

-S0

2 3

53

-Q1

-S1 4

16

-Q1

53

-Q3 54

54 71

-Q2 18

61

-Q2

L2

-Q2 54

15

-K1

-Q12

53

62 A1 A2

71

-Q1

-Q2

83

-Q1 72 A1 A2

83

-Q3 84

-Q3

72

84

A1

A1

A2

X1

-E1

-K1 A2

X2

Diagrama B Comando da partida com autotransformador Figura 193 - Diagramas de circuito com chave compensadora Fonte: SENAI-SP (2013)

O sistema de partida com chave compensadora tem a desvantagem de ter uma limitação da frequência de partidas. Se em um curto espaço de tempo forem dadas algumas partidas, o autotransformador sobreaquece, necessitando de um tempo para resfriamento antes de uma próxima partida. Outra desvantagem é o custo elevado em relação ao sistema de partida estrela-triângulo. Uma vantagem desse sistema é que o motor não precisa ser de múltiplas tensões nem ter várias pontas de ligação. O motor pode ser de uma única tensão de funcionamento e ter a partir de três pontas de ligação. Vejamos o funcionamento detalhado do sistema de partida com autotransformador na sequência de diagramas a seguir.

275

276

Comandos elétricos

L1

220 V/60 Hz

-Q11

95

-F7

83

-Q2

96

84

1

-S0

2

-S1

3

-Q1

4

-Q2

54

53

16

-Q12

54

-Q2 18 71

-Q1

62 A1

-Q1

-Q2

A2

L2

53

71

61

-Q2

-Q3

54

15

K1

L1

53

83

-Q1 72 A1

72 83

-Q3 84

84

A1

-Q3

A1

-K1

A2

A2

X1

-E1 A2

X2

Diagrama A Botão S1 pressionado 220 V/60 Hz

-Q11

95

-F7

83

-Q2

96

84

1

-S0

2

-S1

3

-Q1

4

16

54

53

-Q2

-Q1

-Q3

54

71 18

62 A1 A2

53 54

-Q2

61

L2

-Q2

15

-K1

-Q12

53

71

-Q1

-Q2

83

-Q1 72 A1 A2

83

-Q3 84

-Q3

72

84

A1

A1

-K1 A2

Diagrama B Energização de Q3, Q2 e K1 temporizando

X1

-E1 A2

X2

11 Sistema de Partida de Motores Elétricos com Chave Compensadora

L1 L2 L3 PE -F10 1

3

5

2

4

6

1

3

5

-F7

1

3

5

2

4

6

-Q2

-Q1 2

4

6

1

3

5

2

4

6

-T2 U1 V1 W1 PE

-Q3

-M1

M 3

Diagrama C Contatores Q3 e Q2 acionando o motor com tensão reduzida do autotransformador

277

278

Comandos elétricos

L1

220 V/60 Hz

-Q11

95

-F7

83

-Q2

96

84

1

-S0

2 3

-S1

-Q1

4

-Q2

54

53

-Q3

54

16

71

-Q2 18

61

-Q2

71

-Q1

62 A1

-Q1 -Q12

-Q2

A2

L2

53 54

15

-K1

L1

53

83

-Q1 72 A1

83

-Q3 84

-Q3

A2

72

84

A1

A1

A2

X1

-E1

-K1 A2

X2

Diagrama D K1 desliga Q3, Q3 desliga Q1 220 V/60 Hz

-Q11

95

-F7

83

-Q2

96

84

1

-S0

2 3

-S1

-Q1

4

16

54

-Q2

L2

53

-Q3

54

71 18

62 A1 A2

53 54

-Q2

61

-Q12

-Q2

15

-K1

-Q1

53

71

-Q1

-Q2

83

-Q1 72 A1 A2

83

-Q3 84

-Q3

72

84

A1

A1

A2

Diagrama E -Q1 ao desligar liga Q2

X1

-E1

-K1 A2

X2

11 Sistema de Partida de Motores Elétricos com Chave Compensadora

L1 L2 L3 PE -F10 1

3

5

2

4

6

1

3

5

-F7

-Q1

1

3

5

2

4

6

-Q2 2

4

6

1

3

5

2

4

6

-T2 U1 V1 W1 PE

-Q3

-M1

M 3

Diagrama F Contator Q2 acionando o motor em plena tensão da rede Figura 194 - Diagramas de sistema de partida com autotransformador Fonte: SENAI-SP (2013)

Para desligar o circuito de comando e parar o funcionamento do compressor, basta apertar o botão S0, que desliga as bobinas dos contatores, e o circuito volta à condição inicial. Os autotransformadores usados na partida de motores são do tipo trifásicos, e é necessária a conexão das três fases do motor nas saídas de mesmo valor. Por exemplo, se for selecionada a saída de 80% da tensão, todas as pontas de conexão do motor deverão ser conectadas nos tapes de 80% da fase correspondente. Um componente importante nos comandos eletroeletrônicos para monitorar a corrente, e que vamos conhecer a seguir, é o transformador de corrente.

279

280

Comandos elétricos

Os transformadores de corrente (TCs) são utilizados em instrumentos de medição de painéis elétricos industriais para indicar a corrente que passa por determinado condutor de um circuito percorrido por correntes elevadas. Também são utilizados com a função de proteger circuitos contra sobrecargas, quando ligados a relés térmicos instalados nos circuitos de comando. O TC foi uma boa solução encontrada para medição em circuitos de potência que teriam um custo inviável se a medição fosse feita com aparelhos para altas correntes. Ele é constituído por um núcleo toroidal ou retangular com várias espiras ou bobina, formando o secundário, e o primário é constituído pelo condutor que atravessa o interior. Nesse condutor circula a corrente, objeto da medição. Observe esses detalhes nos TCs da figura a seguir.

Figura 195 - Exemplos de transformadores de corrente Fonte: www.sassitransformadores.com.br

O alicate-amperímetro, um medidor de corrente elétrica, funciona segundo o mesmo princípio do transformador de corrente. Os amperímetros conectados a esses aparelhos são usados em painel de comando, em um local onde o operador ou o técnico tenham acesso. Para facilitar nosso entendimento sobre esse assunto, vamos imaginar um motor que, no momento de sua partida, tenha uma corrente que pode chegar a 50 A. Como poderemos medir a corrente desse motor e indicá-la em um painel para o operador da máquina visualizar? A solução fica simples se instalarmos, por exemplo, um transformador de corrente de 50/5. E o que isso quer dizer? Isso significa que, quando estiver passando uma corrente de 50 A pelo condutor fase da rede, que vai para o motor, no secundário do TC teremos uma corrente de 5 A saindo para o amperímetro instalado no painel. Esse amperímetro, quando estiver marcando 5 A, estará com um ponteiro posicionado no final da escala, indicando 50 A.

11 Sistema de Partida de Motores Elétricos com Chave Compensadora

No mercado existem outras faixas de valores para o transformador de corrente, tais como: 250/1, 400/5, 1500/10. Basta você escolher a faixa de corrente que atende às especificações da aplicação. A corrente que circula pelo amperímetro é diretamente proporcional à corrente que circula pelo condutor fase, em que o TC está instalado. Na figura a seguir, veja como é o símbolo de um transformador de corrente. Símbolo

Norma NBR5444

NBR IEC 60617-6

Figura 196 - Símbolos do transformador de corrente e normas técnicas relacionadas Fonte: SENAI-SP (2013)

Os transformadores de corrente são instalados no circuito de modo que o condutor de potência em que se deseja medir a corrente passe por seu interior. Encontramos TCs bipartidos, que facilitam a instalação, pois podemos realizar a montagem sem desconectar o cabo de potência que se pretende medir a corrente. Dessa forma, podemos instalar um TC em uma máquina ou rede de alimentação sem a necessidade de desligar ou interromper o funcionamento. O secundário dos transformadores de corrente deve ser ligado por meio de condutores diretamente a um amperímetro. Veja uma demonstração de como fazer isso na figura a seguir.

L1 N (L2) Figura 197 - TC, amperímetro e ligação de TC com amperímetro Fonte: SENAI-SP (2013)

k

l

K

L

281

282

Comandos elétricos

Na manutenção, nunca deixe o secundário de um TC em aberto enquanto o circuito principal estiver em funcionamento, pois, devido à indução, na saída do secundário do TC deve aparecer uma alta-tensão induzida, que pode ser perigosa.

FIQUE ALERTA

Se precisar retirar o instrumento de medição ligado ao TC para manutenção, antes de desconectá-lo, interligue (curto-circuite) os dois fios que vão para o amperímetro.

No caso de substituição do transformador de corrente, e para evitar erros de exatidão na medição, o TC deve ser adquirido do mesmo fabricante do instrumento de medição já instalado no sistema. O modelo de TC deve ser idêntico ou compatível ao indicado pelo fabricante do par TC-instrumento de medição. No meio técnico, dizemos que temos que comprar o TC “casado” com o instrumento de medição. Para medir tensão em circuitos de potência, a solução é instalar um transformador de potencial (TP). Esses transformadores possuem quatro terminais, dois do primário e dois do secundário. Os terminais do primário desses transformadores são conectados em paralelo com a tensão da rede que se deseja monitorar, e os terminais do secundário são conectados diretamente ao voltímetro instalado no painel do operador. Observe na figura a seguir um exemplo de TP e de voltímetro e suas ligações.

Voltímetro Transformador de potencial (TP) L1 N (L2) Figura 198 - Transformador de potência (TP), voltímetro e ligação de TP com voltímetro Fonte: SENAI-SP (2013)

Outro componente importante de ser utilizado em sistemas de partida com autotransformador é o relé de proteção térmica com sensor de temperatura PTC, que já vimos anteriormente. Ele serve para desligar e impedir que o comando funcione em casos de sobreaquecimento nos enrolamentos dos autotransformadores e dos motores. A figura a seguir ilustra um relé de proteção térmica.

11 Sistema de Partida de Motores Elétricos com Chave Compensadora

Relé de proteção térmica

Diagrama de ligações 15

A1 S1 S2 Sensor PTC

ºt A2

16

+tº

Função dos terminais A1 - A2 Alimentação S1 - S2 Entrada do sensor PTC 15 - 16 - 18 Saída

Figura 199 - Módulo de relé de proteção térmica e do sensor de temperatura PTC Fonte: SENAI-SP (2013)

O modelo de relé de proteção térmica apresentado nessa figura dispõe de um LED (vermelho) para sinalizar a posição do contato reversor e de outro LED (verde) para indicar o estado de funcionamento do sensor PTC. Esse recurso, pelo fato de ser bem visual, facilita a análise de defeitos e um rápido diagnóstico em caso de manutenção. O gráfico da figura a seguir apresenta o funcionamento do módulo de relé de proteção térmica.

283

284

Comandos elétricos

Funcionamento do relé de proteção térmica com PTC A1-A2 tºC (referência) S1-S2 Sensor aberto

Curto-circuito no sensor

15-18 15-16 LED

Ligado

Desligado

Ligado

Desligado

Ligado

Desligado

Desligado

Desligado

Piscando

Piscando

15

15

15

15

15

16 18

16 18

16 18

16 18

16 18

t

Contatos

Monitoramento do contato 15-16-18 e entradas S1 e S2 (PTC) Ligado

Contato atuado 15-18 fechado

Desligado

Contato em repouso 15-16 fechado

Ligado

Sensor PTC em funcionamento normal

Piscando

Falha no sensor PTC (aberto ou em curto-circuito)

Figura 200 - Funcionamento do módulo de relé de proteção térmica Fonte: SENAI-SP (2013)

Note que, se a temperatura no sensor PTC ultrapassar a temperatura de referência, ou no caso de um rompimento do fio do sensor, o contato 15 fica fechado com o 16 e aberto com o 18, desativando, assim, o comando e protegendo os enrolamentos da máquina elétrica. A temperatura de referência é o valor máximo admitido para o funcionamento dos enrolamentos de acordo com um regime seguro de operação. Para a proteção de transformadores, autotransformadores e motores, encontramos sensores e relés de proteção térmica que suportam de 60 °C a 120 °C. Eles devem ser escolhidos segundo a classe de temperatura dos fios usados nos enrolamentos.

11 Sistema de Partida de Motores Elétricos com Chave Compensadora

CASOS E RELATOS O caso a seguir se passou em uma empresa de estamparia localizada em São Bernardo do Campo, estado de São Paulo. Essa empresa possui um compressor a pistão que fornece ar comprimido para alimentar o setor das prensas. Esse compressor tem um horário de funcionamento: é ligado antes de 6 h da manhã e desligado após 22 h, quando a empresa encerra o segundo turno. O compressor tem válvulas de alívio que são abertas enquanto a chave compensadora faz a partida do motor. Depois que o motor passou para a plena tensão, as válvulas vão sendo fechadas manualmente, para que o compressor entre no ciclo de operação normal. Ocorreu que, durante as férias do funcionário responsável por ligar o compressor, o vigilante, Antônio Carlos, ficou incumbido de ligar diariamente esse equipamento. Já na primeira vez que foi ligá-lo, esqueceu-se de abrir as válvulas de alívio e, ao iniciar a manobra, percebeu que o motor não desenvolvia velocidade. Foi, então, que desligou e repetiu a operação algumas vezes, quando começou a sentir um cheiro de queimado. Resolveu interromper o procedimento e aguardou o pessoal da manutenção chegar para verificar qual era o problema. A equipe da manutenção elétrica constatou que o autotransformador havia sofrido dano nos enrolamentos em decorrência de sobreaquecimento. Isso se deu por causa das consecutivas e frequentes tentativas de partir o motor. Constatado o problema, os técnicos de manutenção rebobinaram o autotransformador e reformaram o painel de comando, que ganhou dois componentes para que o sistema tenha uma operação segura: um relé de proteção térmica com sensor PTC e um transformador de corrente ligado a um amperímetro para monitorar a corrente de partida e de funcionamento do motor. Na figura a seguir, veja como ficou o diagrama do painel desse compressor.

285

286

Comandos elétricos

L1 L2 L3 PE -F10 1

3

5

2

4

6

-F7 -T1

1

3

A -P1

5

-Q1

1

3

5

2

4

6

-Q2 2

4

6

1

3

5

2

4

6

-T2 U1 V1 W1 PE

-Q3

L1

-M1

M 3

-K1 16

220 V/60 Hz

15 18

-Q11

95

-F7

83

-Q2

96

84

1

-S0

2 3

53

-Q1

-S1 4

54

16

A1

-Q12

A2

S1 S2

PTC +tºC

54

-Q1

54 71

-Q2 18

61

-Q2

53

-Q2

15

-K2

-K1

53

-Q2

62 A1 A2

71

-Q1

-Q2

83

-Q1 72 A1 A2

83

-Q3 84

-Q3

72

84

A1

A1

-K2 A2

X1

-E1 A2

X2

L2 Figura 201 - Diagrama de potência e comando para partida de motor com autotransformador equipado com relé de proteção térmica por sensor PTC, TC e amperímetro de painel Fonte: SENAI-SP (2013)

11 Sistema de Partida de Motores Elétricos com Chave Compensadora

Com essa modificação, se o operador fizer várias partidas consecutivas, antes de o autotransformador aquecer a uma temperatura que exponha os enrolamentos a algum dano, o relé de proteção térmica, através do sensor PTC, desliga a tensão do comando. Esse conjunto instalado impede que outra partida seja iniciada até que os enrolamentos se esfriem a uma temperatura segura para uma nova partida. Outra medida de segurança implantada foi fixar, ao lado do painel de comando elétrico, o procedimento escrito para ligar e desligar o compressor com segurança.

No item a seguir, aprenderemos como realizar a manutenção do sistema de partida com autotransformador.

11.3 Manutenção do sistema de partida com autotransformador O quadro a seguir apresenta algumas falhas que poderemos encontrar em circuitos de comando e potência em sistemas de partida com chave compensadora. Essa chave compensadora está equipada com relé de proteção térmica com sensor PTC e possui transformador de corrente e instrumento de medição. Quadro 24 - Principais falhas nos componentes de comando em sistemas de partida estrela-triângulo de motores Componente

Possível falha

Efeito no circuito

1

Relé de

“Bobina eletrônica” em

Ao energizar o comando, a proteção fusível atua,

proteção

curto-circuito.

desligando o circuito.

“Bobina eletrônica”

A “bobina eletrônica” do relé de proteção térmica

aberta ou inoperante.

é energizada, no entanto o contato 15-18 não se

térmica (F10)

Contato não atua.

fecha, impedindo qualquer ação de funcionamento do comando.

Contato 15-18 colado.

Comando fica sempre ligado mesmo sem energizar A1 e A2 do relé de proteção térmica (F10).

287

288

Comandos elétricos

Componente

Possível falha

Efeito no circuito

2

Sensor de

Sensor em curto-

O relé mantém o contato atuado, ou seja, fechado

temperatura

circuito.

na posição 15-18. Alguns relés de proteção tér-

(PTC)

mica oferecem uma sinalização por LED, que fica piscando quando o sensor está em curto-circuito. Sensor aberto.

O relé mantém o contato na posição de repouso, ou seja, fechado na posição 15-16. Alguns relés de proteção térmica oferecem uma sinalização por LED, que fica piscando, quando o sensor está aberto.

3

Transfor-

Transformador em

O TC aquece demasiadamente e não fornece cor-

mador de

curto-circuito.

rente para o amperímetro.

corrente - TC

Aberto

Não indica leitura de corrente no amperímetro.

Amperímetro aberto.

Amperímetro não indica leitura de corrente.

(B1) 4

Amperímetro analógico (B2)

Amperímetro em curto-circuito. Falha mecânica.

O ponteiro fica travado em uma posição e não deflexiona ou deflexiona somente um pouco indicando um valor incorreto.

FIQUE ALERTA

Durante a manutenção, devemos ter cuidado para não trocar as fases no autotransformador. Caso isso aconteça, no instante da comutação ocorrerá curto-circuito entre fases da rede e do autotransformador.

Para encontrar as falhas apresentadas no quadro anterior, devemos realizar alguns testes nos componentes. No quadro a seguir, encontramos alguns procedimentos de testes para diagnosticar essas falhas.

11 Sistema de Partida de Motores Elétricos com Chave Compensadora

Quadro 25 - Principais procedimentos de teste para diagnóstico de falha nos componentes de potência Componente

Possível falha

Procedimento de teste

1

Relé de

“Bobina eletrôni-

Desconectar relé do circuito e fazer medição da resistên-

proteção

ca” em curto-

cia com multímetro na escala de ohm. Se a resistência

térmica

-circuito.

entre os dois terminais de alimentação A1 e A2 for 0

(F10)

(zero) ohm, ou muito próximo disso, o relé de proteção está em curto-circuito. “Bobina eletrôni-

Conectar sensores PTC no relé e alimentar terminais A1,

ca” aberta ou

A2 e 15. Ao medir a saída 18 em relação ao terminal A2,

inoperante.

se o conjunto estiver funcionando, analisar presença da

Contato não atua.

tensão nominal da rede. No terminal 16, não deve haver nenhum valor de tensão. Caso esse teste apresente resultado diferente, curto-circuitar entradas de sensor e medir saída 18 em relação ao terminal A2. Se não houver tensão, o relé está danificado. Em caso de dúvida, pode ser feito outro teste: aquecer o sensor PTC com auxílio de um secador de cabelo ou soprador térmico e verificar se há comutação do contato.

Contato 15-18

Conectar sensores PTC no relé de proteção térmica

colado.

(módulo), alimentar terminais A1, A2 e 15 e medir saída 18. Ao verificar a presença de tensão, desconectar um dos fios que vão para o sensor. Nesse instante, o contato 15-18 deve abrir, fechando-se o 15-16. Caso isso não ocorra, o relé está danificado. Para eliminar qualquer dúvida, desconectar todos os condutores ligados ao relé de proteção e medir contatos 15-18 com ohmímetro. Se indicar valor próximo de 0 (zero) ohm, o contato está colado.

289

290

Comandos elétricos

Componente

Possível falha

Procedimento de teste

2

Sensor de

Sensor em curto-

Medir resistência com multímetro. A menor resistência

temperatura

circuito.

de PTCs, de forma geral, deve estar em torno de 100

(PTC)

ohms. Se o valor medido for muito baixo, próximo de 0 (zero) ohm, o PTC está em curto-circuito. Sensor aberto.

Medir resistência com multímetro. Se o PTC for do tipo Pt100, você vai encontrar resistência em torno de 100 ohms. Outros PTCs podem chegar a apresentar valores de resistência da ordem de 10 quilo-ohms. Se o valor medido for da ordem de megaohms ou infinito, o sensor está aberto.

3

Transfor-

Transformador

Inserir TC em um circuito energizado e com corrente

mador de

em curto-circuito.

compatível. Se houver aquecimento demasiado e cor-

corrente - TC

rente muito baixa ou nula na medição com amperíme-

(B1)

tro, é muito provável que o TC esteja em curto-circuito. Fazer outra medição complementar. Desenergizar circuito de potência, para garantir que o primário do TC esteja desenergizado, e medir resistência no secundário do TC. A resistência do secundário normalmente é baixa, da ordem de poucos ohms, mas se o valor for 0 (zero) ohm, o TC está em curto-circuito. Transformador

Medir saída do secundário com amperímetro, com cir-

aberto.

cuito de potência energizado e em funcionamento. Se estiver aberto, o amperímetro não vai indicar corrente ou então mostrará um valor muito baixo. Fazer outro teste: medir resistência no secundário do TC, com circuito de potência desenergizado. O valor encontrado deve ser de alguns poucos ohms. Caso contrário, o TC está com o secundário aberto.

11 Sistema de Partida de Motores Elétricos com Chave Compensadora

Componente

Possível falha

Procedimento de teste

4

Amperíme-

Amperímetro

Normalmente, instrumentos ligados diretamente em

tro analógico

aberto.

tensão alternada possuem internamente um circuito

(B2)

Amperímetro em curto-circuito.

retificador que pode apresentar defeito. Para testar, desconectar instrumento do circuito e medir resistência. Se o valor for 0 (zero) ohm, o retificador está em curto-circuito. Se a medição não indicar nada ou resistência altíssima, inverter pontas de prova de medição nos terminais do instrumento. Se mesmo assim não indicar resistência, o retificador está aberto.

Falha mecânica.

É um defeito percebido quando se varia a corrente que passa no circuito de potência, verificando se o amperímetro responde corretamente se o ponteiro está travado, solto ou enroscando. Alguns amperímetros possuem parafuso de calibração para ajustar a posição do ponteiro.

Hoje em dia, e cada dia mais, existem instrumentos digitais do tipo amperímetro, voltímetro, indicador de RPM, entre outros. Nesses casos, além dos terminais que vêm do TC, do TP ou de outro elemento sensor de corrente ou de tensão, temos ainda dois outros terminais de alimentação.

SAIBA MAIS

Se quiser saber mais sobre autotransformadores, acesse um site de busca da internet e digite a seguinte expressão: “autotransformadores para motores”. Você vai encontrar diversos fabricantes que disponibilizam catálogos e fichas técnicas dos produtos.

291

292

Comandos elétricos

RECAPITULANDO Neste capítulo, conhecemos outro sistema de partida indireta, a partida com autotransformador ou chave compensadora, que reduz o pico de corrente do motor na partida e tem a vantagem de proporcionar maior torque, mesmo no tape de 65%. Aprendemos também o funcionamento e a manutenção de alguns dispositivos usados em comandos elétricos industriais, tais como transformadores de corrente e de potencial, instrumentos de medição de painel e relé de proteção térmica contra sobretemperatura, em equipamentos dotados de enrolamentos. Como já vimos os sistemas de partida estrela-triângulo e com chave compensadora, podemos dizer que conhecemos os principais sistemas elétricos indiretos de partida de motores.

11 Sistema de Partida de Motores Elétricos com Chave Compensadora

Anotações:

293

Sistema de Partida de Motores com Comutação de Velocidades

12 Neste capítulo, vamos aprender sobre um tipo de motor que oferece a possibilidade de mudança de velocidade: o motor Dahlander. Conhecer esse motor é muito importante para o eletricista, pois ele está presente em um número considerável de máquinas na indústria. Assim, ao concluir este capítulo, vamos conhecer: a) a finalidade da partida para motor Dahlander; b) as características construtivas e elétricas do motor Dahlander; c) o funcionamento do comando de partida do motor Dahlander por meio de contator e chave de comutação polar; d) a manutenção em sistemas de comando por contator e com motor Dahlander; e) os instrumentos de medição de velocidade em motores e outros elementos rotativos.

12.1 Finalidade da partida com motor Dahlander Na indústria, muitas máquinas do processo de fabricação trabalham com mais de uma velocidade, às vezes duas, quatro, oito ou até mais. No motor Dahlander, de um mesmo enrolamento obtemos duas velocidades distintas, e a maior velocidade é sempre o dobro da menor. Esse motor é muito utilizado em tornos do tipo convencional que necessitam de diversas velocidades obtidas por meio de alavancas que alteram engrenagens. Como o motor Dahlander oferece duas velocidades, essa combinação resulta no dobro de velocidades que poderiam ser obtidas somente pelas engrenagens. É o caso do torno convencional ilustrado na figura seguir.

296

Comandos elétricos

Figura 202 - Torno convencional equipado com motor Dahlander Fonte: SENAI-SP (2013)

Além dos tornos, outras máquinas de linha de produção seriada utilizam motor Dahlander, como furadeiras horizontais para alargamento de furos em peças cilíndricas, conhecidas também por mandrilhadoras de furos. Vamos conhecer as características internas e o princípio de funcionamento desse motor.

12.2 Características construtivas internas e princípio de funcionamento de motor trifásico Dahlander O motor Dahlander possui a mesma aparência de um motor trifásico assíncrono de rotor de gaiola de uma velocidade. A diferença está na parte interna, na forma de construção e ligação das bobinas, e não pode ser facilmente observada. Vejamos na figura a seguir um motor Dahlander.

12 Sistema de Partida de Motores com Comutação de Velocidades

Figura 203 - Motor Dahlander Fonte: SENAI-SP (2013)

A variação de velocidade é obtida a partir da ligação elétrica que se faz nos terminais externos do motor. Isso é possível porque o motor Dahlander possui as bobinas internas do estator preparadas para trabalhar com comutação polar, ou seja, uma mudança da quantidade de polos magnéticos que se faz internamente no motor. Para entender o que é comutação polar e como isso é feito, vamos entender, inicialmente, como são formados os polos magnéticos no estator do motor e sua relação com a velocidade. Quando a corrente elétrica passa por uma bobina do motor, forma-se um campo eletromagnético com polaridade Norte (N) ou Sul (S) magnético. O que define qual polo magnético será formado é o sentido de deslocamento da corrente pela bobina. Ilustramos na figura a seguir a formação desses polos.

N I(A)

S I(A)

Figura 204 - Formação de polos Norte (N) e Sul (S) magnéticos Fonte: SENAI-SP (2013)

297

298

Comandos elétricos

Observe que, na primeira bobina, temos a formação de polo Norte (N) ativo gerado diretamente pela ação da corrente elétrica, entrando em determinado sentido e, na segunda bobina, temos a formação de polo ativo Sul (S) devido à circulação da corrente no sentido contrário. Nos motores trifásicos em geral, utilizam-se polos ativos, ou seja, polos formados diretamente pela passagem da corrente elétrica. No motor Dahlander, para possibilitar a modificação da quantidade de polos, além da utilização dos polos ativos na ligação de menor velocidade, também é usado o recurso de polos consequentes. Por exemplo, em decorrência da formação de dois polos ativos iguais, surgem dois polos consequentes de polaridade oposta. Vejamos como isso ocorre nos exemplos a seguir.

S

N

Duas bobinas e formação de dois polos ativos: um polo Sul (S) e um polo Norte (N).

S

N

S

N

Quatro bobinas e formação de quatro polos ativos: dois polos Sul (S) e dois polos Norte (N).

N

S

N

S

Duas bobinas e formação de quatro polos: dois polos Norte (N) ativos e dois polos Sul (S) consequentes.

N

S

N

S

N

S

N

S

Quatro bobinas e formação de oito polos: quatro polos Norte (N) ativos e quatro polos Sul (S) consequentes.

Figura 205 - Formação de polos magnéticos ativos e consequentes Fonte: SENAI-SP (2013)

Você observou que, com duas bobinas, é possível obtermos dois ou quatro polos. Mas, com quatro bobinas, podemos obter quatro ou oito polos? O número de polos está diretamente relacionado com a velocidade na forma inversamente proporcional: quanto maior o número de polos, menor é a velocidade. A velocidade do campo girante no interior do estator do motor, também chamado de campo síncrono, depende do número de polos ou pares (N e S) de polos e da frequência da rede elétrica em hertz (Hz). A velocidade de rotação de um motor elétrico é dada em rpm, ou seja, rotações por minuto. Para calcular a rotação de acordo com o número de polos, usamos a seguinte fórmula:

12 Sistema de Partida de Motores com Comutação de Velocidades

ns =

f . 60 p

Em que: ns = rotação síncrona em rpm; f = frequência em hertz (Hz); p = pares de polos. Agora, veja como calcular a rotação síncrona de um motor com quatro polos (dois pares de polos) em rede de 60 Hz.

60 . 60 3600 = 2 2 ns = 1800 rpm ns =

VOCÊ SABIA?

Gustaf Robert Dahlander, cientista e chefe do Instituto Real de Tecnologia (KTH) de Estocolmo, na Suécia, em 1897 desenvolveu a ligação de motor para duas velocidades por meio da comutação polar. Em sua homenagem, o motor recebeu o nome de motor ou ligação Dahlander.

O quadro a seguir traz alguns exemplos de valores de rotação síncrona em função do número de polos que o motor possui, quando ligado a uma rede com frequência de 60 Hz. Quadro 26 - Relação entre número de polos e velocidade Número de polos

Rotação síncrona (rpm)

2

3.600

4

1.800

6

1.200

8

900

12

600

299

300

Comandos elétricos

1 Cavalo-vapor (CV) Unidade de medida de potência de motor que equivale a 736 W, outra medida de potência elétrica. Ou seja: 1 CV é igual a 736 W.

Na prática, o rotor dos motores trifásicos não acompanha a velocidade real ou síncrona do campo girante, gerado pelo estator, o que justifica o fato de serem chamados de motores trifásicos assíncronos. Assim, vamos encontrar motor de dois polos com rotação, por exemplo, de 3.550 rpm indicada na placa ou motor de quatro polos com 1.760 rpm.

A diferença entre a velocidade do campo girante ou rotação síncrona e a velocidade real do eixo do motor é chamada de escorregamento. Essa velocidade é expressa em porcentagem da rotação nominal.

VOCÊ SABIA?

Agora que já entendemos um pouco mais sobre a relação entre a quantidade de polos de um motor e a velocidade, vamos ver como fazer os fechamentos para esse motor girar na maior e menor velocidade. Os diagramas da figura a seguir apresentam os enrolamentos, os fechamentos e a formação dos polos de um motor Dahlander com duas bobinas por fase. Neles vemos também uma “bolinha”, chamada de marca de polaridade, que indica o ponto no qual se inicia o enrolamento da bobina. Formação de quatro polos (dois ativos e dois consequentes)

N

S

N

I(A) 1U L1

Ligação interna no motor L2

1V

S

1V L2 2U

2V

Fechamento para velocidade baixa L1

L2

L3

1U

1V

1W

2U

2V

2W

1U

2W

L1

1W L3

Marca de polaridade ou início de enrolamento

Figura 206 - Fechamento do motor Dahlander para quatro polos - velocidade baixa Fonte: SENAI-SP (2013)

Note que, em cada fase, as bobinas de um mesmo grupo estão em série e no mesmo sentido, formando dois polos Norte ativos e dois polos Sul consequentes, ou seja, nesse fechamento temos quatro polos e velocidade baixa no motor Dahlander. Veja como isso acontece dentro do estator do motor e compare a posição e as cores das bobinas da ilustração com a foto.

12 Sistema de Partida de Motores com Comutação de Velocidades

2U

L2

1V I

I

I

I rotor

I

(S) I

I

I

I

I

N

N

I I

1U

I

L1

estator

(S) 1W

2V L3

2W Figura 207 - Estator do motor Dahlander fechado com quatro polos - velocidade baixa Fonte: SENAI-SP (2013)

Comparando as duas figuras, temos uma correspondência entre as posições das bobinas e as cores. Nas posições destacadas pelas cores, temos a formação dos polos ativos e, nas posições intermediárias, os polos consequentes.

301

302

Comandos elétricos

Assim, temos dois polos Norte (N) ativos, formados diretamente pela passagem da corrente elétrica, dispostos 180° geométricos (angular), e dois polos Sul (S) consequentes, formados devido ao aparecimento dos polos Norte (N). Como o estator é circular, temos 360° divididos pelos quatro polos e, portanto, cada polo está disposto a 90° em relação ao outro. Para nossa análise, estamos considerando que, quando a corrente entra no ponto de início de enrolamento, em que vemos a marca de polaridade, o polo formado é o Norte (N) e, quando a corrente sai pelo início de enrolamento, o polo formado é o Sul (S). Agora vejamos no diagrama da figura a seguir como ocorre a formação das polaridades no fechamento para velocidade mais alta. Formação de polos ativos

Ligação interna no motor 1V

S 1U L1

N I(A)

2U L2

1V

L1 2U

L3

2V L2

Fechamento para velocidade alta 1U

1V

1W

2U

2V

2W

L1

L2

1U

1W

L3

L3

2W

Redesenhando a ligação interna do motor L2 2U L1 2V 1V 1U

L3

1W

Curto-circuitando 1U 1V 1W

2W

Figura 208 - Fechamento do motor Dahlander para dois polos - velocidade alta Fonte: SENAI-SP (2013)

12 Sistema de Partida de Motores com Comutação de Velocidades

No fechamento para velocidade alta, em cada fase podemos considerar que as bobinas estão em paralelo (na realidade em antiparalelo), formando dois polos ativos e opostos: um polo Norte e um polo Sul. Portanto, com dois polos o motor funciona na velocidade maior, que é o dobro da menor. Nós podemos verificar em quaisquer duas bobinas antiparalelas que as marcas de polaridade estão em posições opostas, o que explica a formação de polos ativos Norte e Sul distintos. Na figura a seguir, vejamos a formação desses dois polos no interior do estator. L1 2U I

L2

1V

I

I

I I

I rotor

I

I

I

I L3

1U

I

S

N

I I I estator

1W

2V

2W Figura 209 - Estator do motor Dahlander fechado com dois polos - velocidade alta Fonte: SENAI-SP (2013)

Outro ponto importante sobre o motor Dahlander é o fato de o conjugado mecânico do motor (Cm), torque que o motor é capaz de desenvolver, ser diferente em função da velocidade escolhida. Vamos a um exemplo numérico: considere que temos um motor Dahlander com potência de 2 CV, dois polos com velocidade real de 3.560 rpm e quatro polos com velocidade real de 1.780 rpm. Nesse caso, qual é o conjugado mecânico em cada velocidade?

303

304

Comandos elétricos

Cm( 2 polos ) =

P(cv) ×736 2 ×736 1472 = = rpm ×2� 3560 ×2� 372, 6 60 60

Cm( 2 polos ) = 3, 95 Nm

Cm( 4 polos ) =

P(cv) ×736 2 ×736 1472 = = rpm ×2� 1780 ×2� 186,3 60 60

Cm( 4 polos ) = 7, 90 Nm

O motor Dahlander em dois polos proporciona um conjugado mecânico de 3,95 Nm (newton-metro), e o conjugado em quatro polos oferece 7,90 Nm. Dessa forma, podemos dizer que, na velocidade menor, o conjugado é o dobro em relação ao conjugado na velocidade maior. Vejamos agora como funciona a partida do motor Dahlander.

12.3 Funcionamento da partida com motor Dahlander Agora que já temos as principais informações sobre o funcionamento das velocidades do motor Dahlander, vamos ver os diagramas na figura a seguir para entendermos o funcionamento dos circuitos de potência e o comando desse motor. L1 L2 L3

3

60 Hz 220 V

F1, 2, 3

1

3

5

2

4

6

1

3

5

4

6

-Q1

1

3

5

2

4

6

1

3

5

2

4

6

-Q2

-F7 2

2V 2W

1W

M 3

1U 1V

Diagrama de potência L1

2

60 Hz 220 V

-F21

95

-F7 96

3

5

2

4

6

-Q3

-F8

2U

1

1

-F7 2

3

5

4

6

1

5

3

-F8 12 Sistema de Motores com Comutação de Velocidades 2 de 6 4 Partida

2U 2V 2W

1W

M 3

1U 1V

Diagrama de potência L1

2

60 Hz 220 V

-F21

95

-F7 96 95

-F8 96 1

-S0 2 1

-S2

1

-S1

2 3

-S1

4

2

13

-Q2

3

-S2

14

4

31

-Q1

32

13

-Q1

14

31

-Q2

32

31

-Q3

L2

-F22

-Q2

23

-Q1

32 A1 A2

-Q1

A1 A2

-Q3

24 A1 A2

Diagrama de comando

Figura 210 - Diagrama de potência e comando de partida do motor Dahlander Fonte: SENAI-SP (2013)

Observe, no circuito de potência, que o contator Q2 é responsável por ligar o motor em velocidade baixa e Q1 e Q3, em velocidade alta. No comando, quando o usuário aperta o botão S1, primeiro abre-se S1, 1-2, e depois se fecha S1, 3-4, fazendo a energização da bobina de Q2. Enquanto isso acontece, Q2, 31-32, se abre, intertravando Q1 e Q3 e fechando o contato Q2, 13-14, de selo e mantendo Q2 energizado, mesmo depois de o usuário soltar o botão. No mesmo instante, no circuito principal, Q2 liga o motor para funcionar em velocidade baixa. Para fazermos a mudança para a velocidade alta, devemos pressionar o botão S2 que, por meio do intertravamento, desliga Q2 e, com Q2 desligado, as bobinas de Q1 e Q3 são energizadas e acionam o motor em velocidade alta. Você deve ter percebido que no diagrama da figura anterior temos dois relés térmicos F7 e F8 para proteção contra sobrecargas. Você sabe qual é o motivo disso?

305

306

Comandos elétricos

Aprendemos que, na ligação para baixa velocidade, as bobinas de um mesmo grupo ficam em série, portanto temos uma maior resistência elétrica. Assim, a corrente nominal é menor. Na velocidade alta, de certa forma, como as duas bobinas ficam em paralelo (antiparalelo), temos uma menor resistência elétrica e, assim, a corrente nominal é maior nessa ligação. Por esse motivo, temos dois relés térmicos, cada um deles com um ajuste do valor de corrente nominal, de acordo com cada velocidade e conforme indicado na placa de ligações do motor.

VOCÊ SABIA?

A diferença do valor de corrente da fase com a maior corrente e da fase de menor corrente dividido pela média das correntes das três fases não pode ser maior do que 10%. Caso isso ocorra, temos um problema de desbalanceamento nas tensões das fases ou diferenças expressivas nas resistências ôhmicas dos enrolamentos.

Como as correntes são diferentes em função da velocidade do motor Dahlander, a potência elétrica do motor também é diferente. Quando a velocidade é menor, a potência do motor também é menor, da mesma forma que ocorre para a velocidade maior. Outra forma de fazermos a comutação dos polos do motor Dahlander, em vez de fazermos por contatores, como já ilustrado, é por chave comutadora manual. Essa chave possui três posições: 0 – Desligado; 1 – Motor ligado na velocidade baixa; 2 – Motor ligado na velocidade alta. Muitas máquinas de produção seriada do tipo convencional utilizam o recurso da chave manual para partida de motores Dahlander. Observe na figura a seguir um exemplo dessa chave.

12 Sistema de Partida de Motores com Comutação de Velocidades

0

L1 L2 L3 1 1 W 2 V W

2

1 V

W

2 1

U

2

V U

1

2

V

2 1

V U

L1 U

Posição 1 - Rotação baixa 2

L1 L2 L3 1 1

W L3

2 2 V

W

W

L2

2

U

W

1

V

U

Posição 0 - Desligado

1

1

V

2

2

U

1

1

U

L1

2

2

V W

W L3

2V

L2

2

1

W

1

U

1

1

W L3

2

1

L1 L2 L3

W V L2

2 1

U

2

V U L1 U

Posição 2 - Rotação alta Figura 211 - Chave comutadora de velocidades em motor Dahlander Fonte: SENAI-SP (2013)

Acompanhe a explicação sobre o funcionamento dessa chave manual.

• Posição 0: as fases ficam desconectadas dos terminais do motor e, portanto, o motor está desligado.

• Posição 1: a chave comutadora conecta as três fases L1, L2 e L3 (R, S e T) respectivamente aos terminais 1U, 1V e 1W, e o motor gira na velocidade baixa.

• Posição 2: a chave conecta as três fases L1, L2 e L3 (R, S e T) respectivamente aos terminais 2U, 2V e 2W, e o motor gira na velocidade alta. Os catálogos técnicos das chaves manuais apresentam essas informações na forma de diagrama de fechamento e abertura dos contatos. Acompanhe um exemplo pelo quadro a seguir.

307

308

Comandos elétricos

Quadro 27 - Diagrama de fechamento de chave de comutação polar Chave comutadora

Motor Dahlander

Posição 0

Desligado

Posição 1 Posição 2

Terminais e fases conectados 1U

1V

1W

Velocidade baixa

R

S

T

Velocidade alta

X

X

X

2U

2V

2W

R

S

T

Legenda: X = interligação de terminais (jumper)

A inversão de rotação no motor Dahlander ocorre da mesma forma que nos demais motores trifásicos: trocando duas fases quaisquer uma pela outra. Também encontramos chaves comutadoras que acionam o motor nas duas velocidades e nos dois sentidos de giro, horário e anti-horário.

SAIBA MAIS

Para obter mais informações sobre chaves comutadoras para motor Dahlander, procure na internet pelos sites de fabricantes como: Semitrans, Schmersal e Siemens.

CASOS E RELATOS O caso que será apresentado ocorreu em uma empresa metalúrgica de produção seriada de autopeças instalada em Diadema, na região do ABC Paulista. A empresa possui um grande parque de máquinas, formado principalmente por tornos do tipo universal. Esses tornos são equipados com motores Dahlander de 4/8 polos (1.760/880 rpm), comandados por dois contatores Q1 e Q2 de acionamento do sentido de giro e por uma chave manual para comutação polar, responsável por selecionar a velocidade desejada, baixa ou alta, do motor. Certo dia, Augusto, operador, percebeu que, ao acionar a máquina na velocidade mais alta, o motor fazia um barulho alto e não girava. Várias vezes repetiu o teste e a falha persistiu. Foi ao setor de manutenção e chamou Edvaldo, um eletricista industrial. Edvaldo fez testes e constatou que o problema só ocorria quando se selecionava a velocidade alta. O eletricista logo foi consultar o diagrama elétrico da máquina, representado na figura a seguir.

12 Sistema de Partida de Motores com Comutação de Velocidades

L1 L2 L3 1

3

1

5

-Q 20

- Q1 0 I>

I>

2

I>

4

1

- Q3 0 I>

I>

2

6

2 1

-S0 2 1

3

5

-Q1

1

3

5

-Q2 2

4

6

2

4

6

3

-S1

13

-Q1 4

3

-S2 14

4

13

21

14

22

-S10 L1

L2

L3

13

-Q2 14

Rota ção Baixa U1 V1 W1

Al ta U2 V2 W2

-Q2

-Q1 A1

-Q1 -M1

M 3

A2

-Q2

A1 A2

~

Figura 212 - Diagrama elétrico de um torno convencional com comutação de velocidades por motor Dahlander Fonte: SENAI-SP (2013)

Pelo diagrama, Edvaldo percebeu que os contatores Q1 e Q2 faziam a reversão do motor Dahlander, enquanto a chave manual selecionava velocidade baixa ou alta. Notou também que as fases L1, L2 e L3 faziam contato, respectivamente, com 2U, 2V e 2W e que os terminais 1U, 1V e 1W deviam estar interligados ou curto-circuitados com a chave em velocidade alta. Ao perceber isso, desconectou as ligações que iam da chave para o motor e, com o multímetro, mediu a tensão nos terminais 2U, 2V e 2W em relação ao terra. No terminal 2W, que deveria ter 220 V proveniente da fase L3, reparou que não havia tensão. Edvaldo desligou a chave geral da máquina, mediu a continuidade das fases com os respectivos terminais de saída e verificou que, na posição de velocidade alta, a chave comutadora não estabelecia contato do terminal 2W com a fase (L3). Logo, concluiu que a chave estava com esse contato danificado. Assim, o caminho que achou para resolver o problema foi substituir a chave por outra nova para a máquina funcionar novamente. Passemos agora ao estudo da manutenção em sistemas de comando por contator e com motor Dahlander.

309

310

Comandos elétricos

12.4 Manutenção do sistema de partida de motores Dahlander Em todos os circuitos que vimos até agora utilizamos o contator como elemento de acionamento, pois ele é peça fundamental no comando dos motores elétricos e outras cargas. Por ser um dispositivo de alta frequência de manobras, ou seja, liga e desliga muitas vezes com carga, o desgaste que o contator sofre ao longo do tempo é considerável, por isso é necessária manutenção constante. Na manutenção dos contatores, uma atividade bastante comum é a de limpeza interna. Durante o funcionamento, por apresentar partes móveis que, quando se movimentam, deslocam ar, poeira e outras partículas, é comum encontramos acúmulo de sujeira no interior do dispositivo, o que pode prejudicar seu funcionamento. Para fazermos a limpeza, devemos primeiro desenergizar o painel, retirar o contator, desmontá-lo e finalmente efetuar a limpeza dos componentes internos. Os contatos de potência, devido ao trabalho mais severo com correntes elevadas, são os que exigem maior frequência de manutenção. Os danos mais comuns que ocorrem nos contatos e os procedimentos de manutenção que devemos adotar são: a) oxidação ou carbonização: é o acúmulo de materiais na superfície do contato, como óxidos e carbono, que dificulta a livre passagem da corrente elétrica. Nesse tipo de problema, devemos fazer a limpeza com pincel seco ou utilizar produtos químicos (isolantes) próprios adequados ao uso em equipamentos elétricos, conhecidos por limpa-contatos; b) desgaste na superfície condutora: é o desgaste da superfície e a perda da cobertura de material nobre que reveste a superfície e protege dos danos causados pelo arco voltaico no momento da energização e desenergização da carga. Nesse caso, podemos até tentar fazer um nivelamento nos contatos, no entanto eles vão funcionar por pouco tempo. Por isso, devemos providenciar a troca; c) deformação: é a alteração acentuada do formato original e dos contatos para uma forma que reduz e prejudica a área de contato e a passagem da corrente. Nesse caso, precisamos substituir os contatos e as molas, pois quando há necessidade de troca dos contatos, as molas já perderam parte do seu “efeito mola” devido às sobrecargas térmicas sofridas pelo material. Na figura a seguir, podemos ver alguns contatos que apresentam essas avarias.

12 Sistema de Partida de Motores com Comutação de Velocidades

Figura 213 - Danos em contatos de contatores Fonte: SENAI-SP (2013)

A substituição de contatos e molas ainda é restrita a alguns modelos e fabricantes, pois nem todos os fabricantes de contatores disponibilizam contatos e molas para substituição. Na impossibilidade de troca de contatos e molas, devemos substituir todo o contator. A troca do contator deve ser feita por outro igual. Se isso não for possível, devemos colocar um de maior capacidade de corrente. Quando não encontrarmos o mesmo contato para fazer a substituição, devemos substituí-lo por um equivalente. Para isso, podemos consultar o departamento de engenharia de aplicação do fabricante do contator ou da máquina que está em manutenção. Uma técnica bem eficiente utilizada para a identificação de problemas de mau contato, desgaste e outras deficiências nos contatos dos contatores é a de empregar os instrumentos termovisores portáteis para identificar os pontos de sobreaquecimento. Esses pontos devem ser periodicamente inspecionados e, quando identificarmos um sobreaquecimento, devemos providenciar a manutenção corretiva. Em manutenção de máquinas e motores em geral, principalmente os que trabalham com velocidades, é importante conhecer a velocidade de giro de motores e outros elementos rotativos. Um instrumento usado para medição de rotação é o tacômetro. No mercado, encontramos dois tipos de tacômetros:

• tacômetros mecânicos: medem a rotação por meio do contato físico da ponta de medição do aparelho diretamente com o eixo do motor, fonte do movimento;

311

312

Comandos elétricos

• tacômetros óticos: têm como princípio de funcionamento a emissão de luz infravermelha (ou laser) e recepção dessa luz por meio da refração pela parte em movimento. Para efetuarmos a medição em alguns modelos, colamos uma etiqueta reflexiva no eixo do motor. Quando o eixo está girando, apontamos o tacômetro para a etiqueta colada ao eixo em movimento e pressionamos um botão para leitura da velocidade. Observe na figura a seguir exemplo de tacômetro.

Figura 214 - Tacômetro digital Fonte: SENAI-SP (2013)

Um fato que pode ocorrer com circuitos trifásicos é a falta de fase de alimentação pela queima de um fusível, pelo desarme de um disjuntor ou por falha na alimentação. Quando isso ocorre em circuitos que alimentam motores, é facilmente perceptível, pois os motores produzem um ruído ou “ronco” que demonstra essa ocorrência. Em casos de falta de fase, uma característica marcante no motor Dahlander é que ele “ronca” muito alto, provocando um acentuado incômodo auditivo. Para evitar problemas de falta de fase na alimentação trifásica de painéis de comando de motores, costumamos instalar o relé de falta de fase na entrada da alimentação do painel. Na figura a seguir, veja um exemplo desse tipo de relé e seu diagrama de instalação.

12 Sistema de Partida de Motores com Comutação de Velocidades

Figura 215 - Relé de falta de fase e seu diagrama de instalação Fonte: SENAI-SP (2013)

Alguns modelos de relé de falta de fase também possuem a função de proteção contra inversão de fases, evitando que motores girem em sentido contrário ao desejado. Encontramos nos dois quadros a seguir algumas falhas que podem ocorrer e os procedimentos de testes para identificação dessas falhas em circuitos com motor Dahlander.

313

314

Comandos elétricos

Quadro 28 - Principais falhas nos dispositivos de comando e potência em circuitos com motor Dahlander Componente

Possível falha

Efeito no circuito

1

Motor

Terminal ou fecha-

Motor gira em velocidade muito baixa, não tem

Dahlander

mento interno inter-

torque e ronca em qualquer velocidade selecionada.

rompido. Bobinas com espiras

Motor liga, mas aquece e há cheiro de queimado.

em curto-circuito. Curto-circuito entre

Ao ligar, os fusíveis se queimam imediatamente.

bobinas. Curto-circuito entre a

Se o motor estiver devidamente aterrado, queimam-

bobina e a carcaça.

se os fusíveis. Se o motor não estiver aterrado, a carcaça do motor fica eletrificada, oferecendo risco de acidentes e choque elétrico.

Bobinas abertas ou

Se for apenas uma bobina que estiver aberta,

interrompidas.

quando o motor é energizado, não desenvolve torque e “ronca” do mesmo modo como quando há falta de fase. Se forem duas ou três bobinas abertas, ao energizar, o motor não funciona e não apresenta sinal algum.

Bobina com falha de

Se o motor (carcaça) estiver devidamente aterrado,

isolação em relação à

irá atuar a proteção.

carcaça.

Caso haja um aterramento deficiente ou inexistente, a carcaça do motor ficará energizada, gerando riscos como o de choque elétrico e faiscamento.

2

Chave

Contato danificado

O motor não gira ou gira em velocidade muito baixa

comuta-

(interrompido).

e “ronca”.

Mau contato por

O motor tem funcionamento ora normal, ora defi-

desgaste do contato

ciente.

dora de velocidade (polos)

interno. Travamento mecânico.

Se a chave estiver travada na posição ligada, o motor não desliga; se estiver travada na posição desligada, não será possível ligar o motor.

12 Sistema de Partida de Motores com Comutação de Velocidades

Componente

Possível falha

Efeito no circuito

3

Chave de

Travamento

Não é possível movimentar a cabeça acionadora ou

fim de

mecânico.

ela fica travada, fazendo com que os contatos fiquem

curso

sempre acionados, ou a cabeça acionadora está travada, impossibilitando acionar os contatos. Contato interrompido.

A saída não é acionada mesmo mudando a posição da chave de fim de curso.

Contato colado.

A saída fica sempre acionada, independentemente da posição da chave de fim de curso.

4

Relé de

Circuito eletrônico de

Ao ser energizado, a proteção, o disjuntor ou o fusível

falta de

controle em curto-

atua, ou seja, desliga o circuito.

fase

circuito. Circuito eletrônico de

Pode ocorrer de o dispositivo não liberar fun-

controle inoperante.

cionamento do comando ou ainda não bloquear o

Contato interrompido.

comando em caso de falta de fase.

Contato colado.

Sempre permite a liberação do comando para funcionamento, mesmo em casos de falta de fase da rede trifásica.

Para identificar as falhas nos circuitos de motor Dahlander, podemos realizar alguns testes, conforme indicados no quadro a seguir.

315

316

Comandos elétricos

Quadro 29 - Procedimentos de teste nos dispositivos de circuitos com motor Dahlander Componente

Possível falha

Procedimento de teste

1

Motor

Terminal ou fe-

Medir resistência dos terminais 1U, 1V, 1W, 2U, 2V e 2W,

Dahlander

chamento interno

das bobinas e, se algum deles não indicar nenhum valor

interrompido.

de resistência em relação aos demais, o terminal em questão está interrompido.

Bobinas com

Comparar valores de resistência entre as bobinas do mo-

espiras em curto-

tor duvidoso com os valores de resistência medidos em

circuito.

um outro motor, quando houver essa possibilidade. Os valores encontrados devem ser parecidos se os motores estiverem em boas condições. Outra forma é ligar o motor sem carga mecânica, ou em vazio, e a medir corrente de cada fase. Se a corrente for maior, igual ou próxima do valor nominal indicado na placa do motor, provavelmente há uma ou mais bobinas com espiras em curto-circuito.

Curto-circuito entre

Selecionar escala de ohm no multímetro e medir

bobinas do motor.

resistência entre bobinas. Se o valor em ohm for 0 (zero) ou bem próximo, é provável que as bobinas tenham sofrido sobreaquecimento, fato que compromete o motor. Outro teste é o de corrente com motor em vazio, ou seja, sem acoplar carga mecânica ao motor. Energizar motor e, com alicate-amperímetro, medir corrente. O valor deve ficar abaixo da corrente nominal do motor. Caso o valor de corrente fique acima do valor nominal, o motor está danificado.

12 Sistema de Partida de Motores com Comutação de Velocidades

Componente

Possível falha

Procedimento de teste

Curto-circuito entre

Desconectar fios de alimentação do motor e, com

bobina e carcaça

multímetro na maior escala, medir resistência (de

do motor.

isolação) entre bobina e carcaça do motor. Se o valor de resistência for muito baixo, da ordem de alguns ohms ou quilo-ohms, o motor pode estar danificado. Se for próximo de 0 (zero) ohm, o motor certamente está danificado. Outro teste para identificar se há curto-circuito é o teste de isolação com o megômetro. Conectar um terminal do aparelho na carcaça do motor e outro em um terminal de bobina e fazer medição. Se a resistência for muito próxima de 0 (zero), o motor pode estar danificado. Após todos esses testes com resultado de resistência muito baixo, fazer outro teste. Desconectar motor de aterramento, energizar motor e medir tensão entre carcaça do motor e terra. Se houver presença de tensão com valor próximo da tensão da rede, o motor está danificado. É preciso muito cuidado ao fazer esse teste, pois a carcaça do motor, se defeituoso, estará energizada. Esses testes são válidos se o motor estiver livre de umidade e impurezas condutivas nas bobinas.

Bobinas abertas ou

Desconectar terminais da rede e desfazer fechamento

interrompidas.

do motor, de modo que fiquem livres todas as pontas. Medir com ohmímetro. Selecionar um terminal e medir em relação aos demais; repetir o mesmo processo com os outros terminais. Se o ohmímetro indicar resistência alta, infinita ou circuito aberto, existe bobina com defeito e o motor está danificado.

Bobina com falha

Desenergizar motor, desconectar condutores dos termi-

de isolação em

nais do motor, conectar megômetro e medir resistência

relação à carcaça.

de isolação de cada bobina. A menor resistência de isolação aceitável na prática para motores de baixa potência e tensão é em torno de 2 megaohms1. Esses testes são válidos se o motor estiver livre de umidade e impurezas condutivas nas bobinas.

(1)

NOTA

O valor de isolação deve levar em conta a tensão de funcionamento e a temperatura ambiente (ta) em graus Celsius (°C), o que você verá com mais detalhes no capítulo sobre diagnósticos de defeitos e falhas em sistemas eletroeletrônicos industriais.

317

318

Comandos elétricos

Componente

Possível falha

Procedimento de teste

2

Chave

Contato danificado

Desconectar chave comutadora dos terminais do motor

comuta-

(interrompido).

e da rede elétrica, selecionar velocidade baixa e medir

dora de

resistência com ohmímetro nos terminais: 1U em relação

velocidade

à fase L1, 1V em relação à fase L2 e 1W em relação à fase

(polos)

L3. Todos esses testes devem indicar resistência praticamente 0 (zero) se os contatos estiverem bons. Mudar chave para posição de velocidade alta e repetir teste de resistência dos terminais 2U, 2V e 2W em relação às respectivas fases. Os valores devem estar próximos de 0 (zero) ohm se estiver funcionando. Testar também terminais 1U, 1V e 1W se estiverem interligados ou “jumpeados” com chave na posição estrela. Mau contato por

Repetir várias vezes os testes para “contato danificado”

desgaste do con-

do item anterior, para certificar-se da presença de

tato interno.

defeito. Se, depois de vários testes, em alguns momentos os valores variarem entre resistências próximas de 0 (zero), diferentes de 0 (zero) ou circuito aberto, o contato está com defeito.

3

Travamento

Testar manualmente movimentando chave para selecio-

mecânico.

nar alguma velocidade.

Chave de

Travamento

Testar manualmente movimentando chave de fim de

fim de

mecânico.

curso.

Contato

Desenergizar circuito, medir com ohmímetro direta-

interrompido.

mente nos terminais da chave de fim de curso e acioná-

curso

la esta manualmente. Se o contato estiver interrompido, em qualquer posição de acionamento o ohmímetro vai indicar circuito aberto. Contato colado.

Desenergizar circuito, medir com ohmímetro diretamente nos terminais da chave de fim de curso e acioná-la esta manualmente. Se o contato estiver colado, independentemente da posição do fim de curso o ohmímetro indicará resistência próxima de 0 (zero).

12 Sistema de Partida de Motores com Comutação de Velocidades

Componente

Possível falha

Procedimento de teste

4

Relé de

Circuito eletrônico

Desconectar relé da rede e fazer medição da resistência

falta de

de controle, “bo-

entre terminais de alimentação (fases). Se algum valor

fase

bina eletrônica”, em

for 0 (zero) ohm ou muito próximo disso, o dispositivo

curto-circuito.

está em curto-circuito.

Circuito eletrônico

Energizar terminais de alimentação (fases), desconectar

de controle,

uma fase qualquer da alimentação e verificar se o relé

“bobina eletrônica”,

movimenta os contatos, desabilitando o comando.

inoperante. Contato interrom-

Energizar fases do dispositivo, desconectar terminais

pido.

do contato de liberação NA e medir com ohmímetro. Se o contato estiver sempre aberto, o dispositivo está danificado.

Contato colado.

Desenergizar dispositivo, desconectar terminais do contato de liberação NA e medir com ohmímetro. Se o contato estiver sempre fechado, o dispositivo está danificado.

FIQUE ALERTA

Quando estiver realizando manutenção em motores, verifique sempre as conexões de aterramento. O aterramento é sua segurança contra choques por contato.

RECAPITULANDO Neste capítulo, aprendemos sobre a formação de polos magnéticos Norte (N) e Sul (S) ativos e consequentes e as ligações internas e externas de um motor Dahlander. Vimos a relação entre o número de polos e a velocidade do eixo do motor, as diferenças das correntes e dos conjugados em função das velocidades baixa ou alta. Aprendemos ainda como funciona um circuito de potência e comando por meio de contatores ou chaves manuais de comutação polar.

319

320

Comandos elétricos

Por fim, conhecemos os principais defeitos nos contatos das chaves de comutação polar, os instrumentos para medição de velocidade e as falhas e os procedimentos de teste mais comuns na manutenção de sistemas elétricos que envolvem o motor Dahlander, muito utilizado em máquinas industriais. Esses conhecimentos são indispensáveis ao profissional que irá realizar serviços de manutenção em máquinas com motores de duas velocidades de funcionamento. Por isso, precisamos dominá-los.

12 Sistema de Partida de Motores com Comutação de Velocidades

Anotações:

321

Sistema de Partida de Motores com Aceleração Rotórica

13 Boa parte das máquinas e dos equipamentos utilizados na produção industrial necessita de várias velocidades de funcionamento. Para muitas dessas máquinas, não basta a disponibilidade de duas ou até várias velocidades fixas. É preciso o controle da velocidade do motor, desde 0 (zero) rpm, com o motor parado, até o máximo de sua velocidade. No passado, o motor com aceleração rotórica era a opção alternativa em tensão alternada para os casos em que se necessitava de variação de velocidade. Atualmente, esses motores ainda são fabricados, porém em uma escala reduzida para algumas aplicações específicas. Muitas máquinas e muitos equipamentos que estão em funcionamento na indústria possuem esse sistema de partida. Daí a importância de conhecermos esse motor e seu sistema de partida, para podermos realizar a manutenção. Assim, ao final deste capítulo vamos aprender: a) a finalidade da partida do motor com aceleração rotórica; b) as características construtivas e elétricas do motor com aceleração rotórica (motor de anéis); c) as formas de se fazer o ajuste da velocidade em sistemas com motor de anéis; d) o funcionamento e a manutenção do sistema de partida com aceleração rotórica.

13.1 Finalidade da partida do motor com aceleração rotórica Esse sistema de partida é utilizado nos casos em que precisamos de várias velocidades ou do controle da velocidade e torque elevado. Isso porque o motor de rotor bobinado é destinado a aplicações que necessitam partir com carga de difícil arraste, mesmo em baixas velocidades de funcionamento e com uma baixa corrente na partida. A corrente de partida do motor com aceleração rotórica, a plena carga, é de até 150% da nominal. Lembre-se de que, nos motores de rotor em curto-circuito (gaiola de esquilo), a corrente pode chegar a 800% da nominal.

324

Comandos elétricos

1 Sinterização Processo que consiste da compactação de um pó dentro de uma forma. No caso das escovas de carvão, temos o grafite em pó, que, quando submetido a aquecimento durante um período de tempo, transforma-se de pó em uma peça sólida.

Encontramos os motores de anéis nos ambientes industriais, em moinhos e, principalmente, em equipamentos de movimentação de carga conhecidos por ponte rolante. Observe na figura a seguir o exemplo de uma ponte rolante.

Figura 216 - Ponte rolante em ambiente industrial Fonte: SENAI-SP (2013)

Os movimentadores de cargas utilizam esses motores para acionamento gradativo de velocidade nos eixos de movimentação transversal e longitudinal. Passemos agora ao estudo das características construtivas e elétricas do motor com aceleração rotórica (motor de anéis).

13.2 Características construtivas internas e princípio de funcionamento do motor de aceleração rotórica O motor de aceleração rotórica, ou motor de anéis, é um motor trifásico assíncrono alimentado por tensão alternada, com o estator igual aos demais motores trifásicos de tensão alternada, com a diferença de possuir o rotor bobinado. O fato de o rotor possuir bobinas é que vai possibilitar a seleção ou controle da velocidade desse motor. Conectadas ao rotor, encontramos escovas deslizantes que transmitem o contato das bobinas do rotor com três terminais para conexão externa ao motor.

13 Sistema de partida de motores com aceleração rotórica

Esse tipo de motor é constituído fisicamente por: a) estator bobinado: é a parte da carcaça fabricada em aço-silício que abriga as bobinas do motor; b) rotor bobinado: é uma peça cilíndrica formada de aço-silício, dotada de bobinas interligadas, que giram dentro do estator; c) coletor ou comutador: é um conjunto metálico instalado no eixo do rotor formado de lâminas de cobre ou latão, isoladas entre si e conectadas às bobinas do rotor; d) escovas deslizantes: são peças fabricadas de materiais condutores sinterizados, tais como grafite ou carvão. Servem para estabelecer contato elétrico entre as bobinas do rotor e as pontas de ligação do motor; e) porta-escovas: é a peça que aloja as escovas e as posiciona em um alinhamento perpendicular ao coletor; f ) caixa de ligações: é uma peça metálica retangular com tampa, instalada na lateral do motor, que dispõe dos terminais para ligação da tensão alternada e terminais para conexão de resistências rotóricas; g) tampas: são peças metálicas circulares semelhantes à tampa de panela de alimentos, que abrigam os rolamentos que suportam o rotor e o eixo do motor. São duas: uma de cada lado do motor. Os três terminais adicionais K, L e M disponíveis na caixa de ligações são provenientes das bobinas do rotor que têm seu fechamento interno em estrela. Os elementos bobinas do rotor, escovas de carvão, porta-escovas e terminais K, L e M formam o circuito elétrico do rotor. Os terminais K, L e M servem para conexão de resistores externos fixos para seleção da velocidade ou resistores externos ajustáveis (reostatos) para o controle da velocidade no eixo do motor.

325

326

Comandos elétricos

Vejamos esses detalhes construtivos e seus elementos na figura a seguir.

Figura 217 - Motor de rotor bobinado Fonte: SENAI-SP (2013)

Você sabe como o motor de anéis funciona? Para aprendermos como ele trabalha, vamos retomar o funcionamento de um motor trifásico assíncrono comum. Em um motor trifásico com rotor do tipo gaiola de esquilo ou rotor em curto-circuito, as correntes induzidas no rotor são de polaridade oposta à da bobina indutora e, portanto, os campos eletromagnéticos formados no rotor também são de polaridade oposta à do campo indutor. O campo girante do estator é o responsável por provocar essas polaridades contrárias no rotor, efeito que faz com que este se movimente continuamente, perseguindo o campo girante. Vejamos, na figura a seguir, uma ilustração de como ocorre a formação dessas polaridades no interior de um rotor do tipo gaiola de esquilo.

13 Sistema de partida de motores com aceleração rotórica

Figura 218 - Campos eletromagnéticos formados no interior do rotor em curto-circuito de um motor trifásico comum Fonte: SENAI-SP (2013)

No rotor do tipo gaiola de esquilo, as barras de alumínio interligadas fecham o circuito para as correntes induzidas, permitindo o fluxo magnético. No rotor de anéis, os campos eletromagnéticos só surgem se houver um circuito fechado por onde passem as correntes induzidas no rotor. Os resistores fixos ou ajustáveis que são conectados aos terminais K, L e M fecham o caminho para a circulação das correntes oriundas do rotor. Os resistores ou reostatos limitam ou controlam as correntes induzidas no rotor e, consequentemente, controlam a intensidade do campo eletromagnético formado no interior do rotor. Com isso, controlamos a velocidade do motor de anéis. Observe na figura a seguir o símbolo de um motor de rotor bobinado e a ligação com reostato manual.

327

328

Comandos elétricos

220 V

220 V

L1 L2 L3

L1

L2

L3

Estator M 3~

Rotor K

K

L

L

M

M

Conjunto de resistências do reostato

Figura 219 - Motor de rotor bobinado ligado a reostato Fonte: SENAI-SP (2013)

Veja que os valores de resistências determinam a corrente rotórica e, por consequência, a velocidade do motor. Se a resistência for baixa, a corrente e o campo magnético serão altos e temos maior velocidade no motor. Já se a resistência for alta, as correntes, o campo magnético e a velocidade serão baixos. Se conectarmos uma ligação direta, curto-circuitando os terminais K, L e M, o motor vai girar na rotação nominal, ou seja, vai se comportar como um motor de rotor do tipo gaiola de esquilo comum. Se nenhuma resistência ou ligação for conectada às saídas K, L e M, o motor, mesmo estando energizado pelas três fases, não vai girar e vai se comportar como se não estivesse energizado.

SAIBA MAIS

Para saber mais sobre os motores de aceleração rotórica, digite nos sites de busca a expressão “motor de anéis” ou procure catálogos de fabricantes desse tipo de motor, como ABB, GE Industrial, Siemens, Voges e WEG.

No item a seguir, aprenderemos como funciona o sistema de partida com aceleração rotórica.

13 Sistema de partida de motores com aceleração rotórica

13.3 Funcionamento da partida com o motor de aceleração rotórica O funcionamento desse sistema de partida, principalmente do circuito da potência, é simples. Vamos conhecer o circuito principal e entender seu funcionamento para depois compreendermos o circuito auxiliar. Na figura a seguir, observe o diagrama principal de acionamento do motor da ponte rolante, apresentada no início deste capítulo. L1 L2 L3

3 ~ 60 Hz 220 V

F1, 2, 3 1 3 5 Q1 2 4 6

F7

M 3~

R1 R2 R3

1

3 5

2

4 6

Q11

1

3 5

2

4 6

1

3 5

2

4 6

Q13

Q12

Figura 220 - Diagrama de potência do sistema de partida com aceleração rotórica automática Fonte: SENAI-SP (2013)

Para entender o funcionamento da potência nesse diagrama, acompanhe esta explicação sobre a sequência de acionamento.

329

330

Comandos elétricos

Q1 - Quando é acionado, fecha os contatos e energiza o motor, que inicia sua marcha em uma velocidade baixa em razão de ter três grandes conjuntos de resistências conectadas aos terminais K, L e M do rotor. As resistências limitam a corrente rotórica, permitindo um campo de intensidade reduzida no rotor, o que resulta em baixa rotação. Q11 - Após um tempo em baixa velocidade, o contator Q11 fecha seus contatos, curto-circuitando parcialmente os conjuntos de resistências. Nesse momento, como as resistências foram reduzidas, a corrente rotórica aumenta, aumentando também a interação dos campos magnéticos no interior do rotor. Como consequência, nesse segundo estágio a velocidade do motor aumenta. Q12 - Depois de mais algum tempo, Q12 é acionado, fazendo curto-circuitar o conjunto de resistências em outro ponto de menor resistência e levando o motor a girar em uma velocidade ainda maior. Q13 - Após um tempo, e por último, Q13 curto-circuita todas as resistências do rotor. Nesse estágio, não tem mais resistência para limitar a corrente do rotor. Por isso, as correntes rotóricas e a velocidade do motor são nominais. Nessa fase, o motor se comporta como um motor rotor do tipo gaiola de esquilo (rotor em curto-circuito) comum. Após entendermos o funcionamento passo a passo do circuito principal, fica mais fácil acompanharmos a sequência de funcionamento do circuito de comando a seguir. Verifique.

A2

K22 A2

A1 A1

Q13

A2

14

K10

13

Q11

Q12

42

41

18 14

Q13

14

A2

K21 A1

Q12

16

K11

18 14

13

Q11 15

K21

42 41 13

Q13

A2

A1

F22

Q13

32

31

32

31

Q12

Q11

32

31

4

2

1

3

S1

Q1 L2

L1

F21 F7

S0

96

2 ~ 60 Hz 220 V

95

Q1

13

A2

A1

24 24

Q12

13

K10

23

Q11

42

41

A2

A1 32

31

K10

A1

24 24

Q11

23

Q12

23

K10

13 Sistema de partida de motores com aceleração rotórica

Figura 221 - Diagrama auxiliar para comando do sistema de partida de aceleração rotórica automática Fonte: SENAI-SP (2013)

Nessa montagem, a mudança de estágio é feita automaticamente devido aos temporizadores K21 e K22. Acompanhemos o funcionamento desse circuito pelas figuras a seguir.

331

332

Comandos elétricos

L1 L2 L3

3 ~ 60 Hz 220 V

F1, 2, 3 1 3 5 Q1 2 4 6

F7

M 3~

R1 R2 R3

1

3 5

Q11

1

3 5

4 6

3 5

2

4 6

Q13

Q12 2

1

2

4 6

Figura 222 - Estágio 1: velocidade muito baixa Fonte: SENAI-SP (2013)

No estágio 1, somente o contator Q1 fica acionado no circuito principal, enquanto o temporizador K21 fica contando tempo.

13 Sistema de partida de motores com aceleração rotórica

L1 L2 L3

3 ~ 60 Hz 220 V

F1, 2, 3 1 3 5 Q1 2 4 6

F7

M 3~

R1 R2 R3

1

3 5

Q11

1

3 5

4 6

3 5

2

4 6

Q13

Q12 2

1

2

4 6

Figura 223 - Estágio 2: velocidade baixa Fonte: SENAI-SP (2013)

No estágio 2, o contator Q1 e o contator Q11 ficam acionados, enquanto o temporizador K22 fica contando tempo para o próximo estágio.

333

334

Comandos elétricos

L1 L2 L3

3 ~ 60 Hz 220 V

F1, 2, 3 1 3 5 Q1 2 4 6

F7

M 3~

R1 R2 R3

1

3 5

Q11

1

3 5

4 6

3 5

2

4 6

Q13

Q12 2

1

2

4 6

Figura 224 - Estágio 3: velocidade média Fonte: SENAI-SP (2013)

No estágio 3, os contatores Q1, Q11 e Q12 permanecem acionados, enquanto K21 conta tempo para o próximo estágio.

13 Sistema de partida de motores com aceleração rotórica

L1 L2 L3

3 ~ 60 Hz 220 V

F1, 2, 3 1 3 5 Q1 2 4 6

F7

M 3~

R1 R2 R3

1

3 5

Q11

1

3 5

4 6

3 5

2

4 6

Q13

Q12 2

1

2

4 6

Figura 225 - Estágio 4, final: velocidade nominal Fonte: SENAI-SP (2013)

Nesse último estágio, Q13 é acionado e se sela, desligando os demais contatores e temporizadores, permanecendo ligados apenas Q1 e Q13. Note que o contator K10 foi usado para fazer a lógica de comando entre os temporizadores K21 e K22, evitando o uso de mais um temporizador. Para desligar o motor, é só pressionar o botão S0 e o circuito volta à condição inicial, tudo desligado.

VOCÊ SABIA?

Existem motores de anéis equipados com um mecanismo atuador eletromecânico que, após a partida, curto-circuita os anéis do rotor e levanta as escovas, evitando desgaste desses componentes, reduzindo as paradas para manutenção e aumentando a vida útil dos componentes e do motor.

335

336

Comandos elétricos

CASOS E RELATOS Este relato aborda um caso de manutenção em uma ponte rolante da linha de produção de uma grande empresa de papel na região metropolitana de São Paulo. Certa vez, na troca de turno, a ponte rolante apresentou um defeito. Alexandre Prates, o mantenedor de plantão, foi solicitado para resolver o problema. Ao chegar lá, o operador da ponte falou que ela não desenvolvia velocidade de deslocamento, movimentando-se lentamente quando o botão era pressionado. Prates subiu no equipamento usando uma daquelas escadas fixas feitas de tubos metálicos e pediu para o operador movimentar a ponte rolante. O ruído do motor estava normal, não havia aparentemente falta de fase. Fazendo medições, confirmou a hipótese de que não era problema de alimentação. Ao verificar os contatores, percebeu que a sequência de energização estava correta. Prates desligou a alimentação geral, analisou o circuito do rotor e mediu as resistências nos terminais do motor que iam para o banco de resistores. Do terminal L em relação ao M, identificou uma resistência com valor mais alto. Desconectou os terminais K, L e M do rotor e mediu novamente a resistência dos resistores individualmente. Encontrou o circuito aberto entre L e M. O profissional foi até o banco de resistores e testou cada trecho de resistência. Assim, descobriu que o resistor do grupo M estava interrompido. A solução foi simples: substituir o componente. O difícil foi subir e descer da ponte rolante com todas as ferramentas, instrumentos e materiais utilizados no serviço.

FIQUE ALERTA

Ao realizar manutenção em pontes rolantes, antes de subir no equipamento, desligue a chave geral, trave-a com cadeado de segurança e sinalize: “Em manutenção”. Quando forem necessários testes de movimentação, utilize rádio comunicador para solicitar a outro profissional, em solo, retirar o cadeado e ligar a chave geral.

No item a seguir, aprenderemos como fazer a manutenção do sistema de partida com aceleração rotórica.

13 Sistema de partida de motores com aceleração rotórica

13.4 Manutenção do sistema de partida de motores com aceleração rotórica No quadro a seguir, apresentaremos algumas possíveis falhas que podem ocorrer em sistemas de partida de motores de aceleração rotórica e os principais procedimentos para realizar um diagnóstico. Veja. Quadro 30 - Principais falhas nos dispositivos de comando e potência em circuitos de motor de aceleração rotórica Componente

Possível falha

Efeito no circuito

1

Curto-circuito entre bobinas do motor.

Ao ligar, os fusíveis se queimam imediatamente.

Curto-circuito entre bobinas e carcaça do

Se o motor estiver devidamente aterrado, queimamse os fusíveis. Se o motor não estiver aterrado, a carcaça do motor ficará eletrificada, oferecendo risco de acidentes e choque elétrico.

Estator do motor (M1)

motor.

Rotor do motor (M1)

Conjunto de portaescovas

Bobinas abertas ou interrompidas.

O motor, ao ser energizado, não desenvolve torque e “ronca” do mesmo modo quando há falta de fase, isso se uma única bobina estiver aberta. Se forem duas ou três bobinas abertas, ao energizar, o motor não funcionará e não apresentará sinal algum.

Bobina com falha de isolação em relação à carcaça.

Irá atuar a proteção, desde que o motor (carcaça) esteja devidamente aterrado. Caso haja aterramento deficiente ou inexistente, a carcaça do motor ficará energizada, gerando riscos, como o de choque elétrico e faiscamento.

Curto-circuito entre bobinas do rotor.

O motor não vai variar a velocidade de acordo com os estágios e só vai atingir velocidades mais altas.

Curto-circuito entre bobina e carcaça do rotor.

O motor não vai variar a velocidade de acordo com os estágios, pois o enrolamento do rotor está curto-circuitado. O motor vai se comportar como um motor trifásico com rotor comum.

Bobinas interrompidas.

Com uma única bobina interrompida, o motor vai girar somente em velocidades baixas. Com duas ou três bobinas interrompidas, o motor não vai girar.

Desgaste nos anéis.

Pode oscilar a velocidade ou até ficar só em velocidades baixas devido à falta de contato elétrico.

Porta-escovas em curto-circuito.

O motor só gira em velocidades altas.

Escovas gastas.

O motor pode só girar em velocidades baixas ou até nem girar.

337

338

Comandos elétricos

Componente

Possível falha

Efeito no circuito

2

Resistência interrompida.

Com uma única resistência ou um conjunto de resistências interrompido, o motor vai girar somente em velocidades baixas. Com duas ou três resistências ou conjuntos de resistências interrompidos, o motor não vai girar.

Ligação estrela (Y) interrompida entre as resistências.

Com uma ligação interrompida, o motor funciona em velocidades baixas. Com mais ligações interrompidas, o motor não vai girar.

Q11 não fecha.

Primeiro estágio, velocidade baixa, não funciona.

Q12 não fecha.

Segundo estágio, velocidade média, não funciona.

Q13 não fecha.

Terceiro estágio, velocidade alta, não funciona.

3

Banco de resistores

Contatores (Q11, Q12 e Q13)

FIQUE ALERTA

Tenha cuidado quando estiver realizando manutenção em sistemas de partida com aceleração rotórica: se o motor estiver parado, não significa necessariamente que está desenergizado. Os terminais K, L e M podem estar abertos em algum ponto.

Para identificar as falhas nos circuitos de motor de anéis, devemos realizar alguns testes, conforme indicados no quadro a seguir.

13 Sistema de partida de motores com aceleração rotórica

Quadro 31 - Procedimentos de teste nos dispositivos de circuitos de motor de aceleração rotórica Componente

Possível falha

Procedimento de teste

1

Curto-circuito entre bobinas do motor.

Desligar chave geral, confirmar que não há tensão, selecionar escala de ohm e medir resistência entre bobinas. Se o valor em ohm for 0 (zero) ou bem próximo disso, é provável que as bobinas tenham sofrido sobreaquecimento, fato que compromete o motor. Outro teste é o de corrente com motor em vazio, ou seja, sem acoplar carga mecânica. Energizar motor e, com alicate-amperímetro, medir corrente. O valor deve ficar abaixo da corrente nominal do motor. Caso a corrente fique acima do valor nominal, o motor está danificado.

Curto-circuito entre bobinas e carcaça do motor.

Desligar alimentação geral, desconectar fios de alimentação do motor e, com o multímetro na maior escala, medir resistência de isolação entre bobina e carcaça do motor. Se o resultado for um baixo valor de resistência, da ordem de alguns quilo-ohms, o motor poderá estar danificado. Se for próximo de 0 (zero) ohm, o motor certamente estará danificado. Outro teste fundamental para identificar se há curtocircuito, após teste com ohmímetro, é o teste de isolação com megômetro. Conectar um terminal do megômetro à carcaça do motor e outro no terminal de uma bobina qualquer e realizar medição. A menor resistência de isolação, aceitável na prática, para motores de baixa potência e tensão é em 1torno de 1 MΩ. Esses testes são válidos se as bobinas do motor estiverem livres de umidade e impurezas condutivas.

Bobinas abertas ou interrompidas.

Desconectar terminais da rede e desfazer fechamento do motor, de modo que fiquem livres todas as pontas. Medir com ohmímetro os inícios e finais de cada grupo de bobina, por exemplo, I1 e F4, I2 e F5, I3 e F6. Se o ohmímetro indicar resistência alta, infinita ou circuito aberto, a bobina está com defeito, ou seja, o motor está danificado.

Bobina com falha de isolação em relação à carcaça.

Desenergizar motor, desconectar condutores dos terminais do motor, conectar o megômetro e medir resistência de isolação de cada bobina. Se o 2valor for menor que 1 MΩ, a isolação pode estar comprometida.

Estator do motor (M1)

339

340

Comandos elétricos

Componente

Possível falha

Procedimento de teste

Rotor do motor (M1)

Curto-circuito entre bobinas do rotor.

Desconectar dos terminais K, L e M os fios que vão para os resistores, verificar se as escovas estão com boa pressão e reapertar os terminais K, L e M do motor. Usar um miliohmímetro para medir os terminais K, L e M e verificar valor de resistência. O valor é muito relativo e depende da potência do motor e de suas características construtivas. No entanto, de modo geral, as resistências indicam no máximo 2 Ω. O ideal é fazer a medição e comparar com outro motor igual que esteja em bom estado de funcionamento.

Rotor do motor (M1)

Curto-circuito entre bobina e carcaça do rotor.

Desconectar dos terminais K, L e M os fios que vão para os resistores. Conectar megômetro e medir resistência de isolação de cada bobina em relação à carcaça. Se o 3valor for menor que 1 MΩ, a isolação pode estar comprometida.

Bobinas abertas ou interrompidas.

Desconectar dos terminais K, L e M os fios que vão para os resistores, medir resistência entre os terminais K, L e M com ohmímetro ou miliohmímetro. Como esses terminais são curto-circuitados, fazendo uma ligação estrela, se algum terminal não apresentar resistência em relação a outro, a bobina está aberta.

Conjunto de portaescovas

2

Banco de resistores

Desgaste nos anéis.

Fazer inspeção visual e verificar se há rebaixamento da pista deslizante (anel) de latão.

Porta-escovas em curto-circuito.

Retirar escovas, medir com ohmímetro e verificar o valor da resistência entre os terminais K, L e M. Se o valor for muito baixo, o suporte está em curto-circuito.

Escovas gastas.

Retirar escova e verificar sua medida. Se a mola estiver com pouca pressão por conta da medida curta da escova, consequentemente a escova está desgastada. Em caso de dúvida, compare a escova usada com uma nova.

Resistência interrompida.

Desconectar banco de resistências dos terminais K, L e M do motor. Medir com multímetro cada trecho e identificar ponto aberto. Normalmente, o defeito pode ser detectado por inspeção visual.

Ligação estrela (Y) interrompida entre as resistências. 3

Contatores (Q11, Q12 e Q13) de fechamento de estágios de velocidade

Q11 não fecha.

Q12 não fecha.

Q13 não fecha.

Desenergizar circuito, inserir ohmímetro nos terminais do contator, pressionar “botão” na face frontal do contator e verificar se ocorre interligação (jumper) nos terminais que vão para as resistências.

13 Sistema de partida de motores com aceleração rotórica

RECAPITULANDO Neste capítulo, aprendemos sobre o motor de aceleração rotórica e suas vantagens e aplicações. Vimos também que ele é composto de estator, igual aos demais motores trifásicos assíncronos, e que, além dos anéis e das escovas deslizantes, possui um rotor bobinado. Essa característica permite a criação de estágios de velocidades no caso de instalação dos bancos de resistências ou velocidades ajustáveis – caso seja instalado um reostato trifásico. Por último, vimos os defeitos e procedimentos de testes dos motores de anéis e os conhecimentos importantes para o profissional que faz manutenção em equipamentos de movimentação de cargas, como as pontes rolantes e equipamentos semelhantes.

341

Diagnóstico de Falhas e Defeitos em Sistemas Elétricos Industriais

14 Até o momento, estudamos vários equipamentos que compõem um sistema industrial, vimos as possíveis falhas e verificamos alguns procedimentos de testes para a solução. Agora, chegou o momento de aprofundarmos nosso estudo sobre a manutenção de alguns desses equipamentos. Sabemos que a competitividade das empresas está cada vez maior e que, para alcançar um preço menor no produto, as organizações tentam reduzir os custos em diversas fases da produção. Acontece que muitas vezes elas aperfeiçoam todo o processo operacional e esquecem que falhas de equipamentos e, consequentemente, as paradas para manutenção acarretam em um aumento no custo final do produto. Mas isso vem mudando ao longo dos anos, pois as empresas também perceberam que para aproveitar ao máximo o rendimento dos equipamentos é necessário que eles não quebrem. Mas, se quebrarem, que sejam consertados o mais rápido possível e com qualidade. É nesse contexto que entra a manutenção corretiva, que tem como objetivo diagnosticar e reparar a falha ou o defeito em um determinado equipamento assim que ele ocorre – assunto de que trataremos aqui. Assim, ao final deste capítulo aprenderemos a: a) coletar dados antes de iniciar uma manutenção corretiva; b) analisar dados coletados e levantar hipóteses sobre falhas e defeitos; c) comprovar hipóteses levantadas por meio de inspeções visuais, software, testes de continuidade e resistência de isolação; d) fazer validação da manutenção por meio de testes e registros de informações; e) encerrar Ordem de Serviço (OS); f ) executar manutenção respeitando os aspectos relacionados ao meio ambiente, à saúde e à segurança.

344

Comandos elétricos

1 Acoplamento mecânico Elemento de conexão ou interação entre dois sistemas, por exemplo, entre o motor e a mesa de rolos, cuja função é transferir energia de movimento de um sistema para outro.

14.1 Manutenção corretiva em sistemas elétricos industriais Quando fazemos uma intervenção em um equipamento que apresenta uma falha, defeito ou rendimento abaixo do esperado, podemos dizer que estamos fazendo manutenção corretiva. Para entendermos melhor como é feito esse tipo de manutenção, vamos nos basear em uma aplicação industrial. Ela será contextualizada em um ambiente siderúrgico, mais especificamente no sistema de descarga de placas. Imagine que você é o mantenedor desse setor siderúrgico e que, durante o seu turno de trabalho, recebe uma Ordem de Serviço (OS) solicitando a manutenção de um motor, pois ele parou de funcionar. Sabendo que o valor da hora do equipamento parado custa muito caro para a empresa, qual procedimento usaria para a manutenção corretiva dessa falha? É a partir desse contexto que daqui em diante vamos acompanhar quais seriam os meios para o diagnóstico e a correção dessa falha, começando pela coleta de dados. Vamos nessa?

Coleta de dados Quando a falha ainda não tem um diagnóstico definido, precisamos obter alguns dados prévios. Exemplo: se você tem um carro com uma falha e não sabe exatamente qual a causa dela, tentará solucionar o problema levando o carro até uma oficina mecânica. Mas para que o mecânico faça uma boa manutenção no seu carro, ele deverá conhecer alguns itens, como o funcionamento do modelo do seu carro e a documentação técnica dele. Além disso, o mecânico fará vários questionamentos sobre o problema que está ocorrendo. Isso é preciso porque quanto mais dados ele tiver, mais preciso e mais rápido será o diagnóstico para a posterior manutenção do seu carro. Voltando para a situação em análise, temos um contexto industrial no qual ocorre uma falha em um motor e, assim como o mecânico, antes de iniciarmos a manutenção precisamos de alguns dados, como: a) conhecer o funcionamento do sistema de descarga de placas; b) conhecer a documentação técnica do equipamento; c) entrevistar o operador. No item a seguir, vamos entender um pouco mais sobre esses dados e sua coleta para o nosso diagnóstico.

14 Diagnóstico de Falhas e Defeitos em Sistemas Elétricos Industriais

Análise do funcionamento do sistema Será que você teria condições de fazer a manutenção em um equipamento sem saber como ele funciona? Fica difícil, não é? Para fazermos um rápido e preciso diagnóstico da falha no motor que estamos analisando, precisamos conhecê-lo e também conhecer o sistema em que está instalado. Na próxima figura, veremos um resumo do funcionamento do sistema de descarga de placas em que está localizado esse motor. Esse sistema tem como objetivo movimentar placas de aço de um setor para outro. O funcionamento ocorre de forma automática e um operador apenas faz a supervisão. As placas chegam à mesa de rolos 1 provenientes de outra parte do processo, param em frente ao sensor S1 e aguardam o posicionamento correto da mesa giratória. Em seguida, a placa é depositada na mesa, que gira e a envia para a mesa de rolos 2. A partir daí, a placa é retirada por meio de uma ponte rolante, que a transporta para outro setor. Observe.

Processo anterior Mesa de rolos 1

M1 Motor M1 (não funciona ocorrência da falha)

S1 M4

M2

S3

Mesa de rolos 2

M3 S2 Mesa giratória Figura 226 - Layout do setor de descarga de placas Fonte: SENAI-SP (2013)

Agora que conhecemos o funcionamento do sistema de descarga, vamos ver o que é a documentação técnica.

345

346

Comandos elétricos

Documentação técnica do sistema A documentação técnica é um item muito importante no auxílio de diagnóstico de falhas e defeitos, pois com ela podemos ter referências sobre o equipamento em que estamos fazendo manutenção, e não apenas gerar possíveis suposições. Os fabricantes disponibilizam vários tipos de documentação, assim como o mantenedor pode também criar as suas. Vejamos alguns exemplos. a) Manual de funcionamento ou descritivo operacional. b) Manual de manutenção e calibração. c) Características nominais do equipamento. d) Diagrama elétrico. e) Ficha de acompanhamento de manutenção. Continuando a nossa coleta de dados para o diagnóstico da falha do motor M1, o próximo passo é entrevistar o operador, que nada mais é do que ter uma conversa com ele. Vamos acompanhar essa conversa no item a seguir.

Entrevista com o operador do sistema A entrevista com o operador é uma ferramenta simples que serve para direcionar o mantenedor no diagnóstico de uma falha. A descrição de manutenção no motor da mesa de rolos 1 é uma informação bastante superficial. Por isso, precisamos coletar mais dados para chegar a um diagnóstico. O que poderíamos questionar ao operador para obter mais informações relevantes sobre a falha? É isso que vamos ver a seguir em uma simulação de conversa entre um mantenedor e um operador. Mantenedor:  De todo o sistema, quais as mesas de rolos não funcionam? Operador:  A mesa de rolos 1. As outras estão funcionando normalmente. Mantenedor:  No modo manual é possível acionar o motor da mesa 1? Operador:  Essa mesa não está funcionando nem no modo automático, nem no manual. Mantenedor:  Você percebeu algo de anormal na operação momentos antes da falha, por exemplo, um barulho diferente? Operador:  Houve um barulho um pouco estranho, porém acho que era algo do processo.

14 Diagnóstico de Falhas e Defeitos em Sistemas Elétricos Industriais

Mantenedor:  Houve algum alarme visual ou sonoro? Operador:  Não. Mantenedor:  Nos últimos dias aconteceu algum problema com o sistema de descarga de placas? Operador:  Aconteceu um problema operacional ontem. Quando eu estava efetuando o comando para o movimento da mesa 1, ela ficava parada. Após alguns minutos, ela voltou a funcionar. Com base nas informações dadas pelo operador, podemos fazer um levantamento de hipóteses sobre a falha. Vamos ver isso no próximo item.

14.2 Levantamento de hipóteses sobre a falha Após a coleta de dados, podemos fazer o levantamento de algumas hipóteses, que pode indicar possibilidades ou caminhos para investigarmos a causa da falha. As hipóteses para a causa da falha no motor M1 são diversas. No entanto, vejamos um resumo no quadro a seguir. Quadro 32 - Levantamento de hipóteses sobre a falha no motor M1 Hipótese

Descrição

Dispositivo de proteção

Como o motor não está funcionando e houve um barulho estranho,

atuado

pode ter atuado alguma proteção do motor, como desarme do disjuntor ou falha no inversor de frequência.

Motor travado

No dia anterior, houve um travamento da mesa, ou seja, pode ter ocorrido novamente.

Motor desacoplado

Pode ter acontecido a quebra do acoplamento mecânico entre o motor e a mesa de rolos, fazendo o motor girar livremente.

Cabo que alimenta o mo-

Pode ter ocorrido o rompimento do cabo entre o inversor de frequên-

tor rompido

cia e o motor, logo este não funcionará.

Motor “queimado”

Conforme o relato do operador, é possível que o motor tenha sofrido um esforço excessivo no dia anterior, causando dano à isolação elétrica.

Depois de levantar as hipóteses sobre a falha, precisamos comprová-las. É o que vamos ver no próximo item.

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348

Comandos elétricos

Comprovação das hipóteses sobre a falha Já levantamos as hipóteses das causas de parada do motor. Agora vamos verificar qual delas será confirmada. Acompanhe. Quadro 33 - Verificação para comprovação das hipóteses Hipótese

Forma para comprovação da hipótese

Dispositivo de proteção atuado

Inspeção visual.

Motor travado mecanicamente Motor desacoplado Cabo que alimenta o motor rompido

Teste de continuidade.

Motor “queimado”

Teste de isolação.

A seguir, veremos uma simulação das formas para comprovação de cada hipótese levantada, a fim de diagnosticar a falha no motor da mesa de rolos 1.

Inspeção visual Muitas vezes, quando um equipamento para e a manutenção é solicitada, é comum imaginarmos que algo complexo aconteceu e a primeira coisa que o mantenedor faz é correr atrás do diagrama elétrico para diagnosticar a causa da falha. Isso não está errado. Porém, em grande parte dos casos não é necessário, pois a falha pode ter ocorrido por problemas de fácil identificação, como sujeira, cabo solto ou quebra de algum mecanismo, ou seja, a falha poderia ter sido diagnosticada por uma simples inspeção visual, sem a necessidade de consulta ao diagrama elétrico.

14 Diagnóstico de Falhas e Defeitos em Sistemas Elétricos Industriais

Figura 227 - Inspeção visual do sistema em manutenção Fonte: SENAI-SP (2013)

Continuando o nosso levantamento de hipóteses para a falha do motor M1, recomendamos que, antes de checar o diagrama elétrico, seja feita uma inspeção visual em busca de alguma anormalidade aparente, como as já citadas: motor travado, motor desacoplado ou se houve atuação de alguma proteção, por exemplo, o desarme do disjuntor ou do inversor de frequência. Vejamos a simulação do resultado da inspeção visual. Quadro 34 - Comprovação de hipóteses pela inspeção visual Hipótese

Resultado da inspeção

Proteção atuada (disjuntor)

Disjuntor normal.

Proteção atuada (inversor de frequência)

Falha de sobrecarga.

Motor travado mecanicamente

Não foi encontrada nenhuma anormalidade.

Motor desacoplado

Note que, após a inspeção, encontramos o inversor com falha de sobrecarga. Isso indica que houve um aumento de corrente acima da nominal do motor, o que poderia ter simplesmente como causa o motor travado. Porém, nesse caso não foi encontrado anormalidade. Nessa situação, é possível fazer o rearme do inversor e solicitar o acionamento do motor, pois pode ter ocorrido apenas um problema operacional momentâneo que causou essa sobrecarga.

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350

Comandos elétricos

Considerando que foi feito esse rearme do inversor e, ao enviar um comando para acionamento do motor, ocorreu novamente a falha, precisamos continuar com a investigação. Assim, o próximo passo, sabendo que o motor não está travado nem desacoplado, ou seja, não há falha mecânica, é seguir para os testes no motor e nos seus cabos. Vamos lá!

Teste de continuidade Fizemos o teste de continuidade em alguns dos capítulos anteriores. Em eletricidade industrial, ele tem por objetivos: detectar o rompimento de um cabo, comparar um circuito montado com o seu diagrama elétrico e possibilitar o encontro das extremidades de um trecho de cabo que possa estar “perdido” entre outros cabos. Saiba que a medição de continuidade funciona apenas em baixíssima resistência. Por isso, dependendo do comprimento do cabo, em vez de utilizar a escala de continuidade do multímetro, é necessário utilizar uma escala de resistência com valor baixo. No teste em questão, vamos verificar a hipótese de haver o rompimento nos cabos que alimentam o motor M1, o que poderia gerar falta de fase e, consequentemente, indicar uma falha de sobrecarga no inversor. É recomendado que tenhamos em mãos o diagrama elétrico, pois ele nos dará referência do ponto a ser medido. Vamos ao teste!

14 Diagnóstico de Falhas e Defeitos em Sistemas Elétricos Industriais

Quadro 35 - Teste de continuidade Diagrama elétrico de potência do motor M1

Sequência de teste 1- Solicitar o desligamento do disjuntor geral

L1

e fazer o bloqueio físico (esse procedimento

L2

será detalhado no item 14.6).

L3

2- Confirmar se não há presença de tensão

PE

nos terminais do motor. -Q01

3- Selecionar no multímetro a função de continuidade ou resistência.

Q1

4- Testar o multímetro encostando uma ponta de prova na outra.

X1

5- Desconectar cabos provenientes do inversor conectados à régua de bornes X2.

1

3

5

I> 2

I> 4

I> 6

1

3

5

2

4

6

1

2

3

U1

~

Desconectar também cabos que chegam à régua X3 e interligá-los. 6 – Inserir pontas de prova entre os bornes a seguir e anotar os valores medidos. Pontos dos bornes

Valor medido

medidos

(ohm)

X2.1 E X2.2

 2,1

X2.1 E X2.3

 2,1

X2.2 E X2.3

 2,1

=

U2

Trecho a ser medido

X2

X3

V1

W1

~

V2

W2

1

2

3

1

2

3

U1

V1

W1

M 3 ~

PE

Perceba que o valor foi medido com a escala de resistência do multímetro, pois se trata de um cabo com comprimento relativamente longo. Se por acaso fosse encontrado um valor muito alto ou infinito, caracterizaria um rompimento do cabo. Portanto, de acordo com os valores encontrados, podemos verificar que a falha não está no rompimento dos cabos que alimentam o motor M1. Logo, precisamos continuar nossa investigação.

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Comandos elétricos

FIQUE ALERTA

Os testes devem ser realizados com o circuito desenergizado para não oferecer risco ao mantenedor e atender aos requisitos de segurança da Norma Regulamentadora 10 (NR 10).

O próximo passo é medir a resistência de isolação do motor. Acompanhe.

Teste de isolação Também chamado de teste de isolamento, tem por objetivo detectar se a corrente elétrica está percorrendo caminhos indesejáveis em um equipamento ou uma instalação. Assim, uma isolação perfeita é aquela que, submetida a uma tensão, não deixaria que uma mínima corrente circulasse por qualquer parte indevida do equipamento, ou seja, teria resistência infinita. Porém, uma isolação real tem uma resistência finita e, quando submetida a uma tensão elétrica, pode ser percorrida por uma corrente. Isso acontece porque, durante a vida útil a isolação é submetida a diversos danos, como os causados por impacto, vibração, poeira, óleo, umidade e aquecimento, que geram uma redução da resistência de isolação, o que é prejudicial ao equipamento. A resistência de isolação é medida por meio de um instrumento chamado megômetro. Vejamos um exemplo dele no quadro a seguir. Quadro 36 - Instrumento megômetro para teste de resistência de isolação Terminais do megômetro Terminal de linha, normalmente com potencial positivo, deve ser conectado ao terminal que está em teste. Terminal de terra, normalmente com potencial negativo, deve ser conectado ao potencial de terra ou a um terminal de referência de teste.

Terminais do megômetro

14 Diagnóstico de Falhas e Defeitos em Sistemas Elétricos Industriais

VOCÊ SABIA?

Há megômetros que possuem um Terminal Guard que é utilizado quando se deseja eliminar o efeito de resistências parasitas e das correntes superficiais que interferem nas medições de isolações.

Existem vários fatores que interferem nessa medição, como temperatura ambiente e da máquina, tipo de construção, potência e tensão do sistema e umidade do ar. Em razão desses fatores, fica complicado determinar padrões para o valor da resistência de isolação de cada equipamento. Por isso, é necessário muitas vezes levar em consideração os dados de medições anteriores e até mesmo o bom senso, ou seja, a experiência do mantenedor. Para cada tipo de equipamento ou instalação, existe uma regra de medição recomendada. Para o nosso motor M1, vamos utilizar a regra de máquinas rotativas. Para isso, é necessário que o motor esteja limpo e seco quando for aplicada a tensão de ensaio proveniente do megômetro. Devemos também ter um valor de referência mínimo, calculado com a seguinte fórmula: Rm = kV + 1

Em que:

• Rm: resistência de isolação mínima recomendada em megaohm, com enrolamento a 40 °C;

• kV: tensão nominal do motor em quilovolt; • 1: número constante. Caso a medição seja realizada a uma temperatura diferente de 40 °C, será necessário corrigir o valor e, assim, satisfazer o valor da resistência de isolação mínima (Rm). Para isso, utilizamos a seguinte fórmula:

R40 °C = Rt . Kt40 °C

Em que:

• R40 °C: resistência de isolamento corrigida para 40 ºC, em megaohm; • Rt: resistência de isolamento medida à temperatura t, em megaohm; • Kt40 ºC: fator de correção de resistência de isolamento t para 40 ºC.

353

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Comandos elétricos

2 Sistema supervisório ou sistema SCADA (Supervisory Control and Data Aquisition)

Vejamos o gráfico a seguir. Gráfico da resistência de isolação 100

Software que disponibiliza uma interface ilustrada entre o operador e o processo industrial, permitindo fundamentalmente monitorá-lo e controlá-lo.. Coeficiente de variação da resistência do isolamento kt 40º C

50

10

5

1,0

0,5

0,1

Para converter a resistência do isolamento medida (Rt) para 40º C, multiplicar pelo coeficiente de temperatura kt.

0,05 10

0 10 20 30 40 50 Temperatura do enrolamento ºC R 40º C - Rt x kt 40º C

60

70

80

90

100

Figura 228 - Variação aproximada da resistência de isolamento com a temperatura Fonte: SENAI-SP (2013)

Para sistematizar o que estudamos até aqui, veja o resumo a seguir, sobre a sequência de utilização de um megômetro. a) Solicitar o desligamento do disjuntor geral e fazer o bloqueio físico (esse procedimento será detalhado no decorrer deste capítulo). b) Confirmar se não há presença de tensão nos terminais do motor, em seguida desconectá-los. c) Escolher a tensão a ser aplicada pelo megômetro, a qual deve ser a mais próxima da nominal do equipamento. d) Conectar as pontas de prova nos terminais do instrumento, de acordo com a tensão escolhida. e) Testar o instrumento encostando uma ponta de prova na outra. Inserir tensão por meio do botão de início. O instrumento deve indicar leitura aproximada de 0 (zero) ohm.

14 Diagnóstico de Falhas e Defeitos em Sistemas Elétricos Industriais

f ) Desligar o instrumento e inserir as pontas de prova nos pontos a serem medidos. g) Ligar o instrumento, inserindo novamente tensão por meio do botão de início, mantendo o teste por um minuto. Normalmente, em motores de indução, a resistência de isolação é medida entre enrolamentos e também entre terra e enrolamentos. No próximo quadro, vamos acompanhar essa medição feita no motor M1. Mas, antes, devemos saber o valor de resistência mínima. Veja: como o motor M1 possui tensão nominal (Vn) de 440 V ou 0,440 kV, a tensão aplicada pelo megômetro será de 500 V, que é o valor mais próximo. Assim, o valor de resistência mínima de isolação é:

Rm = kV + 1 Rm = 0,440 + 1 = 1,44 MΩ

No quadro a seguir, foram ilustradas medições com apenas um dos enrolamentos do motor, porém na prática foi medido com os três. Vejamos. Quadro 37 - Medição de resistência de isolação do motor M1 a 40 °C Ponto de medição

Ilustração da medição no motor

Rm

Valor medido

Medição

Enrolamento

entre enrola-

A/terra 5,1 MΩ

mentos e

Enrolamento

terra.

B/terra 5,5 MΩ

Enrolamento C/terra 5,2 MΩ 1,44 MΩ

Enrolamento A/B 0,02 MΩ Enrolamento

Medição entre enrolamentos

B/C 0,02 MΩ Enrolamento A/C 0,03 MΩ

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Comandos elétricos

3 Medição de resistência de enrolamento Teste realizado para detectar se há diferença de resistência entre as espiras do motor. O mais comum é usar o multímetro para realizar essa medição, no entanto ele não tem precisão. Os instrumentos recomendados são micromímetro e ponte de Wheatstone.

Perceba que o valor da resistência de isolação entre os enrolamentos ficou muito abaixo do valor de referência calculado, o que caracteriza um curto-circuito entre os enrolamentos e confirma a queima do motor. Será que agora conseguimos comprovar a hipótese levantada inicialmente de queima do motor? Sim. Porém, essa ainda não é a causa raiz do problema, pois algo de anormal gerou a queima do motor. Poderíamos, nesse instante, levantar outras hipóteses, mas agora é você quem deve refletir e pensar sobre elas. Pensou? Não podemos ficar sem essa resposta. Por isso, para ajudar nesse caso, vamos ver a seguir uma ferramenta muito importante em diagnóstico de falhas, que são os softwares.

14.3 Diagnóstico de falhas por software Com o avanço da tecnologia, é possível aumentar a rapidez quanto ao diagnóstico de falhas utilizando diversos softwares ligados à manutenção ou até mesmo à produção. Tais programas nos dão pistas sobre o que ocorreu ou está ocorrendo com o equipamento. Entre vários softwares, os sistemas supervisórios se destacam, pois, apesar de não serem feitos especificamente para a manutenção, eles estão diretamente instalados nos centros de controle operacionais e, assim, disponibilizam acesso de forma fácil à equipe de manutenção. Uma função importante do sistema supervisório é o gráfico de tendências, que fornece, por exemplo, sinais de grandezas físicas ao longo do tempo (tensão, corrente, vazão, entre outras). Agora, será que poderíamos utilizar essa função para descobrir a causa raiz da queima do motor? Vejamos a simulação dessa análise durante o momento em que gerou a parada do motor M1, observando o gráfico da corrente elétrica ao longo do tempo.

14 Diagnóstico de Falhas e Defeitos em Sistemas Elétricos Industriais

Motor foi desligado pela proteção do inversor

Corrente

Corrente (A)

20 18 16

Corrente nominal

14 12 10

Corrente

8

Aumento da corrente

6 4 2 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Tempo (minutos)

Figura 229 - Gráfico de tendências de corrente do motor M1 Fonte: SENAI-SP (2013)

Acompanhe no gráfico anterior que a corrente se mantinha no valor nominal do motor, em torno de 12 A, e de repente aumentou de forma brusca para 18 A. Depois se manteve nesse valor por alguns minutos até a ocorrência de um novo aumento de corrente, detectado pela proteção do inversor, que desligou, assim, o motor. Considerando os dados do gráfico e as informações obtidas na entrevista com o operador, percebemos que o aumento brusco da corrente ocorreu no horário em que o operador relatou a parada da mesa, quando provavelmente o motor travou, ficou vários minutos tentando girar, aumentando cada vez mais a sua corrente. Agora, podemos nos perguntar: Por que o inversor demorou tanto tempo para atuar a proteção e desligar o motor? Será que o inversor estava parametrizado corretamente? Precisamos checar. Ao verificar os parâmetros de corrente nominal do motor inserido no inversor, constatamos que ele estava com ajuste de 18 A, ou seja, esse é um valor incorreto, pois o motor possui corrente nominal de 12,7 A, valor máximo que deveria ter sido colocado no inversor para que ele atuasse a proteção corretamente. Ao checarmos o histórico de manutenção do inversor, constatamos também que ele foi trocado há um mês e não foi parametrizado com o valor correto de corrente. Levando em consideração que a mesa de rolos sofre travamentos normais do processo operacional, percebemos que, se o inversor tivesse sido parametrizado corretamente, possivelmente ele desligaria o motor e evitaria a sua queima. Portanto, concluímos que a causa raiz da falha no motor é a falta de procedimento de parametrização e de inspeção após troca do inversor de frequência.

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Comandos elétricos

VOCÊ SABIA?

Normalmente, os inversores de frequência possuem softwares que, entre outras funções, fornecem gráficos de diversas grandezas elétricas, auxiliando o diagnóstico de falhas e defeitos no motor.

Agora que confirmamos a queima do motor, precisamos analisar a viabilidade de sua troca ou seu reparo, pois é comum o motor estar com muita umidade e a sua colocação na estufa resolver o problema, aumentando a resistência de isolação. Nesse caso, consideramos que a troca do motor é a melhor escolha, pois o processo estava parado e até o motor receber o reparo demoraria muito, o que causaria um prejuízo ainda maior à empresa.

VOCÊ SABIA?

O olfato também é uma importante ferramenta para o diagnóstico de falhas, pois, quando um cabeamento sofre aumento de corrente excessivo, a temperatura se eleva, ultrapassando o valor suportável da isolação do cabo, o que pode exalar um odor característico.

No item a seguir, conheceremos outra forma de auxiliar no diagnóstico de falha em um equipamento.

14.4 Comparação com outro equipamento Quando temos equipamentos semelhantes em um setor industrial, a comprovação de uma falha pode ter como parâmetro a comparação. Por exemplo, temos a mesa de rolos 1, que tem funcionamento e componentes iguais às outras mesas do setor de descarga de placas. Assim, se quisermos confirmar se o parâmetro de corrente do inversor da mesa 1 está errado, poderíamos, entre outras formas, fazer uma comparação dos parâmetros desse inversor com os da mesa 2. Além disso, poderíamos comparar outros dados, como as medições de resistência de isolação e de corrente dos motores. Portanto, a comparação é mais uma forma importante de auxiliar no diagnóstico de falha em um equipamento, principalmente quando temos poucas informações de seu histórico. Considerando que a substituição do motor feita pela equipe mecânica ocorreu com sucesso, precisamos agora testar as suas condições elétricas e isso é feito por meio de medições. Também devemos fazer uma rotina de testes operacionais da mesa de rolos 1 e registrar todas as informações. Ou seja, esse procedimento pode ser chamado de validação da manutenção, assunto que veremos a seguir.

14 Diagnóstico de Falhas e Defeitos em Sistemas Elétricos Industriais

14.5 Validação da manutenção corretiva Você se lembra da validação da instalação industrial? Seu objetivo era garantir a legitimidade de tudo aquilo que foi instalado por meio de inspeção, testes e registros. Pois bem, a validação da manutenção industrial possui o mesmo objetivo, além de garantir que o equipamento que foi reparado ou substituído esteja dentro de padrões preestabelecidos. A validação deve ser registrada e para tal deve ter documentos ou formulários para oficializarmos a manutenção realizada, sendo que cada empresa adota um documento próprio. Lembre-se de que, no transcorrer deste capítulo, acompanhamos desde o diagnóstico da falha na mesa de rolos 1 até a sua correção, que aconteceu com a troca do motor M1. Agora devemos fazer a validação dessa manutenção, que seguirá o seguinte roteiro: a) medição de grandezas elétricas no motor; b) teste operacional do funcionamento do sistema; c) registros da manutenção realizada; d) encerramento da Ordem de Serviço (OS).

14.5.1 Validação da medição de grandezas envolvidas A validação da medição consiste em confirmar se o equipamento que foi reparado ou substituído está de acordo com os valores nominais. Por isso, antes de ligar os cabos do novo motor M1, é importante fazer a medição da resistência de isolação para garantir que ele esteja em boas condições, antes que entre em funcionamento. Vejamos a seguir uma simulação de um formulário de testes desse motor.

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Comandos elétricos

Siderúrgica aço forte

Folha de testes

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1 - Informações gerais Código do equipamento

XXXXXX

Fabricante

WEG

Tipo

Ind. gaiola

Tensão nominal

440

Corrente nominal

12,7 A

Nº de fases

3

Fator de potência

0,87

FS

1

Frequencia Rotação

60 Hz 3.490 rpm

Potencia nominal Classe isolação Grau de proteção

7,5 KW F IPW55

3.1 - Resistência de isolação (MΩ) Valor de referencia mínimo (MΩ)

Valor madido (MΩ)

Tensão aplicada do megômetro

Enrolamento B /terra

1,44 MΩ 1,44 MΩ

50 51

0,5 KV 0,5 KV

Enrolamento A /terra

1,44 MΩ

50

0,5 KV

Enrolamento A /enrolamento B

1,44 MΩ

61

0,5 KV

Enrolamento B /enrolamento C

1,44 MΩ

61

0,5 KV

Enrolamento A /enrolamento C

1,44 MΩ

62

0,5 KV

Pontos de medição Enrolamento A /terra

3.1 - Corrente elétrica (A) Pontos de medição

Valor medido (A)

Fase A

11

Fase B

11

Fase B

11

Figura 230 - Folha de medição do motor M1 Fonte: SENAI-SP (2013)

Esse formulário não é padrão e cabe a cada empresa adotar ou não um modelo próprio. No exemplo que demonstramos estão contidos os dados nominais do motor, além das grandezas relevantes a serem medidas com os respectivos valores de referência. Normalmente, em testes de motores são realizadas medições elétricas de resistência de isolação, corrente e resistência do enrolamento. Note que para a nossa análise medimos apenas as duas primeiras. Perceba também que, para efeito de entendimento, já foram anotados os valores de medição de corrente, mas isso só deve ser feito depois de completada a rotina de testes de funcionamento da mesa, item que veremos mais adiante. Analisando os valores medidos, notamos que a resistência de isolação está dentro dos valores de referência, diferentemente do que vimos quando detectamos que o motor estava queimado. Saiba que normalmente os valores anotados no formulário anterior são inseridos em um software de gestão da manutenção. Isso possibilita, entre outras vantagens, gerar um histórico, proporcionando um maior monitoramento do equipamento por meio de comparações com medições futuras. Veremos uma simulação desses dados sendo inseridos em um software no decorrer deste capítulo.

14 Diagnóstico de Falhas e Defeitos em Sistemas Elétricos Industriais

SAIBA MAIS

Para mais detalhes sobre testes em motores elétricos trifásicos, consulte a norma da ABNT NBR 5383-1.

14.5.2 Rotina para testes de funcionamento do sistema A rotina de testes do sistema consiste na verificação de que o reparo está de acordo com o padrão operacional que estava funcionando anteriormente. Concluída a substituição do motor M1, vamos ver a sequência de testes do sistema de descarga de placas. a) Fazer inspeção visual ao redor do motor M1 para nos certificarmos de que não ficou nenhuma anormalidade relacionada à manutenção realizada, como sobra de material e má fixação de componentes. b) Comunicar ao responsável operacional que o equipamento será liberado para testes. c) Efetuar o desimpedimento elétrico do motor. d) Solicitar ao operador que acione o motor. e) Com o motor em funcionamento, inspecioná-lo verificando se não há algum problema aparente. f ) Medir corrente elétrica do motor e anotar o valor na folha de medição. Ao final dos testes, é importante que o solicitante da manutenção registre por meio de assinatura, na OS ou em outro documento, que o serviço foi concluído, evidenciando, assim, a entrega do equipamento para a equipe operacional. Agora precisamos registrar o serviço executado. Vamos ver isso a seguir.

14.5.3 Registro de informações de manutenção O registro de informações consiste na descrição dos serviços que foram realizados no equipamento, desde o diagnóstico da falha até a sua correção. Como comentamos anteriormente, esses registros são normalmente inseridos em um software de gestão da manutenção, que os armazena em um banco de dados. Essas informações geralmente são administradas pelo setor de engenharia de manutenção, que, nesse caso, tem a função de avaliar e providenciar meios para que a falha não ocorra mais. Vejamos a seguir uma simulação da tela de software para o registro de manutenção realizada no motor M1.

361

362

Comandos elétricos

Software de manutenção

Registro de Manutenção

Código do equipamento

XXXXXX.XX

Nome do equipamento

Motor M1

Data da execução

10/05/2013

Tempo de reparo

08:00:00

Mantenedor

Fulano da Silva

Houve parada da produção

Sim

X

Não

Descrição da manutenção Para diagnosticar a falha, foram realizados testes no motor. Com isso, verificou-se uma resistência de isolação baixa entre enrolamentos. O resultado das medições foi o seguinte: - enrolamento A/terra = 5,1 MΩ; enrolamento B/terra = 5,2 MΩ; enrolamento A/terra = 5,5 MΩ; - enrolamento A/B = 0,02 MΩ; enrolamento B/C= 0,02 MΩ; enrolamento A/C= 0,03 MΩ. Dessa forma, foi efetuada a troca do motor, assim como novas medições. O resultado das novas medições foi: - enrolamento A/terra = 50,0 MΩ; enrolamento B/terra = 51,0 MΩ; enrolamento A/terra = 50,0 MΩ; - enrolamento A/B = 61,0 MΩ; enrolamento B/C = 61,0 MΩ; enrolamento A/C = 62,0 MΩ; - corrente: 11 A. Causa da falha

Material utilizado

Inversor com parâmetro errado de corrente nominal do motor. Dessa forma, o inversor não desarmou quando houve sobrecarga. Valor encontrado: 18 A. Valor correto: 12,7 A.

1 - Motor código: XXXXX 2 - Fita isolante

Causa: Falta de procedimento de parametrização e inspeção após troca de inversores de frequência.

Figura 231 - Simulação da tela de software para o registro de manutenção Fonte: SENAI-SP (2013)

Na tela anterior, basicamente o que fizemos foi: a) preencher o código do equipamento, que é um número atribuído para relacioná-la a um banco de dados; b) informar a data e o tempo da execução do reparo; c) preencher o nome do executante do reparo; d) inserir, no campo Descrição da manutenção, as informações sobre a manutenção realizada; e) informar se a falha gerou parada na produção; f ) descrever a causa raiz da falha; g) preencher a relação do material utilizado na manutenção, a fim de que se possa providenciar a reposição. Note que a causa da falha é a falta de procedimento de parametrização e de inspeção após troca de inversor de frequência. Isso porque, de acordo com o que vimos antes, o inversor do motor M1 foi trocado há pouco tempo. Se esse procedimento tivesse sido adotado, possivelmente o motor não teria queimado, já que o inversor desarmaria por sobrecarga.

14 Diagnóstico de Falhas e Defeitos em Sistemas Elétricos Industriais

Portanto, para que essa e outras falhas sejam tratadas e para que não se repitam ao longo do tempo, é fundamental que os dados da manutenção sejam registrados e disponibilizados tanto para o setor de engenharia como para a equipe de mantenedores.

14.5.4 Rotina de encerramento da Ordem de Serviço (OS) Concluídos os testes no equipamento e o registro de manutenção, devemos fazer o encerramento da OS, que significa informar ao software de manutenção se a OS foi concluída ou não. Você se lembra da OS recebida no início deste capítulo para a manutenção do motor da mesa de rolos 1? Vejamos a seguir a tela de simulação para o seu encerramento. Acompanhe que nesta tela devemos basicamente: a) preencher o código do equipamento; b) preencher a data e o tempo da execução do reparo; c) preencher o nome do executante do reparo; d) inserir no campo descrição, as Informações sobre a manutenção realizada; e) inserir se a falha gerou parada na produção; f ) descrever a causa da falha; g) preencher a relação do material utilizado na manutenção, a fim de que se possa providenciar a sua reposição.

Software de manutenção

Encerramento de ordem de serviço

Número da O.S.

XXXXXX.XX

Nome do equipamento

Motor M1

Data da execução

10/05/2013

Código do equipamento

08:00:00

Mantenedor

Fulano da Silva

Situação:

Concluída

Observações gerais:

X

Não concluída Motivo:

Salvar

Figura 232 - Simulação da tela de software para encerramento de Ordem de Serviço (OS) Fonte: SENAI-SP (2013)

363

364

Comandos elétricos

4 Profissional legalmente habilitado e autorizado

A tela anterior contém basicamente as seguintes informações:

Trabalhador previamente qualificado por meio de comprovação de conclusão de curso específico na área elétrica reconhecido pelo Sistema Oficial de Ensino e com registro no competente conselho de classe.

b) nome e código do equipamento;

5 Zona controlada Entorno de parte condutora energizada, não segregada, acessível, de dimensões estabelecidas de acordo com o nível de tensão, cuja aproximação só é permitida a profissionais autorizados. Que representa uma determinada forma linguística como a única aceitável.

a) número da ordem de serviço;

c) situação, que é o campo em que devemos informar se a OS foi concluída ou não. Se não, devemos descrever o motivo, para que possa ser reprogramada futuramente. d) observações gerais, que é o campo em que devemos inserir informações relevantes da manutenção realizada. Depois de inseridos todos os dados na tela de encerramento da OS, ela deve ser salva, o que fechará a solicitação. Saiba que esse encerramento é feito normalmente pelo responsável da equipe de manutenção. É importante salientar que os formulários e as telas de software até aqui demonstrados, bem como o conteúdo, são apenas exemplos – esse registro varia de empresa para empresa. Portanto, com o encerramento da OS é possível dizer que está concluído o serviço de manutenção do motor da mesa de rolos 1.

SAIBA MAIS

Para obter mais informações sobre manutenção industrial, acesse o site da Associação Brasileira de Manutenção e Gestão de Ativos e leia os artigos disponíveis. O endereço é: .

Até agora aprendemos bastante sobre manutenção de equipamentos, mas isso pouco adianta se não a fizermos com qualidade, segurança, preocupação com o meio ambiente e a saúde de todos os envolvidos na manutenção. É desse assunto que trataremos no item a seguir.

14.6 Aspectos relacionados ao meio ambiente, à saúde e à segurança do trabalho em serviços de manutenção industrial O assunto contemplado nesse item foi abordado anteriormente em outros capítulos. Mas agora, em se tratando da manutenção, como será que devemos proceder? Vamos ver isso daqui em diante.

14 Diagnóstico de Falhas e Defeitos em Sistemas Elétricos Industriais

Segurança e saúde antes de executar a manutenção Quando recebemos uma Ordem de Serviço de manutenção, é comum fazermos perguntas. Por exemplo: a) quais ferramentas devo usar? b) o serviço é complexo? c) será possível terminar o serviço antes do prazo estipulado? d) quais riscos envolvem o serviço? Note que no exemplo dado a preocupação com a segurança foi o último item a ser lembrado. Isso está errado, pois a segurança e a saúde devem ser prioridade no serviço de manutenção. O item 10.2.1 da NR 10 descreve que: “Em todas as intervenções em instalações elétricas devem ser adotadas medidas preventivas de controle do risco elétrico e de outros riscos adicionais, mediante técnicas de análise de risco, de forma a garantir a segurança e a saúde no trabalho”. Assim, muitas empresas seguem a filosofia de que, antes de qualquer serviço, o ser humano deve estar em primeiro lugar. Com base na NR 10, as empresas adotam medidas com o intuito de eliminar ou minimizar o risco de acidente. Entre essas medidas estão formulários de Análise Preliminar de Risco (APR). Assim, antes de iniciar uma manutenção, esses documentos devem ser preenchidos com toda a equipe, visando a realizar uma avaliação prévia, planejar as atividades e ações a serem desenvolvidas no local, de forma a atender aos princípios técnicos básicos e às melhores técnicas de segurança aplicáveis ao serviço. Ao realizar um serviço, devemos sempre pensar em medidas de proteção coletiva e, apenas quando elas forem inviáveis ou insuficientes, devemos tomar medidas de proteção individuais. Uma medida de proteção coletiva importante antes de iniciar um serviço é a desenergização da instalação elétrica. Vejamos a seguir.

365

366

Comandos elétricos

Desenergização da instalação elétrica A desenergização deve estar prevista na APR e deve ser executada sempre que possível, pois possibilita um trabalho com maior segurança por parte do mantenedor. Para isso, devemos obedecer à sequência: a) desligar o circuito ou equipamento que irá sofrer manutenção; b) impedir reenergização por meio de bloqueios físicos, como cadeados e travas; c) constatar a ausência de tensão por meio de instrumentos apropriados; d) instalar aterramento temporário com equipotencialização dos condutores dos circuitos; e) proteger elementos energizados existentes na zona controlada; f ) instalar sinalização de impedimento de reenergização de acordo com a Norma Regulamentadora 26 (NR 26). Essa sequência pode ser substituída, ampliada ou alterada por um profissional legalmente habilitado e autorizado e com justificativa técnica previamente formalizada. Normalmente, as empresas destinam um profissional para executar o procedimento de desenergização, que não faz parte da equipe que executará o serviço de manutenção. Somente depois de concluída a sequência anteriormente exposta, a instalação é considerada desenergizada e pode ser liberada, por meio de um documento próprio, para manutenção. Vejamos a seguir um exemplo de um disjuntor bloqueado para reeenergização.

14 Diagnóstico de Falhas e Defeitos em Sistemas Elétricos Industriais

Figura 233 - Disjuntor bloqueado para reenergização Fonte: SENAI-SP (2013)

Segurança e saúde durante a execução da manutenção Ao realizar a manutenção, entre outras medidas, é importante: a) utilizar ferramentas adequadas ao serviço a ser executado, que tenham isolamento elétrico de acordo com as tensões envolvidas. Essas ferramentas devem ser inspecionadas e testadas periodicamente, de acordo com regulamentações existentes ou recomendações do fabricante; b) usar roupa adequada à atividade de manutenção desenvolvida, como roupa não inflamável e não condutora de eletricidade; c) não utilizar nenhum tipo de adorno, como brincos, anéis e pulseiras; d) realizar o serviço com calma e atenção, pois a pressa é um dos principais elementos que contribuem para a ocorrência de acidentes; e) não improvisar durante a manutenção, pois essa atitude pode até resolver o problema de imediato, mas poderá causar um acidente no futuro; f ) ter atitude prevencionista, como checar se a manutenção será realizada em ambientes que contenham riscos adicionais, como altura, confinamento e poeira e procurar sempre atender às normas regulamentadoras existentes.

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368

Comandos elétricos

Finalizada a manutenção, precisamos reenergizar a instalação. Essa etapa deve ser autorizada. Assim como fizemos para a desenergização, também devemos obedecer a uma sequência de ações, que normalmente é executada pelo mesmo profissional que fez a desenergização. Vejamos. a) Verificar e retirar ferramentas, utensílios e equipamentos ao redor do equipamento no qual foi executada a manutenção. b) Retirar do local da manutenção todos os trabalhadores não envolvidos no processo de reenergização. c) Remover aterramento temporário, da equipotencialização e das proteções adicionais. d) Remover a sinalização de impedimento de reenergização. e) Destravar, se for o caso, e religar os dispositivos de seccionamento. Terminado o procedimento de reenergização, o responsável pela operação do equipamento deve testá-lo para garantir o pleno funcionamento. Até aqui, vimos formas de trabalhar e manter a saúde e a segurança. E onde fica o meio ambiente na manutenção? Vamos ver a seguir.

Meio ambiente na manutenção de instalações elétricas Como já sabemos, o cuidado com o meio ambiente deve estar presente no nosso dia a dia, desde pequenas atitudes, como escovar os dentes com a torneira fechada, até fazer a separação de resíduos domésticos para coleta seletiva. As empresas estão cada vez mais se adequando às normas ambientais, por exemplo, a norma ISO 14001. Além disso, os colaboradores precisam agir de acordo com essas normas, contribuindo com atitudes ambientais sustentáveis. Agora, quais são as atitudes que o profissional da manutenção deve ter quando executa um serviço? Vejamos. É importante utilizar de forma racional os materiais de consumo envolvidos na manutenção, como fita isolante, tintas, luvas, cabos elétricos, pilhas, baterias, lâmpadas, entre outros, bem como descartá-los de acordo com a legislação aplicável. Quando executar uma manutenção, realizar o serviço com qualidade, evitando improvisar, pois fazer certo da primeira vez é mais seguro e reduz o risco de ocorrência de novas falhas, o que aumentaria a quantidade de materiais de consumo utilizados e até de recursos naturais, como água e energia elétrica.

14 Diagnóstico de Falhas e Defeitos em Sistemas Elétricos Industriais

Outras atitudes já devem estar inseridas no cotidiano do mantenedor, como desligar computadores ao término da atividade, apagar as luzes quando não estiver no setor de manutenção, reutilizar papel como rascunho e não desperdiçar água ao lavar ferramentas e equipamentos.

CASOS E RELATOS O caso apresentado aqui se passa em uma indústria metalúrgica, na qual está instalado um robô (manipulador robótico) que tem a função de retirar amostras de temperatura de aço líquido. Devido à importância para a produção, quando ocorre uma parada nesse robô, o diagnóstico de falha deve ser rápido. No entanto, veja que não foi isso que aconteceu no episódio a seguir. O manipulador robótico funcionava bem até que, em um determinado dia, quando o operador tentou acioná-lo, nada ocorreu com seus movimentos. Nesse momento, o operador chamou a equipe de manutenção, que realizou alguns testes. Entre esses testes, foi verificado que no terminal de controle do manipulador surgiam diversas mensagens e uma delas apontava para falha na comunicação de rede industrial com o controlador programável, o que fez com que toda atenção ficasse voltada para possíveis falhas de rede. Após dois dias de análise sem êxito, a equipe de manutenção não teve outra alternativa a não ser requisitar a assistência técnica do fabricante do manipulador. Pouco tempo depois da chegada do técnico do fabricante, ele notou que, ao tentar acionar o manipulador, os LEDs do Controlador Programável se comportavam como se o reiniciasse. Logo, concluiu que havia algum problema com a alimentação elétrica do Controlador Programável. Analisando o diagrama elétrico, o técnico desligou diversos disjuntores pertencentes ao manipulador e, após desligar o disjuntor que energiza um sinalizador de movimento (tipo giroflex), o manipulador voltou a funcionar. Assim, após medir a resistência de isolação dos cabos desse sinalizador, constatou que eles estavam em curto-circuito, o que gerava queda de tensão no Controlador Programável, forçando a reinicialização do sistema. Após desfazer o curto-circuito, foi separado o circuito de sinalização do circuito do Controlador Programável, solucionando o problema.

369

370

Comandos elétricos

Podemos concluir que não seria necessário solicitar a visita do técnico especialista, visto que o problema estava apenas em um cabo do sinalizador em curto-circuito. Ou seja, às vezes uma simples inspeção visual somada a certa experiência do mantenedor é o suficiente para diagnosticar um defeito ou uma falha em um equipamento.

RECAPITULANDO Estudamos neste capítulo a manutenção corretiva com o foco no diagnóstico de falhas e defeitos. Vimos que esse tipo de manutenção se baseia na filosofia de que se algo quebrou pode, em seguida, ser consertado. Mas percebemos que a situação muitas vezes não é tão simples assim, pois, para fazer um bom diagnóstico, precisamos seguir alguns procedimentos, por exemplo: conhecer o funcionamento do equipamento, consultar a documentação técnica e até fazer uma entrevista com o operador. Tomamos como base um caso de manutenção de um motor. Levantamos hipóteses sobre o motivo da falha e tentamos comprová-las por meio de inspeção visual e testes. Vimos também que as falhas podem ser diagnosticadas com o auxílio de softwares ou até da comparação com outro equipamento. Aprendemos que após a manutenção ser concluída, ela deve ser validada. Isso é feito por meio de testes, de registros e do encerramento da Ordem de Serviço. Por fim, vimos que a segurança e a saúde do trabalhador devem estar em primeiro lugar antes de qualquer serviço e que não adianta fazer uma boa manutenção se não tivermos atitudes seguras e ecologicamente corretas.

14 Diagnóstico de Falhas e Defeitos em Sistemas Elétricos Industriais

Anotações:

371

Manutenção Preventiva

15 O que você acha necessário para manter um automóvel funcionando, mesmo após muitos anos de utilização? Se você pensou em revisão periódica, acertou. Uma revisão desse tipo nada mais é do que uma verificação de desgaste em vários componentes do carro, os quais podem apresentar falha em pouco tempo. Nessa verificação, normalmente alguns desses componentes passam por uma manutenção ou troca devido ao término da vida útil, o que minimiza a possibilidade de ocorrência de falhas. Podemos traduzir tudo isso em prevenção, ou melhor, manutenção preventiva, que é o assunto deste capítulo. Trataremos mais especificamente da manutenção voltada à área industrial. Assim, ao final deste capítulo aprenderemos a: a) elaborar planos de inspeção, manutenção preventiva e preditiva de equipamentos usados em um processo industrial; b) avaliar quais os tipos de inspeção que deverão ser executados de acordo com o equipamento a ser utilizado; c) realizar inspeção segundo parâmetros de referência; d) diagnosticar, registrar e avaliar os resultados de anomalia de equipamentos industriais; e) efetuar a manutenção preventiva e preditiva desses equipamentos.

15.1 Procedimentos para manutenção preventiva Podemos definir a manutenção preventiva como sendo o tipo de manutenção realizada com o objetivo de evitar falha, defeito ou queda do rendimento de um equipamento. Para isso, são seguidos alguns procedimentos em intervalos de tempo predefinidos, como inspeções rotineiras, trocas de componentes e até eliminação de defeitos. Para melhor entender como é feita a manutenção preventiva, vamos nos basear novamente na aplicação industrial vista no capítulo anterior, de manutenção corretiva de um sistema de descarga de placas siderúrgico.

Comandos elétricos

Esse sistema tem como foco movimentar placas de aço de um setor para outro. Seu funcionamento ocorre de forma automática e um operador apenas faz a supervisão. As placas chegam à mesa de rolos 1 proveniente de outra parte do processo, param em frente ao sensor S1 e aguardam o posicionamento correto da mesa giratória. Em seguida, a placa é depositada na mesa de rolos 1, que a envia para a mesa de rolos 2. A partir daí, a placa é retirada por meio de uma ponte rolante, que a transporta para outro setor. Em relação ao capítulo anterior, note que a diferença nesta explicação está na demonstração da sala elétrica e dos dispositivos que a compõem.

Processo anterior M1 Mesa de rolos 1

374

CCM Disjuntor Sala elétrica

Contator Inversor de frequência Controlador programável

S1 M4

M2

S3

Mesa de rolos 2

M3 S2 Mesa giratória Figura 234 - Layout do setor de descarga de placas Fonte: SENAI-SP (2013)

Não entraremos em mais detalhes sobre o funcionamento desse sistema, pois já vimos anteriormente e o intuito agora é aprendermos a fazer a manutenção preventiva dos equipamentos e dispositivos que o compõem. Vamos nessa! A seguir, veremos que para termos uma manutenção preventiva de qualidade, é importante fazermos a inspeção elétrica.

15 Manutenção Preventiva

15.1.1 Inspeção elétrica A inspeção elétrica é um serviço de rotina que faz parte da manutenção preventiva e tem como função realizar o acompanhamento sistemático de equipamentos diversos e da instalação de um processo industrial, de forma a garantir a integridade física e o pleno funcionamento. Existem algumas formas de realizar essa inspeção. Vejamos: a) inspeção visual; b) inspeção instrumental; c) inspeção olfativa; d) inspeção tátil; e) inspeção auditiva. As mais comuns são as inspeções visual e instrumental. Vamos ver mais detalhes sobre cada uma delas a seguir.

Inspeção visual Esse tipo de inspeção é a forma mais comum para se verificar as condições de um equipamento, pois é utilizada de acordo com a experiência e o senso crítico do mantenedor. Para melhor entendimento, vamos analisar dois equipamentos: um de potência e outro de comando, respectivamente. a) Centro de controle de motores (CCM): é o local onde se concentram cubículos com gavetas, que alimentam uma determinada carga, que normalmente é um motor. Cada gaveta possui uma característica específica que depende do tipo de carga que será alimentada, podendo ter dentro dela disjuntores, contatores, além de dispositivos para medição e controle. Veja um exemplo na figura a seguir.

375

376

Comandos elétricos

Figura 235 - Exemplo de centro de controle de motores (CCM) Fonte: SENAI-SP (2013)

Resumidamente, nesse caso a inspeção visual consiste em analisar a estrutura de um equipamento para se detectar se há corrosão, sujeira, umidade e necessidade de lubrificação das portas. b) Sensores: são elementos de comando que normalmente estão localizados na área de produção, o que os tornam mais suscetíveis a ações maléficas do processo, como poeira e umidade. Para esse componente, a inspeção visual consiste basicamente em verificar fixação, alinhamento, limpeza e pintura.

Inspeção instrumental Essa inspeção compreende a análise de valores obtidos por meio de medições de grandezas físicas de um equipamento. Essa análise deve ter um parâmetro de referência, seja por dados especificados pelo fabricante, seja pelo histórico de seu acompanhamento. Veja a seguir dois exemplos de inspeções instrumentais. a) Corrente do motor: consiste em fazer o monitoramento da corrente do motor em diversas situações de trabalho, verificando se ele está operando em condições satisfatórias, ou seja, dentro da sua corrente nominal. Para essa medição, utilizamos como instrumento o alicate-amperímetro. Veja.

15 Manutenção Preventiva

Figura 236 - Medição de corrente do motor com alicate-amperímetro Fonte: SENAI-SP (2013)

b) Termografia: refere-se à verificação de temperaturas elevadas em conexões elétricas e no corpo de dispositivos como disjuntor, contator e inversor. Por exemplo, caso seja constatada temperatura elevada em um dos três terminais do disjuntor, há um mau contato nesse terminal e deve ser providenciado o seu reaperto. Assim, é possível anteciparmos as falhas, programando a parada do equipamento para manutenção preventiva ou até corretiva, caso seja necessário. Para essa medição, utilizamos um instrumento chamado termovisor. A inspeção pode ser realizada utilizando como parâmetros de referência o histórico de medições, as recomendações do fabricante ou até comparações com equipamentos semelhantes. Veja.

Figura 237 - Medição termográfica com termovisor Fonte: SENAI-SP (2013)

377

378

Comandos elétricos

Esses dois exemplos de inspeções foram apenas ilustrativos. Existem diversas outras, como vimos no início deste item. Mas não adianta fazer a inspeção sem ter um bom planejamento. Trataremos desse assunto a seguir.

15.1.2 Plano de inspeção O plano de inspeção é um norteador para o monitoramento das condições dos equipamentos e da instalação que estão sob sua responsabilidade. Por meio dele é possível controlar a rotina de inspeção, como: a) indicar qual ponto do equipamento será acompanhado; b) verificar qual atividade será executada; c) determinar a forma de inspeção que será feita; d) monitorar o equipamento, conforme a periodicidade especificada; e) comparar valores esperados com medições que já foram realizadas. De acordo com o processo industrial de descarga de placas (figura 145), é feito um plano de inspeção. Veja o exemplo a seguir. Perceba que no quadro foram selecionados apenas alguns equipamentos desse processo, além de terem sido escolhidas algumas atividades de inspeção. Quadro 38 - Exemplo do plano de inspeção do sistema de descarga de placas EquipaAtividade mento

Ponto

Tipo de inspeção

Periodicidade

Resultado Resultado esperado encontrado

Motor

Verificar

Carcaça

Visual

Semestral

Bom 

(M1)

corrosão.

do motor

Medir

Cabos de

corrente.

entrada

Instrumental Mensal

De 4 A a 5 A

Visual

Bimestral

Bom 

Tátil

Trimestral

Bom 

Visual

Trimestral

Bom

Visual

Mensal

Bom

Semestral

Bom

do motor Fazer limpeza. Carcaça do motor Sensor (S1)

Analisar fixação.

sensor

Verificar

Saída do

alinhamento.

sensor

Chave fim Verificar de curso

Base do

alinhamento.

(S4)

Entre atuador e chave

Analisar

Terminais Visual

contato.

de ligação

15 Manutenção Preventiva

Tipo de inspeção

Periodicidade

Resultado Resultado esperado encontrado

EquipaAtividade mento

Ponto

Disjuntor

Medir

Terminais Instrumental Semestral

De 25 °C a

temperatura.

de ligação

30 °C

CCM

Fazer limpeza. Estrutura

Visual

Semestral

Bom 

interna Inversor 1 Medir temperatura. Contro-

Terminais Instrumental Bimestral

De 30 °C a

de ligação

35 °C

Fazer limpeza. Módulos

Visual

Semestral

Bom 

lador programável

Fica a critério do mantenedor analisar os pontos a serem inspecionados, de acordo com a sua experiência e/ou recomendações do fabricante do equipamento. Os resultados das inspeções serão apresentados a seguir.

15.1.2 Registro de anomalias Ao se fazer uma inspeção no equipamento, pode ser encontrada uma anomalia ou não. No entanto, independentemente do resultado, é necessário registrar o que foi inspecionado, seja de forma quantitativa, seja qualitativa. Vejamos a diferença que existe entre as duas. Se fizermos uma inspeção instrumental da corrente do motor, o valor medido será quantitativo. Agora, se for feita uma inspeção visual na pintura dos sensores, teremos um resultado qualitativo. Acompanhe no quadro a seguir a simulação dos resultados de uma rotina de inspeção.

379

380

Comandos elétricos

Quadro 39 - Resultado da rotina de inspeção EquipaAtividade mento

Ponto

Tipo de Periodi- Resultado inspeção cidade esperado

Resultado encontrado

Visual

Semestral

Bom 

Bom

Mensal

De 4 A a 5 A

4,4 A

Visual

Bimestral

Bom 

Regular

Tátil

Trimestral

Bom 

Bom

Visual

Trimestral

Bom

Bom

Visual

Mensal

Bom

Bom

Visual

Semestral

Bom

Regular

Instrumen-

Semestral

De 25 °C a

26 °C

Motor

Verificar corro- Carcaça

(M1)

são.

do motor

Medir cor-

Cabos de

Instrumen-

rente.

entrada

tal

do motor Fazer limpeza. Carcaça do motor Sensor

Analisar

Base do

(S1)

fixação.

sensor

Verificar ali-

Saída do

nhamento.

sensor

Chave fim Verificar ali-

Entre

de curso

atuador e

nhamento.

chave

(S4)

Disjuntor

Analisar

Terminais

contato.

de ligação

Medir tempe- Terminais ratura.

CCM

de ligação tal

Fazer limpeza. Estrutura

30 °C

Visual

Semestral

Bom 

Ruim

Instrumen-

Bimestral

De 30 °C a

36 °C

interna Inversor 1 Medir temperatura. Contro-

Terminais

de ligação tal

Fazer limpeza. Módulos

Visual

35 °C Semestral

Bom 

Bom

lador programável

Normalmente, empresas de grande porte registram os resultados em um software específico de manutenção. A partir daí, é necessário tomar as providências quanto às possíveis anomalias encontradas, elaborando uma ordem de manutenção. Essa ordem de manutenção é encaminhada para um setor de planejamento de serviços, que executa toda a programação da manutenção, verificando quantidade de profissionais disponíveis, tempo de cada serviço e melhor data para a realização do serviço. Até agora vimos como é feita inspeção elétrica e como são tomadas as ações em relação às anomalias detectadas. Mas e a manutenção preventiva de cada equipamento estudado, como é realizada? Vamos ver isso no próximo item.

15 Manutenção Preventiva

15.2 Plano de manutenção preventiva Já sabemos que, após uma inspeção, podemos gerar um resultado isolado de anomalia e, por consequência, deve ser emitida uma ordem de serviço para solução do problema. Porém, quando falamos em manutenção preventiva, as indústrias programam paradas gerais periódicas que obedecem a um calendário, normalmente anual. Dessa forma, o setor de planejamento recebe as solicitações de ordem de manutenção provenientes de um plano de manutenção e fazem a programação de forma mais ampla, pois, como é uma parada geral, diversas áreas vão atuar ao mesmo tempo, o que demanda uma programação da mão de obra mais detalhada. Vejamos um exemplo de plano de manutenção preventiva para os equipamentos do sistema de descarga de placas. Quadro 40 - Plano de manutenção preventiva do processo de descarga de placas Nº

Equipamento

Serviço de manutenção

Tempo de manutenção

Quantidade de profissionais

Periodicidade

1

Motor (M1)

Efetuar reaperto dos

1h

1

3 meses

Limpar estrutura.

2h

1

1 mês

Lubrificar rolamento.

1h

1

6 meses

Efetuar reaperto dos

1h

1

3 meses

1h

1

3 meses

1h

1

1 mês

1h

1

3 meses

1h

1

3 meses

1h

1

6 meses

1h

1

2 meses

1h

1

6 meses

1h

1

6 meses

terminais.

2

Sensor (S1)

terminais. 3

Chave fim

Efetuar reaperto dos

de curso

terminais.

(S4)

Efetuar reaperto da base. Fazer limpeza dos contatos.

4

Disjuntor

Fazer testes de acionamento. Efetuar reaperto dos terminais. Fazer limpeza dos contatos.

5

Contator

Efetuar reaperto dos terminais. Fazer limpeza.

381

382

Comandos elétricos

Nº

Equipamento

Serviço de manutenção

Tempo de manutenção

Quantidade de profissionais

Periodicidade

6

Inversor de

Efetuar reaperto dos

1h

1

6 meses

frequência

terminais. 1h

1

6 meses

2h

1

3 meses

2h

1

3 meses

1h

1

3 anos

Fazer limpeza dos contatos. Realizar backup de parâmetros. 7

Controlador Realizar backup do programáv-

programa do usuário.

el

Trocar bateria.

Os serviços de manutenção, o tempo, a quantidade de profissionais e a periodicidade são apenas meros exemplos de itens a serem considerados no plano de manutenção preventiva. Cabe ao técnico verificar as necessidades específicas do seu equipamento junto ao fabricante. A seguir, veremos uma das manutenções preventivas que também poderia compor o quadro anterior.

15.2.1 Teste dos dispositivos de proteção (disjuntor-motor e relé térmico) Imagine um processo industrial operando por muito tempo sem que haja nenhum tipo de anomalia, e, quando alguma ocorre, o dispositivo de proteção que deveria atuar não executa a sua função. Nessa situação, temos um problema, não é? Isso acontece porque às vezes temos defeitos escondidos no processo que não são notados pela área operacional e nem pela equipe de manutenção. Assim, para que tais defeitos sejam evitados, devemos executar testes, como no caso dos dispositivos de proteção. É importante incluir no plano de manutenção uma verificação periódica de atuação dos dispositivos de proteção presentes na instalação. Mas como fazer isso? Vejamos duas possibilidades de testes práticos.

15 Manutenção Preventiva

Tecla ou botão de teste Grande parte dos dispositivos de proteção contra sobrecorrente possui em sua estrutura uma tecla ou um botão de teste, que possibilita uma simulação de desligamento por falha. Para isso, basta pressioná-lo durante o funcionamento do dispositivo. Vejamos a localização desse botão no disjuntor-motor e relé térmico.

Figura 238 - Botões de teste no disjuntor-motor e relé térmico Fonte: SENAI-SP (2013)

Teste de sobrecarga Esse teste consiste em verificar a atuação do dispositivo de proteção, fazendo com que a corrente que circula por ele seja maior do que o valor de ajuste. Vejamos um exemplo de teste no disjuntor-motor. a) Verificar corrente ajustada no disjuntor. b) Medir corrente que está circulando pelo disjuntor. c) Inserir valor de ajuste menor do que o valor medido. d) Medir e verificar se ocorre o desarme do disjuntor de acordo com o valor ajustado.

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Comandos elétricos

Esse é apenas um simples exemplo de um teste prático. Para outros procedimentos mais específicos, é necessário consultar a norma referente ao dispositivo, como a NBR IEC 60947-2, que trata de dispositivos de manobra e comando de baixa tensão para disjuntores. Saiba também que em disjuntores de média e alta-tensão são realizados ensaios de rotina referentes à isolação dielétrica, ao tempo de abertura de contatos, à simultaneidade, entre outros itens.

FIQUE ALERTA

Ao se fazer qualquer tipo de inspeção ou teste que necessite do equipamento em funcionamento, a equipe operacional deve ser comunicada com antecedência, pois se corre o risco de acontecer algum acionamento ou alguma parada involuntária, o que pode gerar um acidente.

Até agora vimos como é planejada e feita a manutenção preventiva. Agora, vamos entender como isso é realizado no caso de uma manutenção preditiva.

15.3 Planejamento da manutenção preditiva Relembrando, a manutenção preditiva é o tipo de manutenção que faz o acompanhamento sistemático dos equipamentos por meio de medições periódicas ou contínuas de grandezas físicas como temperatura, corrente elétrica e resistência ôhmica, sempre se baseando em parâmetros ou no histórico dos equipamentos. Dessa forma, é possível se antecipar a uma falha, preveni-la antes que ocorra, além de aproveitar ao máximo a vida útil dos componentes de um equipamento. Basicamente, para execução da manutenção preditiva, é necessário o seguinte: a) determinar equipamentos que terão acompanhamento; b) verificar parâmetros a serem medidos; c) obter instrumentos de medição; d) treinar mão de obra. Para que a manutenção preditiva funcione, também é necessário elaborar um plano de manutenção para cada equipamento escolhido. Vejamos uma simulação do plano para o motor M1 do setor de descarga de placas.

15 Manutenção Preventiva

Quadro 41 - Plano de manutenção preditiva do motor M1 do setor de descarga de placas Nº

Equipamento

Item a ser medido

Quantidade de profissionais

Periodicidade

1

Motor (M1)

Resistência de isolação

1

1 mês

Resistência do enrolamento

1

1 mês

Corrente

1

1 mês

Tensão

1

1 mês

Note que o quadro apresentado anteriormente se assemelha com o quadro 50, do plano de manutenção preventiva. Isso não é de se estranhar, pois os dois tipos de manutenção são realmente parecidos. Porém, perceba que a manutenção preditiva executa um acompanhamento muito mais aprofundado, por meio de suas medições. A execução dessas medições deve acontecer também com base em uma ordem de manutenção que contém todos os parâmetros de referência das grandezas medidas. O resultado medido é inserido no histórico do equipamento, o que possibilita um monitoramento periódico para detecção de mudanças significativas entre as medições. É recomendado aplicar esse tipo de manutenção aos equipamentos mais críticos e fundamentais à produção, devido ao custo elevado de implementação e acompanhamento da manutenção preditiva.

SAIBA MAIS

Para aprender mais, acesse um site de busca na internet e digite a expressão “manutenção industrial”. Você irá encontrar um vasto material informativo sobre esse assunto.

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386

Comandos elétricos

CASOS E RELATOS O caso relatado aqui ilustra a manutenção de uma ponte rolante que está localizada em uma fábrica de papel. Ela é um equipamento crítico para toda a logística da fábrica, pois tem a função de retirar a bobina de papel da máquina que a confeccionou e transportar até a posição de estocagem no galpão. A ocorrência de falhas da ponte sempre foi baixa, assim nunca houve a preocupação em se realizar uma manutenção preventiva. Dessa forma, quando ocasionalmente acontece uma falha ou um defeito, a equipe de manutenção recebe uma solicitação (Ordem de Serviço – OS) e soluciona o problema, ou seja, realiza uma manutenção corretiva. O problema é que, há alguns meses, a ponte rolante vem apresentando um número crescente de falhas e, consequentemente, muita manutenção corretiva, o que faz diminuir a produção devido à indisponibilidade da ponte até o conserto. Como consequência, a direção da empresa determinou ao Fábio, supervisor da manutenção, que fosse feito um planejamento para solucionar tal problema. Após diversas análises, Fábio chegou à conclusão de que, devido ao desgaste natural da ponte, a melhor forma de diminuir as suas falhas era implementar um plano de manutenções preventiva e preditiva nas mesmas datas em que ocorressem as paradas de produção, a fim de não prejudicar o processo de fabricação de papel. Enfim, após um ano da implementação desse plano, Fábio apresentou à direção da empresa o histórico de acompanhamento de manutenção da ponte. O resultado foi uma diminuição significativa do número de falhas, o que gerou um aumento expressivo de produção.

15 Manutenção Preventiva

RECAPITULANDO Chegamos ao fim deste capítulo. Nele aprendemos que a manutenção preventiva e a preditiva são meios importantes para redução de falhas em equipamentos industriais e que, para realizá-las, é necessário muito planejamento. Vimos que a inspeção elétrica é uma ferramenta importante para o monitoramento sistemático do equipamento e que existem diversos tipos de inspeção. Os tipos mais usados em eletricidade são: inspeção visual e inspeção instrumental. Elaboramos planos de manutenção e vimos que eles normalmente são feitos com base no histórico do equipamento ou nas recomendações do fabricante. Vimos também alguns exemplos de testes de dispositivos de proteção. Aprendemos ainda que a manutenção preditiva é o monitoramento de equipamentos com base em medições periódicas, as quais devem ser comparadas com parâmetros de referência. Finalmente, concluímos que a manutenção preventiva e a preditiva, quando bem planejadas, podem resultar em um aumento considerável na disponibilidade dos equipamentos de uma empresa, o que pode refletir em um lucro maior no negócio.

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Referências ABNT. NBR 5410:2004 – Instalações elétricas de baixa tensão. 2ª ed. Rio de Janeiro, 2004. ABNT. NBR 7195:1995 – Cores para segurança. Rio de Janeiro, 1995. ABNT. NBR 5419 – Proteção de Estruturas contra descargas atmosféricas, Rio de Janeiro, 2001. ABNT. NBR 12523 – Símbolos gráficos de equipamentos de manobra e controle de dispositivos de proteção. Rio de Janeiro,1992. ABNT. NBR IEC 60947-1 - Dispositivos de manobra e comando de baixa tensão. Parte 1: Regras Gerais. Rio de Janeiro, 2006. ABNT. NBR IEC 60947-6-1 - Dispositivos de manobra e comando de baixa tensão. Parte 6-1: Dispositivos multifuncionais – Equipamento de comutação de transferência automática. Rio de Janeiro, 2005. ABNT. NBR 60947-2: Dispositivos de manobra e comando de baixa tensão. Parte 2-1: Disjuntores. Rio de Janeiro, 1998. ABNT. NBR 60947-4: Dispositivos de manobra e comando de baixa tensão. Parte 4-1: Contatores e partidas de motores eletromecânicos. Rio de Janeiro, 2008. ABNT. NBR 60947-7: Dispositivos de manobra e comando de baixa tensão. Parte 7-1: Dispositivos auxiliares – conectores elétricos para condutores elétricos de cobre. Rio de Janeiro, 2004. BRASIL. Ministério do Trabalho e Emprego NR 10 – Segurança em instalações e serviços em eletricidade. Brasília, 2004. BRASIL. Ministério do Trabalho e Emprego NR 26 – Sinalização de segurança. Brasília, 2011. CAVALIN Geraldo; CERVELIN, Severino. Instalações Elétricas Prediais. São Paulo: Érica, 1998 (Coleção Estude e Use – Série Eletricidade). FEDERAÇÃO DAS INDÚSTRIAS DE SÃO PAULO (FIESP); FUNDAÇÃO ROBERTO MARINHO (FRM). Automação. Rio de Janeiro: Fundação Roberto Marinho, 2009 (Novo Telecurso Profissionalizante de Mecânica). HONDA, Flávio. Motores de Corrente Contínua – Guia rápido para uma especificação precisa. 1ª ed. São Paulo: Siemens, 2006. IEC 60617 – DB-12M - Graphical symbols for diagrams. parts 2 to 13. Geneva, Switzerland. Pub. 05/2012. IEC 81346-2 - Industrial systems, installations and equipment and industrial products Structuring principles and reference designations - Part 2: Classification of objects and codes for classes. (Sistemas industriais, instalação de equipamentos e produtos industriais, princípios de estruturação e designação de referências – Parte 2: Classificação de objetos e códigos para as classes. – ed. 1.0. Pub. 07/2009 MARTIGNONI, Afonso, 1920 – Máquinas elétricas de corrente contínua. 5ª ed. Rio de Janeiro: Globo, 1987.

PROCEL INDÚSTRIA. Motor elétrico: guia básico/Eletrobrás [et al.]. Brasília: IEL/NC, 2009. (Edição Seriada - Volume 6). SCHNEIDER ELETRIC. Catálogo 2012 Acti 9: Baixa tensão. Código 00/12. Guararema - SP, 2012. SCHNEIDER ELETRIC. Esquemateca: tecnologia do controle e automação industrial. São Paulo: MM Editora, 2000. SENAI/SP. Transformadores. (Eletrônica básica – Teoria). São Paulo, 2003. (apostila) SENAI/SP. Curso Eletricista de Manutenção (Eletrotécnica – Teoria). São Paulo, 1993. (apostila) SIMONE, Giglio Aluisio. Transformadores. São Paulo: Érica,1998. THOMAZINI, Daniel; ALBUQUERQUE, Pedro Urbano Braga de. Sensores Industriais: fundamentos e aplicações. São Paulo: Érica, 2007. WEG - Catálogo Automação - Fusíveis aR e gL/gG - Código 50009817. Rev. 64 09/2011. Jaraguá do Sul - SC, 2011. WEG. Catálogo Disjuntores-motores MPW, código 5009822. rev. 30. 05/2012. SC - Jaraguá do Sul SC, 2012. WEG. Manual Weg Módulo 1 Comando e proteção – Weg Industrias SA centro de treinamento de clientes. Jaraguá do Sul – SC. Código tr_CTC-238 – P3. s/ano. WEG. Manual Weg de motores elétricos.. Jaraguá do Sul – SC: Publicação WEG indústrias S.A – Motores. Ed. Out/2004. WEG. Manual de instalação, operação e manutenção - Equipamentos elétricos AS. Motores elétricos de indução de alta e baixa tensão – linhas H e M –. Jaraguá do Sul – SC: Weg equipamentos S.A, março/2010. Sites (consultados entre abril e novembro de 2012) http://ab.rockwellautomation.com/Drives/ www.weg.com.br http://senaisp.webensino.com.br/sistema/webensino/aulas/59_215/aula_2127/U1_tutorial_do_ programador_iniciando_um_novo_projeto. http://www.sense.com.br/idiomas/pt_BR//arquivos/produtos/arq2/Indutivos.pdf http://industrial.omron.com.br/faq/caracteristicas-gerais/47/ www.vbook.pub.com/doc/50711703/Sense http://www.blunet.net.cn/knowledge/reed-switch/ http://www.sense.com.br/produtos/detalhes_produto.php?pn=5000000975 http://www.sincronobr.com.br/termoresistencias.htm http://www.cantherm.com/products/thermistors/mf52.html http://www.tecem.com.br/site/downloads/artigos/manutencao_preditiva_caminho_para_a_ excelecia.pdf

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MINICURRÍCULO DOs AUTORes ANDERSON GALDINO LEITE Anderson Galdino Leite é eletricista de manutenção, Técnico em eletrônica e Tecnólogo em Automação Industrial. Licenciado em Matemática e em Pedagogia. Cursando pós-graduação (especialização) em educação a distancia. Atuou na modernização (retrofit) e manutenção eletroeletrônica industrial de maquinas com Controladores Programáveis (CP), inversores de frequência, equipamentos automatizados e robôs industriais em empresas multinacionais entre 1990 e 1999. No SENAI desde 1999, atuou como docente em cursos de aprendizagem Industrial e cursos técnicos na área da Eletrônica/Automação Industrial. Atuou como especialista em educação, entre 2003 e 2005, coordenando processos seletivos de candidatos a cursos. Atualmente como Técnico de ensino, integra a equipe de elaboração de materiais e kits didáticos para o curso Técnico em Eletroeletrônica do Programa Nacional de Oferta de Educação Profissional na modalidade a distancia (PN-EAD SENAI).

CLAUDIO LUÍS MAGALHAES FERNANDES Claudio Luís Magalhaes Fernandes é técnico em Eletrônica e Engenheiro Elétrico na modalidade Eletrônica/Computação. Especialista em Automação Industrial e Mestre em Engenharia Mecânica – Automação Industrial. Atuou em empresa prestadora de serviços da área industrial como engenheiro projetista e coordenador de equipes de manutenção de sistemas industriais entre 1990 e 2007. No SENAI-SP e técnico de ensino desde 2007. Na Faculdade de Tecnologia de São Vicente, e coordenador e professor adjunto do curso de Tecnologia em Automação Industrial. Recebeu o premio CREA-SP de Formação Profissional em 2007. Atualmente, participa da equipe de elaboração de materiais e kits didáticos para o curso Técnico em Eletroeletrônica a distancia do Programa Nacional de Oferta de Educação Profissional na modalidade a distancia (PN-EAD SENAI).

OSMAR DE SOUZA Osmar de Souza é técnico em Eletrotécnica, formado pela Escola Técnica Federal de São Paulo, é graduado em Administração pelo Centro Universitário Nove de julho. Trabalhou no grupo Votorantim como projetista e no SENAI como docente para a área eletroeletrônica. Atualmente atua como Orientador de práticas profissionais na área eletroeletrônica no SENAI de São Paulo.

RODRIGO SILVÉRIO DA SILVEIRA Rodrigo Silvério da Silveira é tecnólogo em automação industrial e técnico em eletrotécnica, com especialização em engenharia de manutenção industrial. Atuou em empresa siderúrgica como inspetor elétrico, quando foi responsável pela manutenção e modernização de equipamentos automatizados com controladores programáveis, robos industriais e inversores de frequência. No SENAI SP, atua como técnico de ensino desde 2009, ministrando aulas na área de Eletroeletrônica. Atualmente, participa da equipe de elaboração de materiais e kits didáticos para o curso Técnico em Eletroeletrônica do Programa Nacional de Oferta de Educação Profissional na modalidade a distancia (PN-EAD SENAI).

Índice A acoplamento mecânico 335 Acoplamento mecânico 333 Arco voltaico ou arco elétrico 245 Atmosfera potencialmente explosiva 143 C Came 63, 66, 67 Capacidade de ruptura 41, 44 Cavaco 26 Cavalo-vapor (CV) 289 Corrente diferencial residual 49, 50 Corrente nominal 41, 42, 44, 48, 52, 53, 55 Curto-circuito 47, 48, 50, 57, 88, 103, 159 D Diagrama 51, 55, 56, 57, 59, 81, 113, 128, 133, 134, 135, 138, 144, 146, 152, 154, 157, 160, 161, 162, 172, 173, 180 Disjuntor 48, 49, 50, 51, 54, 55, 56, 57 E EMI 19 Envasar 15 Equipamentos eletrônicos tiristorizados 109 Espanar a rosca 83, 85 Extrusora 135, 136 F Flange 131 Fluido 172, 174, 176 G Galvanização 17 I Interface Homem-Máquina 17 L Ligas metálicas 155, 158 Luz Infravermelha 149

M Medição de resistência de enrolamento 345 P PRESCRITIVO 149, 151, 225 profissional legalmente habilitado e autorizado 354 Profissional legalmente habilitado e autorizado 353 Punção de bico 23, 27 R Reostato manual de três polos 127 S Sinterização 311 Sintetização 129 sistema supervisório 344 Sistema supervisório 343 Sobrecarga 39, 47, 52, 53, 54, 57 T Tacogerador 166, 167 tensão de saída 227 TENSÃO DE SAÍDA 225 Tensão nominal 81, 83, 84, 113 Tiristores 41, 109 Torque 83, 85, 86, 125, 130, 132, 135 V valor 188, 189, 190, 199, 201, 202, 224, 226, 227, 228, 232, 233, 234, 235, 237, 252, 253, 260, 261, 267, 269, 272, 276, 278, 287, 294, 304, 305, 307, 324, 327, 328, 332, 338, 341, 343, 344, 345, 347, 348, 349, 364, 366, 367, 371 valor de isolação 305 Z Zincagem 17 zona controlada 354 Zona controlada 353

SENAI – DEPARTAMENTO NACIONAL Unidade de Educação Profissional e Tecnológica – UNIEP

Rolando Vargas Vallejos Gerente Executivo Felipe Esteves Morgado Gerente Executivo Adjunto Diana Neri Coordenação Geral do Desenvolvimento dos Livros SENAI – DEPARTAMENTO REGIONAL DE SÃO PAULO

Walter Vicioni Gonçalves Diretor Regional Ricardo Figueiredo Terra Diretor Técnico João Ricardo Santa Rosa Gerente de Educação Airton Almeida de Moraes Supervisão de Educação a Distância Marta Dias Teixeira Supervisão de Meios Educacionais Henrique Tavares de Oliveira Filho Márcia Sarraf Mercadante Silvio Geraldo Furlani Audi Coordenação do Desenvolvimento dos Livros Anderson Galdino Leite Claudio Luiz Magalhães Fernandes Fabio Rosan Rodrigo Silvério da Silveira Osmar de Souza Elaboração Henrique Tavares de Oliveira Filho Clodoaldo Roberto Callogero Revisão Técnica

Margarida Maria Scavone Ferrari Regina Célia Roland Novaes Design Educacional Alexandre Suga Benites Juliana Rumi Fujishima Leury Giacometi Ilustrações

Marcos Antônio Oldigueri Tratamento de Imagem Margarida Maria Scavone Ferrari Revisão Ortográfica e Gramatical I2 Designer Diagramação i-Comunicação Projeto Gráfico