ANÁLISE DE DIFERENTES MÉTODOS DE PARTIDAS EM MOTORES DE …

CENTRO DE ENSINO SUPERIOR DOS CAMPOS GERAIS – CESCAGE

http://www.cescage.edu.br/publicacoes/technoeng ISSN: 2178-3586 / 20ª Edição / Jul - Dez de 2019

ANÁLISE DE DIFERENTES MÉTODOS DE PARTIDAS EM MOTORES DE SUCÇÃO DE PÓ

ANALYSIS OF DIFFERENT STARTING METHODS IN POWDER SUCTION

MOTORS

Igor Viana Guimarães; Gabriel Vigiano; Eduardo Moletta; Bianca Brekailo Silveira Nunes; Angelo

Kuhn Borkowski

Centro de Ensino Superior dos Campos Gerais – CESCAGE - Curso de Engenharia Elétrica – Ponta

Grossa - PR – Brasil.

Resumo: Atualmente com o crescimento tecnológico nas indústrias, existem diversas formas de melhorar os acionamentos dos Motores de Indução Trifásicos (MIT), seja através da montagem de comandos usando componentes elétricos ou na instalação de dispositivos de partidas eletrônicas para melhor performance do equipamento. Diante disso, o objetivo desse estudo é analisar os diferentes métodos de partida para os motores de sucção de pó, visando a diminuição de custos e manutenções corretivas. Trata-se de uma pesquisa observacional e comparativo em campo dentro de uma indústria cervejaria da cidade de Ponta Grossa – Paraná, com intuito de simular as partidas dos motores para se empregar a melhor opção no processo de sucção de pó, sendo feito as coletas de dados dos motores durante 1 (um) dia. Pode-se coletar os dados sobre as placas dos motores que constam sua tensão, corrente nominal, corrente de partida, potência entre outras grandezas. Os dados coletados foram analisados em uma ferramenta computacional de engenharia em conjunto com o referencial teórico através de gráficos de partidas dos motores, a fim de se obter os fatores que empregam a partida atual do motor. Palavras-chave: Motor de Indução Trifásico. Partidas dos Motores. Partidas Eletrônicas. Abstract: Nowadays with the technological growth in the industries, there are several ways to improve the drives of three-phase induction motors (MIT), either by mounting commands using electrical components or installing electronic equipment for better equipment performance. Therefore, the objective of this study is to analyze the different starting methods for the dust suction motors, aiming at reducing costs and corrective maintenance. This is an observational and comparative field research within a brewery industry in the city of Ponta Grossa - Paraná, in order to simulate the engine starts in order to use the best option in the powder suction process. data for one (1) day. You can collect the data on the motor nameplate which shows your voltage, nominal current, starting current and power. The data collected were analyzed in an engineering computational tool in conjunction with the theoretical referential through engine start charts, in order to obtain the factors that use the current engine start. Keywords: Three Phase Induction Motor. Motors Matches. Electronic Items.



INTRODUÇÃO

Nas indústrias os MIT são encontrados em grande escala, caso não possuam

um dimensionamento de partida correto poderá ocorrer diversas falhas no processo

que o compõe. Em uma indústria cervejeira que possui o mesmo equipamento há

mais de vinte anos, a análise das partidas sobre motores de sucção de pó se torna

de suma importância.

O equipamento de sucção de pó é de grande importância para o setor de

armazenagem de malte. Ele é responsável pela sucção de pó dos transportes e silos

tirando a impureza que fica nos grãos, diminuindo a perca de extrato na hora de

cozinhar o malte para à fabricação da cerveja. Seus motores possuem maior potência

em comparação aos demais dentro do setor de armazenamento de malte, logo é um

equipamento que mais necessita de atenção.

O tema desse trabalho surge referente à análise de diferentes métodos de

partidas em motores de sucção de pó.

O trabalho parte do seguinte problema de pesquisa que os equipamentos e

acionamentos serem ultrapassados, o mesmo gera excessos de manutenções

corretivas, causando falhas de dispositivos elétricos e quebras mecânicas,

interrompendo o processo e gerando custos.

Com a instalação de uma soft-starter ou de um inversor de frequência poderá

reduzir as falhas e melhorar a performance do processo diminuindo custos?

Para isso foram feitas hipóteses que essa análise pretende alcançar, que seria

ao empregar uma soft-starter ou inversor de frequência para melhorar a desempenho

e vida útil dos equipamentos no processo de armazenamento de malte.

O objetivo geral desse estudo é analisar diferentes métodos de partidas em

motores de sucção de pó, tendo como benefício a diminuição de custos e

manutenções corretivas em uma cervejaria no setor de armazenagem de malte,

localizada na cidade de Ponta Grossa – PR. Para isso se faz necessário realizar

também um estudo dos equipamentos instalados ao sistema de sucção de pó, e

verificar as grandezas elétricas dos motores, realizando as comparações entre a

partida atual e ao empregar uma soft-starter e realizar o mesmo procedimento

empregando um inversor de frequência, utilizando a ferramenta computacional para

engenharia MATLAB®.

O propósito de se analisar os métodos das partidas para os motores de sucção

de pó é a diminuição de manutenções corretivas e minimizar as paradas ocasionadas

por esses motores, visando o melhor desempenho do processo em relação à sucção

de pó dos transportes que realizam o armazenamento de malte nos silos.

Inicialmente quando o operador inicia o processo de armazenamento de malte,

o sistema de sucção de pó é o primeiro a ligar. Esse sistema é composto por dois MIT

de 40 CV, que também são conhecidos como “ventiladores”. Por estar há cerca de

vinte anos de uso, os motores e equipamentos de partidas apresentam diversas

falhas, causando interrupções no processo de armazenagem de malte.

Então o que impulsionou essa análise foi o fato de que, durante a partida dos

motores elétricos, os mesmos solicitam da rede de alimentação, uma corrente de 6 a

10 vezes a sua corrente nominal. Podendo ocorrer vários distúrbios nos

equipamentos de comando (MAMEDE, 2010, p.226).



Segundo a ABNT NBR (Associação Brasileira de Normas Técnicas) 5410

(2004) recomenda-se que durante a partida de um motor não se deve ultrapassar

10% da sua tensão nominal para os pontos de instalação. Para isso são utilizáveis

métodos de partidas ou instalação de dispositivos que realizem uma partida suave do

motor sem danificá-lo e não comprometendo os dispositivos de comando.

Como essa análise ocorrerá em um município do Paraná, pode-se recorrer a

NTC 901100 (Norma Técnica da Copel), que rege uma nota para motores

monofásicos e trifásicos, referindo-se que se deve utilizar partida direta para motores

até 5 CV (Cavalo – Vapor), para motores de 5 a 15 CV, utiliza-se partida com chave

estrela-triângulo, série-paralelo ou compensadora e superiores a 15 CV implanta-se

a partida estrela-triângulo, compensadora ou soft-start.

A metodologia adotada nesse trabalho foi o método observacional e

comparativo em campo, que tem por finalidade observar acontecimentos e proceder

pelas investigações, possibilitando o estudo através de simulações computacionais

(GIL, 2008).

REVISÃO DE LITERATURA

O motor de indução trifásico é uma máquina elétrica com o princípio de funcionamento em corrente alternada, cujo estator é formado por três bobinas de fase afastada de 2π⁄3 radianos elétricos e ligado a um sistema de alimentação trifásico. O rotor de um MIT pode ser bobinado ou tipo gaiola de esquilo, conforme figura 1 (GUEDES, 1994 apud PERES, 2011).

Inicialmente, para vencer a inercia do rotor, a corrente do motor tende a ser elevada, pois o torque eletromagnético precisa ser maior que o torque mecânico produzido pela carga, para que haja movimento. Logo, um motor a vazio apresenta uma corrente de partida bem menor que um motor sendo acionado à plena carga (GATI, 2015, p.287).

A conversão de energia elétrica em energia mecânica feita pelo motor é chamada de rendimento (WEG, 2011).

A velocidade síncrona do MIT é diretamente proporcional à frequência da rede e inversamente proporcional ao número de polos da máquina.

Através da figura 1, pode ser analisado que ocorre torque no eixo do motor de acordo com a variação de escorregamento, frequência da rede e a tensão aplicada nos terminais (SALIN, 2011).

Figura 1 - Curva de torque do MIT

Fonte: Salin (2011)



O escorregamento de um MIT ocorre quando o motor gira a uma velocidade diferente da velocidade síncrona, o enrolamento do rotor corta as linhas de força magnéticas do campo, circulando por ele corrente induzida. Quanto maior for à carga, maior será o conjugado necessário para acioná-la (WEG, 2011).

Quando ocorrer de aumentar a carga o motor terá sua rotação diminuída. Se ocorrer do motor ficar em vazio, o rotor irá girar praticamente com a rotação síncrona (WEG, 2011)

Como o torque do MIT varia em um grau quadrático da tensão, quando aplicado uma tensão diferente da nominal em seus terminais, pode ser calculado o conjugado (CLETO, 2012).

A NBR 17094 (2008) especifica categorias de conjugados máximos, mínimos, partida e normais para o MIT gaiola de esquilo, que são:

N – Corrente de partida normal, conjugado normal e baixo escorregamento. Acionamento de bombas e ventiladores

H – Conjugados altos, corrente de partida normal e baixo escorregamento. Acionamento de peneiras, transportadoras e britadores.

D – Conjugados altos (conjugado de partida ≥ 275% conjugado normal), correntes de partida normal e alto escorregamento (5 a 8% e 8 a 13%). Acionamento de prensas excêntricas e outras cargas. Para estudo da aceleração dos motores, a segunda lei de Newton é

fundamental para se calcular os movimentos circulares. O momento de inercia de um corpo oferece mudanças de movimento de rotação (DIAS, 2005).

Também conhecido como motor de corrente alternada. Este tipo de motor é baseado nas correntes induzidas que fluem pelo rotor e do campo magnético do estator. Para isso é necessário que o rotor seja submetido a uma variação de fluxo magnético gerado pelo estator na frequência da rede, a fim de poder ter uma corrente induzida. Por esta razão, o motor gira a uma velocidade diferente do campo do estator, girando de maneira assíncrona (FRANCHI, 2008). Os motores assíncronos trifásicos são divididos em duas classes, motor gaiola de esquilo e rotor bobinado.

De acordo com Mamede (2010) os motores de indução trifásicos são constituídos de duas partes básicas, estator e rotor.

O único elemento que liga à linha de transmissão é o estator, que gera as correntes rotóricas eletromagnéticas (MAMEDE, 2010).

MATLAB é uma abreviação para MATrix LABoratory. O MATLAB, portanto, é um sistema interativo cujo elemento básico da informação é uma matriz que não requer dimensionamento. Trata-se de um ambiente de alto nível que possui ferramentas avançadas de análise numérica, cálculo com matrizes, processamento de sinais e visualização de dados. O MATLAB também possui características de linguagem de programação. O software possui funções matemáticas já existentes, programadas em linguagem própria e agrupadas de acordo com a área de interesse em toolboxes. (CABRAL; DRIEMEIER, 2010, p.1).

Através do MATLAB®, temos a ferramenta Simulink, um programa que funciona de forma integrada.

Essa ferramenta é muito utilizada em sistemas dinâmicos lineares e não lineares, podendo se obter gráficos para análises (CABRAL; DRIEMEIER, 2010). Nesse estudo foi utilizado para simular, através de modelos, os métodos de partidas para os motores do sistema de sucção de pó do setor de armazenamento de malte e obter gráficos das respectivas correntes de partida do MIT.



Win Soft Stater da Siemens ajuda programar e simular a partida do motor utilizando uma soft-starter, através dele pode-se obter gráficos verificando as curvas e dados, mesmo em condições extremas de partida, considerando parâmetros como condições de rede, dados do motor, dados de carga e requisitos especiais de aplicação (SIEMENS, 2011).

São basicamente dois tipos de ventiladores nas indústrias. A função dos dois é básica, movimentar uma quantidade de ar, gerando uma pressão estática suficiente para vencer as perdas do sistema e uma pressão cinética para manter o ar em movimento (OLIVEIRA, 2016).

Os ventiladores centrífugos em sua estrutura possuem um rotor, carcaça de conversão de pressão e um motor (OLIVEIRA, 2016).

O sistema é composto por dois motores de 40CV que movimenta dois ventiladores, esse sistema é responsável pela sucção de pó de todo o processo de armazenamento de malte.

De acordo com Franchi (2008) a partida direta é a forma mais simples de acionar um motor. Ele deve ser utilizado quando o MIT possui baixa potência de modo a limitar as perturbações causadas na rede, quando a máquina movimentada não necessita de aceleração progressiva e o conjugado de partida é elevado.

Quando se utiliza a partida estrela-triângulo deverá ser levado em consideração um conjugado de partida maior para garantir a aceleração do equipamento em corrente reduzida (Silva, et al, 2010).

Durante a partida em estrela o valor de corrente máximo é de 1⁄3 em relação a corrente de partida direta sendo que o conjugado de partida também será reduzido na mesma proporção (Silva, et al, 2010).

Nessa partida inicialmente se projeta o acionamento do motor ligando-o em estrela até atingir uma velocidade equivalente a 90% da nominal, nessa ligação a tensão aplicada ao motor é reduzida na proporção de √3. Logo após esse processo a ligação em estrela é desfeita e inicia a partida em triângulo fazendo com que o motor trabalhe com sua tensão nominal da rede (Silva, et al, 2010).

Quando ocorre a mudança de estrela para triângulo é ocasionado um pico de corrente, caso essa mudança aconteça antes do planejado às vantagens desse método poderão ser reduzidas (Silva, et al, 2010).

De acordo com a Weg, (2015) os motores são projetados para um conjugado máximo e de partida. Porém o alto custo dos contatores e disjuntores a vácuo deixa o projeto inviável para esse método de partida para motores de alta tensão.

De acordo com Franchi (2008) essa partida é reconhecida também como autotransformador de partida, esse método utiliza a redução da tensão aplicada ao estator para diminuir a corrente de partida.

Nesse método os picos de correntes na partida do motor são menores do que na partida estrela-triângulo, devido ao seu grande número de etapas intermediárias. Seu comando é constituído de um autotransformador com taps de saída, geralmente com 50%, 65% e 80% da tensão nominal (FRANCHI, 2008)

Esse modelo de partida é recomendado para motores de alta potência e que possuem um maior conjugado de partida quando comparado com a partida estrela-triângulo (FRANCHI, 2008)

Para motores que tem a partida com uma tensão menor que a tensão nominal, o conjugado e a corrente de partida são multiplicados pelos fatores K conforme figura 4 (WEG, 2015).



As vantagens é que devido aos taps pode-se ter a variação gradual da tensão, não há limitação pelo número de terminais e o autotransformador ajuda a diminuir os picos de correntes durante as comutações devido à sua reatância interna (WEG, 2015).

As desvantagens desse método é que ele possui limitação no número de partidas, grande volume de componentes para montagem do quadro elétrico, elevando o número de manutenções caso ocorra algum problema e perdas maiores em relação a partida estrela-triângulo devido a dissipação de energia no autotransformador (FRANCHI, 2008).

O uso de uma soft-starter destina-se quando se necessita de uma partida suave do motor. No geral esse método de partida é aplicado a motores de potência elevada (bombas, centrífugas e ventiladores) que não exijam variação de velocidade (FRANCHI, 2009).

Esse dispositivo eletrônico é composto por uma ponte de tiristores em antiparalelo e um dispositivo de controle de ângulo capaz de realizar os disparos dos tiristores, causando assim a variação da tensão eficaz do motor, podendo limitar a corrente de partida, o controle da aceleração, a desaceleração e a proteção do MIT (MEDEIROS, et al, 2008).

Esse tipo de método resulta em um maior custo de implantação comparado aos métodos eletromecânicos, porém esse recurso resulta em economia na manutenção do motor e diminuição de componentes nos painéis dos motores (SILVA, et al, 2010).

Franchi (2008) retrata que nos ventiladores industriais o valor de ajuste de tensão de partida deve ser baixo o suficiente para que o torque seja adequado à carga. O conjugado de partida do motor deve estar em 15% acima do conjugado do ventilador.

Com o avanço da eletrônica de potência permitiu-se desenvolver conversores de frequência. Diferente da soft-starter o inversor é um dispositivo que permite o controle de velocidade a partir de uma conversão de tensão alternada para tensão contínua e converte novamente em uma tensão de amplitude e frequência (RÊGO; RODRIGUES, 2015).

Esse método de controle é conhecido como Pulse Width Modulation (PWM). O PWM é responsável por realizar a ligação e desligamento da tensão contínua. Por se tratar de um equipamento multifuncional é utilizado em equipamentos como elevadores, bombas, ventiladores e etc (RÊGO; RODRIGUES, 2015).

Dentro das diversas vantagens dos inversores de frequência uma das mais importantes é a possibilidade de minimizar o consumo de energia, utilizando rotações menores (RÊGO; RODRIGUES, 2015).

Nos ventiladores industriais o consumo energético é proporcional ao cubo da velocidade de rotação. Quando uma carga desse tipo é ligada em um inversor de frequência a meia velocidade, a energia elétrica consumida é de apenas 12,5% da energia que seria dispersada se estivesse ligada diretamente à rede. Além disso, tem redução do ruído e manutenção na capacidade do conjugado (RÊGO; RODRIGUES, 2015).



MATERIAL E MÉTODOS

Foi realizada a análise dos acionamentos dos motores de sucção de pó. Para

realizar as medições e verificar suas correntes de partidas a fim de observar, através

do software de simulação MATLAB® utilizando a ferramenta simulink, se faz

necessário à implantação de uma soft-starter, inversor de frequência ou se o método

atualmente empregado é eficiente o suficiente para não ocorrer à substituição para

partidas eletrônicas.

Para dimensionamento da soft-starter foi utilizado um software específico.

Primeiramente foram coletados os dados dos motores de sucção de pó que se

localizam dentro de uma cervejaria no município de Ponta Grossa – PR, no setor de

recebimento e armazenagem de malte.

Através da placa de identificação e do site do fabricante do MIT foi possível

identificar as grandezas elétricas.

Como à indústria possui o MIT a mais de vinte anos, não foi possível obter

alguns dados através do fabricante e nem da placa do motor. De acordo com Silva

(2015).

Para esse estudo foi utilizado à parametrização do MIT de 40 CV, que é o

motor empregado no processo de sucção de pó.

Após as análises do MIT foi utilizado o software MATLAB® e a ferramenta

computacional para simulação simulink, para gerar gráficos e simular os diferentes

métodos de partidas dos motores.

Na figura 2 tem-se o bloco asynchronous machine, que simula um motor

assíncrono.

Figura 2 - Bloco motor assíncrono

Fonte: O autor (2018)

Clicando duas vezes sobre o bloco aparecerá aba configuration, então foi

possível definir as entradas mecânicas, como:

• Torque mecânico;

• Tipo de rotor – Gaiola de esquilo ou rotor bobinado.

Para definir os parâmetros mecânicos e elétricos do motor clicamos em

parameters, então abrirá uma tela.

Através dessas informações o próprio software calcula os parâmetros como

torque, corrente de partida etc.

Para todos os métodos de partidas foram utilizados os mesmos parâmetros.



Além de fazer as simulações das partidas foi possível realizar o

dimensionamento de um soft-starter para os motores, através do software de

dimensionamento de win soft-starter da Siemens.

Nessa primeira parte foi fornecido informações sobre o tema da análise e autor

do trabalho.

A tensão que alimenta o motor é em 380V fase – neutro (Y) e 660V fase - fase

(∆), a frequência da rede no Brasil é de 60 Hz.

Os parâmetros colocados foram de acordo com a folha de dados do MIT que

se encontra no anexo A.

Clicando no momento de inercia foi possível realizar o cálculo, colocando os

parâmetros conforme a figura 3.

Figura 3 - Cálculo de carga


Foram definidos para cálculo o MIT de 30 KW, velocidade nominal do MIT em

1770 RPM, e a velocidade da carga em 2350 RPM, e o tipo de carga como

ventiladores grandes.

Após calcular os parâmetros foi retorno à tela anterior e foram obtidos os dados

da carga.

Como resultados foram obtidos a potência nominal da carga em 24 KW, torque

nominal 129,42 N.m e o momento de inercia em 14,182 Kgm2.

Na figura 4 foi possível especificar os parâmetros para instalação de uma soft-

starter dentro de quatro grupos;

• Condição ambiente;

• Condições de montagem / instalação;

• Funcionalidades especiais;

• Modos de operação.



Figura 4 - Parâmetros para definir a soft-starter


Nessa etapa foi possível definir individualmente os parâmetros a ser utilizado

na simulação. A figura 5 mostra quais foram selecionados.

Figura 5 - Ajuste de parâmetros da soft-stater


Como foram realizados os ajustes de acordo com a nossa necessidade, o

software já apresentou qual equipamento é o mais adequado para empregar no

processo.



RESULTADOS E DISCUSSÃO

As simulações computacionais que foram desenvolvidas são as mesmas para todas as partidas. Não foi possível obter os dados do MIT realizando medições em sua partida na prática devido a não conseguir autorização da empresa. Porém todas os parâmetros foram configurados para se obter os resultados mais próximos da realidade.

Na figura 6 é representado o diagrama de blocos desenvolvidos no simulink da chave partida direta.

Figura 6 - Diagrama de blocos partida direta


O diagrama conta com o bloco Three – Phase Source que representa a entrada de tensão de linha e foi especificado com 13,8 KV, com uma resistência interna de 0,1mΩ. o bloco Three - Phase transformer faz a relação de transformação da tensão de 13,8 KV para 380V. O bloco step foi especificado no instante que for 0,1 s ele manda o sinal para o bloco Three - Phase Breaker, que realiza o controle do motor mudando o estado para ‘’1’’, além disso ele foi especificado com um Snubber resistivo igual a 10 KΩ (Rp = 10 KΩ) e capacitivo igual a infinito (Cp = inf). Isto significa que a reatância capacitiva é nula (BRITO, 2006).

Os blocos Scope fazem a medição do sinal em função do tempo (SILVA, 2015). A função desse bloco nessa análise foi realiza a medição das correntes de linha, velocidade síncrona, tensão e o torque eletromagnético.

O bloco Gain apresenta uma variável que é o produto da variável de entrada pelo valor numérico determinado para o bloco (BRITO, 2006). O mesmo foi representado pelo valor de 60/2π, que é o fator de conversão da velocidade em radianos por segundos (rad/s) para rotações por minuto (rpm).

O bloco Fcn (Function) realiza a modificação da variável de entrada (‘’u’’), em função de uma expressão matemática (BRITO, 2006). Para esse estudo o mesmo faz a relação entre o torque da carga com a velocidade rotacional do motor. Considera-se que a carga é do tipo quadrático, então o torque é proporcional ao quadrado da velocidade angular do motor, conforme equação 1 (SILVA, 2015).

Feitas as simplificações necessárias para fins de simulação, adotou – se para todas as partidas o valor de T = 11,87 Nm.

De acordo com Brito (2006) a velocidade síncrona do rotor é muita próxima da velocidade síncrona do campo girante do estator, de acordo com o número de polos. O motor dessa análise possui 4 polos, logo possui uma velocidade síncrona de



1800 rpm ou 188,5 rad/s. Conforme equação 1 tem o valor da constante de proporcionalidade de 3.34x10-4 (k = 3.34x10-4) (SILVA, 2015)

O bloco Asynchronou Machine, é internamente ligado em estrela, não sendo possível uma ligação em delta (BRITO, 2006). Para a simulação foi utilizado o os parâmetros do motor de 40 CV conforme tabela 4.

Na figura 7 é ilustrado corrente de partida do MIT na partida estrela triângulo.

Figura 7 - Corrente de partida método partida direta


Pode ser observado no instante de 0,1 s, a corrente de partida apresenta um valor aproximadamente de 72,2 A. Conforme a carga que é aplicada e a potência elétrica do MIT, pode ocorrer diversas anomalias na rede e no equipamento. Devido a isso os MITs que são aplicados no método de partida direta possuem potência máxima de até 5 CV conforme é estabelecido por norma.

Na figura 8 é ilustrado a velocidade do MIT.

Figura 8 - Velocidade do MIT na partida direta




A vantagem do método de partida é que o MIT atinge velocidade nominal muito rápido. Nessa análise bastou somente 2 s para o MIT atingir a velocidade nominal.

A figura 9 representa o torque instantâneo do MIT na partida direta.

Figura 9 - Torque do MIT na partida direta


Conforme a figura 9 pode-se notar que o torque atinge um valor na ordem de aproximadamente quatro vezes superior ao valor nominal. Devido a esse alto torque resulta em uma aceleração mais rápida do MIT conforme visto na figura 8, ao qual necessita de apenas 2 s para estar em funcionamento normal.

Como no simulink não é possível a ligação em delta do MIT, foi analisado um estudo equivalente, reduzindo a tensão de alimentação em 1/3 da nominal. Para isso foi adicionado o bloco Three Phase Programmable Voltage Source, que foi utilizado para realizar a redução para 33,3% em um intervalo de tempo de 4 s da tensão nominal (BRITO, 2006).

Na figura 10 mostra a corrente de partida do MIT no método estrela-triângulo.

Figura 10 - Corrente de partida no método estrela - triângulo




Pode ser observado que durante um tempo de 2 s como a tensão a está limitada em 33,3% a corrente de partida sofre uma redução proporcional à redução da tensão por fase. Após a 2 s a tensão é reajustada e a corrente sofre um novo aumento igual a partida direta, esse aumento ocorreu devido o motor não atingir uma velocidade próxima a nominal como pode ser verificado na figura 11.

Figura 11 - Velocidade do MIT na partida estrela - triângulo


Percebe-se que em relação a partida direta, o comportamento da velocidade do MIT na partida estrela – triângulo é mais demorada, levando cerca de 3 s para atingir a nominal. Porém o MIT ligado em estrela – triangulo deveria demorar em cerca de 10 s para ficar o mais próximo possível da sua velocidade nominal e não gerar o pico de corrente tão alto.

O torque de partida do motor é ilustrado na figura 12.

Figura 12 - Torque do MIT na partida estrela - triângulo


Em relação a partida direta o torque do MIT no método de partida estrela – triângulo é bem menor. Para cargas muito elevadas não é recomendado que utilize esse método pois o torque é baixo e pode ocasionar anomalias no equipamento.



No processo atualmente está empregado esse método de partida. Os autotransformadores estão ligados no tap de 65%. Como o simulink não dispõe

bloco autotransformador como o modelo em questão necessita, então foi utilizado um transformador Y-Y não aterrado com a potência de 1 KVA que de acordo com BRITO (2006) apresenta um comportamento semelhante.

Além disso, nesse método foi adicionado mais um bloco Three Phase Breaker com um snubber resistivo de 100 Ω, pois o simulink não permite realizar a conexão sem motores a uma chave sem utilizar um snubber (BRITO, 2006).

Na figura 13 é demonstrada a corrente de linha na partida chave compensadora, e como na partida estrela – triângulo a elevação da tensão para o seu valor nominal só deve ocorreu quando o MIT atingiu velocidade próxima a nominal (SILVA, 2015).

Figura 13 - Corrente de partida chave compensadora (step em 4 s)


Na figura 13 pode-se notar que o MIT passa a operar em plena tensão com 4 s, isso ocasionou um pico de corrente de 60 A que se manteve por quase 0,5 s. De acordo com Silva (2015) quando o tap está ligado em 65%, a corrente de partida é reduzida para 42% do valor da partida direta. No caso da figura 41 a corrente só foi reduzida em 17% em relação à partida direta. Para melhora da análise, foi decidido aumentar o tempo que o MIT passa operar em plena tensão para 10 s. conforme figura 14.

Figura 14 - Corrente de partida chave compensadora (step em 10 s)




De acordo com a figura 14, ocorre uma diminuição da corrente de partida quando o MIT irá passar para a plena tensão, isso ocorre devido ao MIT necessitar que a velocidade esteja próxima a nominal quando ocorrer de ficar à plena tensão, igual a partida estrela – triângulo. Para esse caso MIT teve uma redução da corrente de partida em 48% em relação a corrente de partida direta.

O MIT atinge a nominal em 5 s, o que resulta em um pico de corrente muito alto quando o motor passa para plena tensão. A velocidade do MIT alterando o step para 10 s.

O MIT demora mais para atingir a nominal, porém é necessário para não gerar o pico de corrente quando o motor passar a trabalhar em plena tensão como Silva (2015) retratou.

De acordo com Brito (2006) embora o torque seja reduzido no início, a partida chave compensadora permiti um valor maior de tensão por fase.

No início o MIT possui um torque reduzido, aos 4 s o MIT passa para plena tensão, então novamente gera um no pico de torque causando um transitório em cerca de 0,1 s. Isso ocorreu devido ao MIT atingir muito rapidamente a sua nominal.

Pode ser verificado que igual ao anterior o MIT na partida possui um baixo torque, cerca de 10 s o torque se mantem aumentando suavemente, logo após esse tempo o MIT passa a trabalhar em plena tensão, quando isso ocorre o MIT gera um pico de torque, porém não ocorre o transitório como na figura anterior.

Como o intuito dessa análise e observar o comportamento do MIT na partida e realizar a ele um sinal de saída que represente com precisão o sinal gerado por uma soft-starter na área industrial, foi utilizado o diagrama conforme a figura 47 para gerar uma partida em rampa do MIT. Para isso foi utilizado os blocos From Workspace, que de acordo com Brito (2006) tem como objetivo recuperar os dados gerados por um programa e colocá-los a disposição no software MATLAB®.

Esse bloco forma um sinal de controle, que é convertido em sinal de potência para alimentar o MIT através da utilização dos blocos Controlled Voltage Source (BRITO, 2006).

Pode ser observado que em relação a partida direta a corrente é reduzida de forma proporcional à tensão inicial, além disso foi configurado que o término da partida fosse no instante de 1,5 s.

Pode ser verificado que a velocidade do MIT ocorre de forma mais suave em relação as outras partidas, a vantagem da soft-starter é que o valor da tensão pode ser ajustado, permitindo que a velocidade nominal seja alcançada mais rapidamente.

Como na velocidade, o torque com a utilização da soft-starter também apresentou características mais suaves, que em relação as outras partidas.

Não foi possível realizar a simulação da partida com o inversor de frequência. O software possui o bloco PWM, porém falta conhecimento e referências para realizar a parametrização do mesmo.

Após realizar as simulações foi possível obter valores das grandezas elétricas e rotacionais em diferentes tempos que ocorre a partida do motor.



Figura 15 – Gráfico em coluna da tensão de pico do MIT em diferentes métodos de partida


Figura 16 – Gráfico em coluna da tensão rms do MIT em diferentes métodos de partida


Figura 17 – Gráfico em coluna da correte de partida do MIT em diferentes métodos de partida


0

100

200

300

400

500

600

Soma de TENSÃO DE PICO EM0,1 S

Soma de TENSÃO DE PICO APÓS1 S

Soma de TENSÃO PICO APÓS 2 S

0,0050,00

100,00150,00200,00250,00300,00350,00400,00450,00

Soma de TENSÃO RMS EM 0,1 S

Soma de TENSÃO RMS APÓS 1 S

Soma de TENSÃO RMS APÓS 2 S

0

10

20

30

40

50

60

70

80

DIRETA ESTRELATRIANGULO

COMPENSADORA SOFT-START

Soma de CORRENTE EM 0,1 S

Soma de CORRENTE APÓS 1 S

Soma de CORRENTE APÓS 2 S



Figura 18 -Gráfico em coluna do torque do MIT em diferentes métodos de partida


Figura 19 - Gráfico em coluna da velocidade do MIT em diferentes métodos de partida


O software win soft-starter dimensionou um equipamento que atende o objetivo dessa análise.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Está análise propôs o estudo que tem por finalidade identificar os melhores métodos de partidas para os motores de sucção de pó de uma cervejaria na região de Ponta Grossa – PR, no setor de armazenagem de malte.

Para ser obter melhores resultados, realizaram-se inspeções sobre o motor e simulações com o software MATLAB®, através da ferramenta simulink e do software de dimensionamento da siemens win soft-starter.

As simulações permitiram identificar como se comporta a corrente na partida do motor, com a finalidade de fazer a melhoria e reduzir os custos com manutenções corretivas sobre o equipamento.

Em alguns casos houve uma pequena perca de tensão que foram definidos como afundamentos e que caracteriza como problema na qualidade de energia. Ao

0

10

20

30

40

50

60



Soma de TORQUE EM 0,1 S

Soma de TORQUE APÓS 1 S

Soma de TORQUE APÓS 2 S

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000



Soma de VELOCIDADE EM 0,1 S

Soma de VELOCIDADE APÓS 1 S

Soma de VELOCIDADE APÓS 2 S



verificar as simulações percebe-se que o torque está proporcionalmente interagindo com a corrente de partida. Em alguns métodos notou-se que quando mais próximo da velocidade nominal o MIT se encontra menor será a corrente de partida, porém nos métodos de partidas eletromecânicas não é possível realizar esse controle, para isso se faz necessário instalar equipamentos que realizam a partida de forma eletrônica. Na simulação a soft-starter se apresentou um equipamento eficiente, todas as grandezas aumentaram de forma gradativa, e não houve afundamento da tensão quando o motor atingiu a tensão plena.

Conclui-se também que o método atualmente empregado atende parcialmente os requisitos para operação do MIT no processo. Porém recomenda-se que seja feito a renovação para um modelo mais eficiente, considerando que o mesmo está em funcionamento a mais de vinte anos, por meio de planejamento a médio e longo prazo, motivo que esse investimento trará economia com gastos de energia.

Apesar de serem mais baratos que as soft-starters e inversores de frequência, as chaves compensadoras ocupam maiores espaços submetendo a instalação de maiores painéis, semelhante à partida direta e estrela-triângulo. Como os motores são acionados diariamente conforme a disponibilidade de malte recomenda-se que seja utilizado método de partidas mais suaves como os modelos citados acima, soft-starter e inversores de frequência. Além de melhorarem a estética trará mais benefícios, como, aumentando a vida útil do MIT, melhora na eficiência energética e diminuição de quebras mecânicas.

Para trabalhos futuros sugere-se que seja feito a modelagem da partida chave compensadora para uma soft-starter a fim de permitir uma análise mais aprofundada dos afundamentos das tensões na prática.

Para o inversor de frequência pode ser verificado o comportamento da velocidade do MIT em relação à frequência parametrizada. Verificando se haverá melhora na eficiência energética.

REFERÊNCIAS

AGENOR GOMES PINTO GARCIA. Impacto da Lei de Eficiência Energética para

Motores Elétricos no Potencial de Conservação de Energia na Indústria. 2003. 121 p.

Mestre em planejamento energético – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de

Janeiro – RJ, 2003.

ALBERTO CARLOS DA COSTA CLETO. Motores elétricos de alto rendimento. 2012.

93 p. Dissertação realizada no âmbito do mestrado integrado em engenharia

eletrotécnica e de computadores – Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto. Porto, 2012.

ALINE FRAGA SILVA. Impacto do acionamento de motores de indução na qualidade

da energia elétrica. 2015. 149 p. Monografia apresentada como requisito para

obtenção do título de bacharel em engenharia elétrica – Instituto Federal de Minas

Gerais. Formiga, 2015.

ANTÔNIO DANIEL CATUNDA PERES. Módulo de Controle Aplicado à Automação

Agrícola. 2011. 45 p. Monografia para obtenção do grau de engenheiro eletricista –

Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011.



ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 17094: Máquinas

elétricas girantes - Motores de indução. Rio de Janeiro, 2008.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5410: Instalações

Elétricas de Baixa Tensão: Motores Elétricos. Rio de Janeiro, pg 154. 2004.

BRITO, C.M.C. Modelagem computacional de métodos de partida de um motor de

indução trifásico no simulink/matlab. ll Congresso de Pesquisa e Inovação de Rede

Norte Nordeste de Educação Tecnológica. João Pessoa – Paraíba, 2007.

CABRAL, E.L.L; DRIEMEIER. L. Sistemas dinâmicos usando a ferramenta MATLAB.

2010. 100 p. Universidade de São Paulo – Escola politécnica – São Paulo, 2010.

CARLOS TEXEIRA DE ANDRADE NETO. Análise de um Motor de Indução Trifásico

Submetido a Tensões de Alimentação Distorcidas. 2012. 48 p. Monografia para

obtenção do grau de engenheiro eletricista – Universidade Federal de Viçosa Centro

de Ciências Exatas e Tecnológicas Departamento de Engenharia Elétrica – MG –

2012

CATALOGO WEG 2015. Motores Elétricos Assíncronos e Síncronos de Média Tensão

– Especificação, Característica e Manutenção. 2015

CHAPMAN, STEPHEN J. Fundamentos de máquinas elétricas / Stephen J. Chapman.

– 5. Ed. – Porto Alegre: AMGH, 2013.

DAIANE APARECIDA ALVES. Técnica de detecção de falhas em barras do rotor nos

motores de indução trifásicos. 2017. 93 p. Dissertação apresentada à obtenção de

grau de mestre em engenharia elétrica – Universidade Federal de São João Del-Rei.

São João del-Rei, 2017.

DIAS, P.M.C. O nascimento da lei dinâmica. Revista brasileira de Ensino de Física.

Rio de Janeiro, julho 2005.

DIEGO MORAES DE CARVALHO. Dimensionamento da potência mecânica de

motores elétricos de indução trifásico gaiola pelo critério de aceleração. 2013. 74 p.

Monografia para obtenção de grau de engenheiro eletricista – Instituto Federal de

Goiás, Jataí – GO, 2013.

ELETROBRAS. Motor elétrico premium. 2016. 64 p. Rio de janeiro, 2016

FÁBIO GONÇALVES GONÇALEZ. Estado do motor de indução trifásico e

desenvolvimento de um dispositivo de proteção efetiva de motores operando em

condições anormais: Rotor bloqueado e falta de fase. 2007. 123 p. Dissertação

submetida à obtenção do grau de mestre em engenharia mecânica – Universidade

Federal de Santa Catarina. Florianópolis, 2007.

FRACHI, CLAITON MORO. Inversores de Frequência: Teoria e Aplicações. – 2.ed. –

São Paulo. Érica. 2009



FRANCHI, CLAITON MORO. Acionamentos Elétricos. – 3.ed. – São Paulo. Érica.

2008.

GATI, R.R. Modelagem computacional no simulink para análise na partida direta de

motores de indução trifásicos. Sinergia, São Paulo, v. 16, n. 4, p. 287-293, out./dez.

2015.

GIL, A.C. Métodos e Técnicas de Pesquisa Social. – 6.ed. – São Paulo. Atlas. 2008.

LAKATOS, E.V. Fundamentos de Metodologia Científica. – 5.ed. – São Paulo. Atlas

2003.

MAMEDE FILHO, JOÃO. Instalações Elétricas Industriais / João Mamede Filho. -

8.ed. – Rio de Janeiro: LTC, 2010. p.226.

MEDEIROS, M.F; ARAÚJO, A.L.A; SOUZA, G.D; SALAZAR, A.O; OLIVEIRA, J.T.

Simulação de Partida de Motores Através de Soft-Starter Utilizando o ATPDraw. XVIII

Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétrica. Olinda – Pernambuco, página

1, outubro 2008.

NORMAS TÉCNICAS COPEL. Fornecimento em tensão secundária de distribuição

NTC 901100. Curitiba - PR, 2016

PAZZINI, L. H. A., Acionamentos Elétricos. Faculdades Integradas de São Paulo –

FISP, São Paulo, 2007.

RAPHAEL SALIN. Compensação dinâmica de reativo na partida de motores de

indução. 2011. 54p. Monografia apresentada como requisito parcial à conclusão do

curso de engenharia elétrica – Universidade Federal do Paraná. Curitiba, 2011.

ROBERTO AKIRA YAMACHITA. Determinação de perdas e rendimentos em motores

elétricos empregando termografia infravermelha. 2013. 158 p. Tese submetida ao

programa de pós – graduação em engenharia elétrica – Universidade Federal de

Itajubá. Itajubá – MG. 2013.

SILVA, F.B.B; SIMONETTI, D.S.L.; FARDIN, J.F; URTUBI, I.D.L.V.; ORLANDO,

M.T.D. Limitador de Corrente de Partida de MIT Utilizando Supercondutor HTSC

resistivo. XVIII Congresso Brasileiro de Automática, página 03-04, Setembro, 2010.

Disponível em:

https://www.researchgate.net/profile/Domingos_Simonetti/publication/266506102_LI

MITADOR_DE_CORRENTE_DE_PARTIDA_DE_MIT_UTILIZANDO_SUPERCOND

UTOR_HTSC_RESISTIVO/links/54625b6b0cf2837efdaff86b.pdf. Acesso em:

19.Maio.2018.

Win soft-starter Siemens. Software de simulação e especificação para soft starters

SIRIUS 3RW. Versão 1.1-BR. 2011. Disponível em:

https://w3.siemens.com.br/home/br/sirius/Pages/portalsirius.aspx?tabcardname=Acio

namentos Acesso em 30/10/2018.



AUTORIA

Inserir aqui os dados completos do autor responsável pelo trabalho:

Nome completo: Igor Viana Guimarães; Gabriel Vigiano; Eduardo Moletta; Bianca

Brekailo Silveira Nunes; Angelo Kuhn Borkowski

Filiação institucional: Faculdades Integradas dos Campos Gerais - CESCAGE

Departamento: Engenharia Elétrica

ANÁLISE DE DIFERENTES MÉTODOS DE PARTIDAS EM MOTORES DE …

Documents

Transcript of ANÁLISE DE DIFERENTES MÉTODOS DE PARTIDAS EM MOTORES DE …