Aula 26 - Energização de motor de indução trifásico com 6 terminais

Os Motores de Indução Trifásicos são compostos basicamente de duas partes: um estator e um rotor. O estator constitui a parte estática de um motor e o rotor sua parte móvel.

Figura 01 - Vista Explodida MIT.

O estator é composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente para reduzir ao mínimo as perdas por correntes parasitas e histerese. Estas chapas têm o formato de um anel com ranhuras internas (vista frontal) de tal maneira que possam ser alojados enrolamentos que deverão criar um campo magnético no estator.
O rotor, composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente como o estator, tem também o formato de um anel (vista frontal), com os enrolamentos alojados longitudinalmente.
O motor de indução é o motor de construção mais simples. O estator e rotor são montados solidários, com um eixo comum aos “anéis” que os compõem.

Figura 02 - Campo Giratório em MIT.

A aplicação de uma tensão nos enrolamentos do estator irá fazer com que apareça uma tensão nos enrolamentos do rotor. Assim o estator pode ser considerado como o primário de um transformador e o rotor como seu secundário. O espaço entre o estator e o rotor é denominado entreferro. Os enrolamentos, ou bobinas, são em número de três. Estas bobinas, alojadas nas ranhuras do estator, podem ser ligadas em estrela ou triângulo. No rotor os enrolamentos, enrolados longitudinalmente a seu eixo, podem ser realizados de duas maneiras, o que dá origem a dois tipos de rotor: Rotor Gaiola de Esquilo e Rotor Bobinado.

Figura 03 - Motor de indução trifásico
de 6 pontas na ligação Triângulo - 220 VAC.

O funcionamento de um motor de indução trifásico baseia-se no princípio do acoplamento eletromagnético entre o estator e o rotor, pois há uma interação eletromagnética entre o campo girante do estator e as correntes induzidas nas barras do rotor, quando estas são cortadas pelo campo girante.
O campo girante é criado devido aos enrolamentos de cada fase estarem espaçados entre si de 120º. Sendo que ao alimentar os enrolamentos com um sistema trifásico, as correntes I1, I2 e I3 originarão seus respectivos campos magnéticos H1, H2 e H3, também, espaçados entre si 120°.
Além disso, como os campos são proporcionais às respectivas correntes, serão defasados no tempo, também de 120° entre si. A soma vetorial dos três campos H1, H2 e H3, será igual ao campo total H resultante.

Figura 04 - Motor de indução trifásico
de 6 pontas na ligação Estrela - 380 VAC.

A composição do campo gerado pela corrente induzida no rotor com o campo girante do estator resulta em uma força de origem magnética que gera um conjugado no eixo do motor, tendendo a fazer o rotor girar no sentido do campo girante. Se o conjugado é suficiente para vencer o conjugado resistente aplicado sobre o eixo, o rotor começa a girar. A energia elétrica fornecida ao estator pela rede é transformada em energia mecânica através do eixo do motor.
O motor de Indução de 6 pontas - São fabricados para operar com 2 tensões relacionadas por 1,73, usualmente 220-380 V ou 380-660 V. Na tensão mais baixa serão ligados em triângulo e na mais alta em estrela.
Já o Motor de 9 pontas - Podem ser ligados em tensões relacionadas por 2, como 220-440 V ou 230-460 V. Na tensão mais baixa os enrolamentos são ligados em paralelo (yy - estrela paralela) e na tensão mais alta são conectados em série (Y - estrela série).

Figura 05 - Energização de Motor de indução trifásico

de 6 pontas na ligação Estrela - Triângulo Manual.

Diagrama elétrico disponível em : Motor Trifásico com Reversão Manual: 16_04_25 Trifásico Reversão Manual ; e em Motor Trifásico com Trifásico YD Manual: 16_04_26 Trifásico YD Manual ;

Veja dados técnico de motores de indução Monofásicos e Trifásicos no link: <<  16_03_005 Motor Monofásicos e Trifásicos  >>.

© Direitos de autor. 2016: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 21/04/2016.

Aula 25 - Inspeção e manutenção em Motor de Indução Trifásico

Antes de ser desmontado, todo motor deve sofrer uma inspeção visual apropriada e ser submetido a testes elétricos para determinar o estado dos enrolamentos. 

Na inspeção visual o técnico deverá observar e anotar na ficha de conserto as seguintes condições: Estado da carcaça: quebrada ou trincada; pé quebrado ou trincado; caixa de ligação quebrada, trincada ou faltando; Eixo: quebrado, trincado ou torto; canal de chaveta danificado; com ou sem chaveta; Tampas (do lado do acoplamento e oposto ao acoplamento): quebrada ou trincada. Caixa de ligação: quebrada, trincada ou faltando. Acoplamento: tipo de acoplamento (rígido ou flexível); trincado, quebrado ou gasto.

Os testes elétricos para determinar o estado dos enrolamentos deve ser executados com Megômetro e Multímetro. Os Testes elétricos a serem realizados são: resistência do isolamento; resistência ôhmica.

Caso os motores possuam sensores de temperatura devemos: Sensores: identificar o tipo do sensor, medir a temperatura de desligamento e efetuar testes para certificar-se do estado de sua integridade física e capacidade de funcionamento. Os resultados dos testes elétricos determinarão o estado dos enrolamentos do estator,  indicando se o mesmo está bom ou deve ser reenrolado.

É de fundamental importância anotar na Ficha de Conserto todas as situações encontradas no motor na inspeção visual e todas as medidas feitas nos  componentes analisados.

Acima é visto a face frontal de uma Ficha de Conserto, onde aparecem os campos que são importantes e necessários o seu preenchimento. Esses dados servirão para a tomada de importantes decisões quanto a ações mecânicas a serem adotadas. Sempre leia com muita atenção os números escritos na face dos rolamentos. Um pequeno descuido com a omissão de uma letra ou número pode destorcer totalmente o tipo do novo rolamento a ser aplicado. Importante, também, obter medidas exatas nos acentos dos rolamentos dos eixos. Da acuidade dessas medidas dependerão ações para metalizar ou não o eixo. Todas as etapas do processo de manutenção preventiva e corretiva deverão ser documentadas com fotos digitalizadas.

Dependendo da importância ou do tamanho do equipamento, é desejável que você tire fotos antes mesmo do embarque ou desembarque. Fotografe a posição do motor em cima da carreta em vários ângulos quando se tratar de equipamentos de grande porte.

DESMONTAR MOTOR

Figura 01 - Peças de motor de indução.

Antes de iniciar a desmontagem, tenha em mãos: a) - Uma caneta de tinta especial para assinalar o número da Ficha de Conserto em todos os componentes. b) - Uma  caixa de plástico limpa, onde deverá depositar os componentes pequenos do motor, à medida que vão sendo retirados.

Notas: 1 - Nunca esqueça de escrever com caneta de tinta especial o número da FC em todas as peças a medida em que você vai desmontando. 2 - Quando for rebobinar, retire com cuidado a placa de identificação do motor, a placa de ativo fixo  outras placas fixadas na carcaça do motor e  guarde-as cuidadosamente na  caixa de componentes do motor. Certifique-se se não há travas internas no eixo, como parafusos tipo allem sem cabeça.

REMOVER ACOPLAMENTO

Figura 02 - Acoplamento desmontado.

1 - Certifique: se o motor está colocado  em superfície plana e se os pés estão em perfeito contato com essa superfície; se o local está limpo e se as ferramentas que serão utilizadas estão disponíveis e em boas condições de uso, se o sacador é o apropriado para o tipo de acoplamento ou se o Pistão Hidráulico está com o dispositivo correto. Essas precauções  evitam acidentes de queda do motor ou quebra do acoplamento ou dispositivos que estão sendo utilizados.

2 - Aplique a força necessária para remover o acoplamento e observe  atentamente se o acoplamento está deslizando sobre o eixo sem arrastar material. Caso necessário, aqueça o acoplamento utilizando “turbo-tourch” e distribua a chama ao longo  de toda superfície externa do acoplamento. À medida que o acoplamento tenha sua temperatura aumentada, permaneça exercendo força constante no sacador ou pistão hidráulico. Dê um adequado volume de chama e distribua o calor em toda superfície do acoplamento,  de forma que a dilatação possa se processar ao longo de toda superfície e o  mais rápido possível. Cuide para que a chama não se concentre só numa pequena região do acoplamento, o que poderá provocar danos ao mesmo.
3 - Em casos mais críticos de acoplamentos "encalacrados”, paralelamente às medidas acima descritas, resfrie o eixo colocando sacos de gelo na ponta do eixo e nos locais do eixo que possam provocar a contração de suas moléculas.
4 - Se, apesar dessas medidas, o acoplamento permanecer fixado ao eixo, pare o processo e estude outras alternativas, inclusive a de destruição do acoplamento e fabricação de um outro.

REMOVER TAMPAS

1 - Certifique-se que as chaves que vai utilizar são apropriadas para desparafusar as tampas. Antes de iniciar a operação verifique as medidas dos parafusos que vai remover e confira se sua chave está correta. Nunca utilize chaves em polegadas para parafusos em milímetros ou vice-versa.
2 - Certifique-se que a caixa onde você vai colocar os parafusos e peças do motor está  limpa e com a identificação do número da Ficha De Conserto escrito nela.
3 - Comece retirando os parafusos da tampa de cobertura.
4 - Remova, em seguida, os parafusos da  tampa LOA  (lado oposto ao acoplamento).
5 - Para separar a tampa da carcaça, se necessário, use uma cunha de aço.
MEDIR RESISTÊNCIA DE ISOLAMENTO 

Um dos testes mais necessários antes de energizar qualquer motor elétrico trifásico é medir a resistência do isolamento. A resistência de isolamento de um motor ou gerador pode variar conforme seu tamanho ou pelas características de seu projeto. As medidas, ainda, podem ser afetadas pelas condições de umidade, temperatura ou pela magnitude do teste e sua duração Tem-se como padrão considerar que a resistência mínima de um isolamento nunca poderá estar abaixo do resultado da seguinte fórmula:
Rm = Tensão nominal em kV + 1, (em MΩ) a 40ºC
Se o equipamento estiver em outra temperatura, será necessário efetuar os cálculos para correção ao equivalente ao valor de 40ºC. Aqui tem uma tabela que poderá ser usada para correção da temperatura.
O equipamento a ser testado deve estar desenergizado e desconectado de qualquer outro equipamento ou cabos.
Na tabela ao lado, o eixo x (horizontal) indica a temperatura que se encontra o isolamento a ser medido e o eixo y (vertical) é uma constante, a qual você deve utilizar procedendo conforme abaixo descrito.
Exemplo para aplicação da Tabela: Se você, medindo a resistência do isolamento do estator de um motor, obteve um valor de 5300 megohms a temperatura de 65ºC, multiplique esse valor pelo coeficiente  onde a linha vertical da temperatura cruza com a linha diagonal da tabela No caso do exemplo acima, seria multiplicar 5300 por 5 e então você teria a resistência de 26500 megohms que seria o valor a 40º C.
Você precisa ter em mãos os equipamentos a seguir indicados, antes de iniciar seu trabalho de medição da resistência do isolamento: Megôhmetro, Termômetro e Cronômetro.
O Megôhmetro nas escalas citadas acima servirá, também, para você obter os índices de polarização, absorção e envelhecimento dos enrolamentos. Nunca esqueça de usar os Equipamentos de Proteção Individual ao realizar este teste.
Certifique-se que o equipamento que você está testando está desconectado de qualquer outro. Verifique a temperatura do equipamento. Ela deve estar próxima aos 40ºC. Se estiver muito acima ou
abaixo dos 40ºC, você deverá usar a tabela de conversão mostrada anteriormente.
Em um motor com 6 cabos de saída, ligação triângulo, 220V, temos a ligação: Cabo 1 ao cabo 4, Cabo 2 ao cabo 5 e Cabo 3 ao cabo 6.
Passo 1: Conecte o terminal de saída cor preta do Megôhmetro no cabo 1 do motor e o terminal de saída cor vermelha do Megôhmetro no no cabo 2 do motor.
Observe que estamos passando o Megôhmetro na escala de 500V, mesmo para motores ligados internamente para menores tensões, podemos fazer a medição da resistência do isolamento usando Megôhmetro na escala  de 500V.

Lembre-se que você está trabalhando com tensões de 500V a 5000V e, portanto, deve tomar todos os cuidados necessários para proteger sua integridade física e a integridade dos demais.
Antes de ligar o Megôhmetro, certifique-se se todas as medidas de segurança estão sendo obedecidas e se você está usando os EPI´s apropriados para essa operação. Se necessário, isole a área onde você estará realizando o teste.
Passo 2: Ligue o Megôhmetro, aperte a tecla de medida e observe o valor medido. Estabilizado o valor, dispare o cronômetro e espere 60 segundos, com esse tempo podemos verificar índice de polarização e absorção. Anote em uma ficha o valor obtido, considerando a escala que você utilizou.
Conecte o terminal vermelho do Megôhmetro ao cabo 2 e repita as operações dos passos e anote os resultados. Conecte o terminal preto do Megôhmetro ao cabo 3 do motor, repita as operações e anote os resultados. Como se trata de um motor de 12 pontas, repita as mesmas operações para os cabos 4, 5 e 6 e terá concluída a medição de resistência entre fases do motor.

Para medir a resistência do isolamento contra massa, você deve proceder da mesma forma que foi mostrado anteriormente. A diferença, agora, é que você vai medir a resistência do isolamento contra massa e não mais contra as fases do motor. Observe que o cabo preto do Megôhmetro deverá ficar firmemente fixado à carcaça do motor.
Da mesma forma que fizemos anteriormente, devemos registrar num formulário os valores obtidos na medição da resistência do isolamento do estator do motor contra massa. Terminado o processo de medição da resistência do isolamento tanto entre fases do motor quanto contra massa, podemos
considerar o motor apto a entrar em operação se os valores obtidos atenderem ao mínimo estabelecido pela fórmula vista no início deste trabalho.
A especificação correta do motor (tensão, frequência, polaridade, grau de proteção, entre outros) para sua aplicação é o primeiro requisito básico para que o tempo de vida útil do motor seja alto. Porém, não é apenas isto que irá garantir o correto funcionamento. A instalação, manutenção e operação corretas são impressindiveis. Caso ocorra a queima de um motor elétrico, a primeira providência a se tomar é identificar a causa (ou possíveis causas) da queima, mediante a análise do enrolamento danificado. É fundamental que a causa da queima seja identificada e eliminada, para evitar eventuais novas queimas do motor. Para auxiliar na análise, as fotos e o quadro abaixo apresentam as características de alguns tipos de queimas de enrolamentos e suas possíveis causas.

A vida útil do enrolamento de um motor elétrico pode ser menor se for exposto à condições de operação desfavoráveis, seja elétricas, mecânicas ou de meio ambiente.
As fotos ilustram o que pode acontecer nesta circunstância, auxiliando a identificação das causas para que se possa tomar providências preventivas.

Veja resumo de tipos de falhas em motores monofásicos no link: << 16_02_006 WEG Falhas em Motores Trifásicos.pdf >>.

Vista explodida de motores monofásicos no link: 16_02_012 Vista Explodida em Motores Trifásicos.pdf .

O arquivo para análise de isolação de máquinas elétricas com Megômetro analógico elaborado por Sinésio Gomes pode ser baixado em: 23_08_02 Manutenção - Análise de isolação de máquinas elétricas – Máquina desligada.

 © Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/02/2015

Aula 24 - Inspeção em Motor de Indução Monofásicos

Construtivamente, os motores monofásicos são semelhantes aos trifásicos, com a diferença de possuírem um único enrolamento de fase. Sua grande vantagem é a de poderem ser ligados à tensão de fase das redes elétricas, normalmente disponíveis em residências e pequenas propriedades rurais - ao contrário do que sucede com as redes trifásicas. Em contrapartida, possuem o inconveniente de serem incapazes de partir sem a ajuda de um circuito auxiliar, o que não ocorre com os motores trifásicos.
Em uma comparação com motores trifásicos, os monofásicos apresentam muitas desvantagens: apresentam maiores volume e peso para potências e velocidades iguais (em média 4 vezes); seu custo é mais elevado que os de motores trifásicos de mesma potência e velocidade; necessitam de manutenção mais apurada devido ao circuito de partida e seus acessórios; apresentam rendimento e fator de potência menores para a mesma potência; apresentam maior consumo de energia; possuem menor conjugado de partida e são difíceis de encontrar no comércio para potências mais elevadas (acima de 10 cv).

Motores monofásicos não podem partir sozinhos porque não conseguem formar o campo girante, como fazem os motores trifásicos. O campo pulsante sempre tem a mesma direção e não permitindo a indução de correntes significativas nos enrolamentos rotóricos.

Porém, se de alguma forma se puder conseguir um segundo campo com defasagem de 90° em relação à alimentação, se terá um sistema bifásico, com a conseqüente formação de um campo girante capaz de promover a partida, como mostra a figura ao lado. Existem várias maneiras de proporcionar esta defasagem. Cada uma delas corresponde a um determinado tipo de motor monofásico, como se verá na próximas seções.

É importante salientar que após atingir certa velocidade (entre 65 - 80% de sua velocidade síncrona), o motor pode continuar trabalhando com uma só fase. Isto quer dizer que, após acelerado, o circuito auxiliar de partida pode ser "desligado" sem que o motor pare.

A especificação correta do motor (tensão, frequência, polaridade, grau de proteção, entre outros) para sua aplicação é o primeiro requisito básico para que o tempo de vida útil do motor seja alto. Porém, não é apenas isto que irá garantir o correto funcionamento. A instalação, manutenção e operação corretas são impressindiveis. Caso ocorra a queima de um motor elétrico, a primeira providência a se tomar é identificar a causa (ou possíveis causas) da queima, mediante a análise do enrolamento danificado. É fundamental que a causa da queima seja identificada e eliminada, para evitar eventuais novas queimas do motor. Para auxiliar na análise, as fotos e o quadro abaixo apresentam as características de alguns tipos de queimas de enrolamentos e suas possíveis causas.
A vida útil do enrolamento de um motor elétrico pode ser menor se for exposto à condições de operação desfavoráveis, seja elétricas, mecânicas ou de meio ambiente.
As fotos ilustram o que pode acontecer nesta circunstância, auxiliando a identificação das causas para que se possa tomar providências preventivas.

Veja resumo de tipos de falhas em motores monofásicos no link: <<  16_02_001 WEG Falhas em Motores Monofásicos.pdf >>.

Vista explodida de motores monofásicos no link: 16_02_011 Vista Explodida em Motores Monofásicos.pdf .

Diagrama elétrico para energização do motor de indução monofásico com capacitor de partida disponível em: 19_09_09_CH_Motor_monofásico_com_reversão_manual .

O arquivo para análise de isolação de máquinas elétricas com Megômetro analógico elaborado por Sinésio Gomes pode ser baixado em: 23_08_02 Manutenção - Análise de isolação de máquinas elétricas – Máquina desligada.

© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/03/2017

Aula 23 - Correção de Fator de Potência

A maioria das cargas das unidades consumidoras consome energia reativa indutiva, tais como: motores, transformadores, reatores para lâmpadas de descarga, fornos de indução, entre outros. As cargas indutivas necessitam de campo eletromagnético para seu funcionamento, por isso sua operação requer dois tipos de potência: Potência ativa: potência que efetivamente realiza trabalho gerando calor, luz, movimento, etc. É medida em kW e Potência Reativa: potência usada apenas para criar e manter os campos eletromagnéticos das cargas indutivas. É medida em kvar. 

Assim, enquanto a potência ativa é sempre consumida na execução de trabalho, a potência reativa, além de não produzir trabalho, circula entre a carga e a fonte de alimentação, ocupando um espaço no sistema elétrico que poderia ser utilizado para fornecer mais energia ativa.

O fator de potência é a razão entre a potência ativa e a potência aparente. Ele indica a eficiência do uso da energia. Um alto fator de potência indica uma eficiência alta e inversamente, um fator de potência baixo indica baixa eficiência energética. Um triângulo retângulo é frequentemente utilizado para representar as relações entre P (kW), Q (kvar) e S (kVA), conforme a Figura.

A energia reativa, ao sobrecarregar uma instalação elétrica, inviabiliza sua plena utilização, condicionando a instalação de novas cargas a investimentos que seriam evitados se o fator de potência apresentasse valores mais altos. O “espaço” ocupado pela energia reativa poderia ser então utilizado para o atendimento de novas cargas.

Os investimentos em ampliação das instalações estão relacionados principalmente aos transformadores e condutores necessários. O transformador a ser instalado deve atender à potência total dos equipamentos utilizados, mas devido a presença de potência reativa, a sua capacidade deve ser calculada com base na potência aparente das instalações.

Uma forma econômica e racional de se obter a energia reativa necessária para a operação adequada dos equipamentos é a instalação de capacitores próximos desses equipamentos. A instalação de capacitores porém, deve ser precedida de medidas operacionais que levem à diminuição da necessidade de energia reativa, como o desligamento de motores e outras cargas indutivas ociosas ou superdimensionadas.

A correção do fator de potência por si só já libera capacidade para instalação de novos equipamentos, sem a necessidade de investimentos em transformador ou substituição de condutores para esse fim específico.

Para iniciar um projeto de Correção do Fator de Potência deveremos seguir inicialmente duas etapas básicas:

1. Interpretar e analisar os parâmetros elétricos das instalações: nas Empresas em Operação, através das medições efetuadas e nas Empresas em Projeto, através dos parâmetros elétricos presumidos;

2. Ter em mãos e interpretar as especificações técnicas de todos os materiais que serão empregados na execução do projeto.

A correção pode ser feita instalando os capacitores, tendo como objetivos a conservação de energia e a relação custo/benefício. A Correção localizada é obtida instalando-se os capacitores junto ao equipamento que se pretende corrigir o fator de potência e representa, do ponto de vista técnico, a melhor solução, apresentando as seguintes vantagens: reduz as perdas energéticas em toda a instalação; diminui a carga nos circuitos de alimentação dos equipamentos; pode-se utilizar em sistema único de acionamento para a carga e o capacitor, economizando-se um equipamento de manobra; gera potência reativa somente onde é necessário. 

Cálculo da Capacitância do Capacitor

Quando se corrige um fator de potência de uma instalação, consegue-se um aumento de potência aparente disponível e também uma queda significativa da corrente. 

Diagrama elétrico para energização do motor de anel em curto e correção do fator de potência disponível em: 23_06_01_Motor_monofásico_série_com_correção_de_fator_potência e modelo paralelo de 23_06_09 Diagrama de motor monofásico paralelo com correção de fator de potência .

© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/02/2015

Aula 22 - Trabalho, Potencia Elétrica, Mecânica e Rendimento em Motores de indução

A potência mecânica é definida como sendo a força aplicada sobre um corpo, para deslocá-lo uma certa distância em um determinado intervalo de tempo. 

Figura 01 - Força e Potência.

James Watt foi um engenheiro que celebrizou-se por seu trabalho a respeito e foi o criador dos termos watts e hp (Horse Power).

Em avaliações que ele realizou junto aos cavalos que retiravam carvão das minas, Watt concluiu que em média, cada cavalos era capaz de içar dos fundos das minas, cerca de 330 libras (149.7 kg) de carvão, por uma distância de 100 pés (30.48 metros) em um intervalo de 1 minuto (60 Segundos), ou seja, 33000 lb.ft/min (746,7 W). Tal potência ficou conhecida e é utilizada até hoje, como sendo o equivalente a 1 hp.

O Trabalho e Potência Mecânica de um motor é definido pela força do motor. A Força é o produto da massa pela aceleração, peso é uma força que age sobre a massa pela aceleração da gravidade (g = 9,81 m/s2), sua unidade é N ou Kgf. 

Define-se como trabalho mecânico o produto da força aplicada a um determinado corpo pelo deslocamento do mesmo, sua unidade é o [Nm] ou [J]. O trabalho necessário para elevar um corpo de 150 kgf a uma altura de 30 m é: 4500 Kgf.m

Força, Potencia Mecânica e Elétrica em Motores

Força é o produto da massa pela aceleração, peso é uma força que age sobre a massa pela aceleração da gravidade (g = 9,81 m/s2), sua unidade é N ou Kgf.

Define-se como trabalho mecânico o produto da força aplicada a um determinado corpo pelo deslocamento do mesmo, sua unidade é o [Nm] ou [J]. O trabalho necessário para elevar um corpo de 150 kgf a uma altura de 30 m é: 4500 Kgf.m .

Figura 02 - Potência mecânica.

A potência mecânica é o trabalho mecânico realizado na unidade de tempo (1 j/s = 1 watts). A potência mecânica necessária para elevar um corpo de 150 kgf a uma altura de 30 m em 60 segundos é: 75 Kgf.m/s. Como a força (da gravidade) que se opõe ao  movimento é de 9,81 m/s2, temos 75 x 9,81 = 736 Watts = 1 cv.

Para movimentos circulares, a distância é substituída pela velocidade periférica, isto é, pelo caminho percorrido em metros na periferia da peça girante em um segundo.
Onde: v = Velocidade angular em m/s, d = Diâmetro da peça em metros e n = Velocidade em rpm. 

O dispositivo mais antigo, utilizado até os dias de hoje, para medir a potência do motor é constituído por um volante circundado por uma cinta conectada a um braço cuja extremidade se apoia sobre a plataforma de uma balança. O volante, acionado pelo motor, tem o seu movimento restringido pela pressão aplicada à cinta, que transmite o esforço ao braço apoiado sobre a balança. A partir das leituras da balança, calcula-se o esforço despendido pelo motor. Esse dispositivo é conhecido como FREIO DE PRONY.

Com os elementos acima, sabendo-se que a periferia do volante percorre, no intervalo de uma rotação, a distância 2π r contra a força de atrito f, aplicada pela cinta, então, em cada rotação, tem-se:
Trabalho=2π rf. O conjugado resistente ao atrito é formado pelo produto da leitura P da balança pelo valor do comprimento do braço de alavanca R e será exatamente igual ao produto r vezes f, conjugado que tende a mover o braço. Logo: r.f=P.R e, em uma rotação, Trabalho = 2π PR. Se o motor funcionar a N rpm, o Trabalho por minuto será dado por: = 2π PRN.
A expressão acima define a potência desenvolvida pelo motor, que pode ser expressa em HP (Horsepower) ou em CV (Cavalo-vapor), dependendo das unidades empregadas.

Figura 03 - Potência elétrica ativa.

A potência elétrica (P) é calculada pela fórmula ao lado que representa o consumo de energia. Onde: U = tensão da rede em volts; I = intensidade da corrente em amperes e cos* é o fator de potência.

Potência ativa é a parte da potência aparente que é realmente transformada em energia. É obtida do produto entre a potência aparente e o fator de potência. Se a carga for puramente resistiva o cos ϕ = 1, a potência ativa e a potência aparente terão o mesmo valor.

Figura 04 - η (Rendimento)

O Fator de potência é indicado usualmente pela expressão  e representa o ângulo de defasagem da tensão em relação à corrente, além de representar a relação entre a potência real P (ativa, efetivamente transformada em trabalho) e a potência aparente S. 

A potência aparente é a soma vetorial da potência ativa e da potência reativa Q, potência esta que não realiza trabalho e é transferida e armazenada nos elementos passivos (capacitores e indutores) do circuito.

O rendimento, também conhecido pelo símbolo η, representa a relação entre a potência real ou útil Pu (efetivamente transferida para a ponta do eixo) e a potência total absorvida da rede Pa, ambas são potências ativas. O rendimento é calculado pela fórmula ao lado. Onde: Pu = Potência mecânica e Pa = Potência elétrica.  

Figura 04 - Rendimento.

Rendimento: também conhecido pelo símbolo η, representa a relação entre a potência real ou útil Pu (efetivamente transferida para a ponta do eixo) e a potência total absorvida da rede Pa, ambas são potências ativas. O rendimento indica a eficiência do motor na transformação de energia elétrica em mecânica. Seu valor varia de acordo com a carga do motor. Com pequenas cargas o rendimento é baixo, ou seja, a maior parte da energia consumida é transformada em calor. É importante dimensionar os motores para uma condição de funcionamento entre 75% e 100% do valor nominal, onde estes apresentam valores de rendimento mais elevados, o que proporciona uma redução nos gastos com energia elétrica.

A rotação do motor é calculada pela fórmula ao lado que representa o as rotações por minuto do rotor. Onde: n = velocidade nominal do eixo do motor assíncrono; F. frequência da rede;   P. pares de pólos do motor e S o escorregamento do rotor.
É importante dimensionar os motores para uma condição de funcionamento entre 75% e 100% do valor nominal, onde estes apresentam valores de rendimento mais elevados, o que proporciona uma redução nos gastos com energia elétrica.

Exemplo: Para um motor de potência mecânica a ser calculada, foi medido: raio: r = 42 cm; peso: P = 1 Kgf e rotação: 1720 Rpm.

• Calculamos: perímetro: p = 2πr => 2 x 3,14 x 0,42 => 2,64 metros; 
• Calculamos: velocidade: n = (p . rpm)/60 => (2,64 x 1720) / 60 => 75,65 m/s;
• Calculamos: potência mecânica: P = m x n x g => 1 x 75,65 x 9,81 = 742, 12 Kgf  m2 / s3;

Logo este motor tem a potencia mecânica de: 742,12 Watts .

Neste motor de potência elétrica a ser calculada também foi medido: tensão: V = 220 v; corrente: I = 3,80 A e cos : 0,98.

• Calculamos: potência elétrica:  P = 1,73 VI cos => 1,73 x 220 x 3,80 x 0,98 => 1419,03 Watts;
• Calculamos: rendimento: n = (P mecânica / P elétrica) x 100% => 742,12 / 1419,03 = 52,29 %.

A ficha de análise de grandezas elétricas - Medidores digitais – Máquina Ligada a plena carga está disponível em: 23_08_06 FRT - Análise -Tensão Corrente Potência Elétrica em Máquinas com medidores digitais e freio.

Veja resumo de motores no link:  16_02_001 Manual de Motores Voges.

© Direitos de autor. 2016: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 21/02/2016.