Funcionamento - Do - Motor - Eletrico

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FUNCIONAMENTO DO MOTOR CONTEÚDO INTRODUÇÃO ____________________________________________________________ 1 Objetivos do Módulo ______________________________________________________ 2 SEÇÃO 1 – PRINCÍPIOS SUBJACENTES Objetivos ______________________________________________________________ 3 Introdução ______________________________________________________________ 3 Magnetismo e Pólos Magnéticos ____________________________________________ 4 Produção de Energia Mecânica Usando Campos Magnéticos ________________________________________________ 7 Eletromagnetismo e Campos Eletromagnéticos ________________________________________________________ 8 Corrente Alternada Monofásica e Trifásica ______________________________________________________________ 11 Indução ________________________________________________________________ 12 Revisão 1 ______________________________________________________________ 14 SEÇÃO 2 - COMPONENTES E FUNCIONAMENTO DO MOTOR ELÉTRICO Objetivos ______________________________________________________________ 17 Introdução ______________________________________________________________ 17 Estator__________________________________________________________________ 19 Rotor __________________________________________________________________ 20 Mancais ________________________________________________________________ 22 Carcaças ________________________________________________________________ 22 Funcionamento do Motor __________________________________________________ 23 Motores de Indução Trifásicos ______________________________________________ 26 Revisão 2 ______________________________________________________________ 27 SEÇÃO 3 – COMENTÁRIOS SOBRE O FUNCIONAMENTO Objetivos ______________________________________________________________ 31 Introdução ______________________________________________________________ 31 Alarmes ________________________________________________________________ 32 Sensores de Temperatura da Resistivos (RTDs) ______________________________________________________ 32 Causas Comuns das Condições de Alarme ____________________________________ 34 Parada do Motor__________________________________________________________ 36 Velocidade de Operação____________________________________________________ 37 Potência ________________________________________________________________ 37 Proteção do Motor ________________________________________________________ 37 Revisão 3 ______________________________________________________________ 38 RESUMO __________________________________________________________________40 GLOSSÁRIO ______________________________________________________________43 RESPOSTAS________________________________________________________________46 APÊNDICE A – REVISÃO SOBRE ELETRICIDADE ______________________________47 NOTA IMPORTANTE A tecnologia é usada pelos operadores de oleodutos para alcançar objetivos especifícos de seu trabalho. O objetivo central do Programa de Treinamento de Operadores de Centro de Controle é o de promover um entendimento da tecnologia usada pelos operadores de oleodutos no seu dia a dia. Este programa de treinamento cobre os aspectos tecnológicos relacionados diretamente com o trabalho dos operadores, fornecendo informações de aplicação imediata. As informações constantes nos módulos de treinamento são basicamente teóricas. Uma base de informações teóricas é o correto entendimento de alguns conceitos principais, facilita a compreenção da tecnologia e sua aplicação no contexto de um sistema de oleodutos. Foi feito o máximo esforço na apresentação de somente princípios científicos puros. Entretanto em alguns casos algumas relações empíricas foram necessárias de modo a aproximar ao máximo os resultados puramente científicos das observações práticas. A prioridade mais importante no desenvolvimento dos materiais do programa de treinamento de operadores foi o seu máximo aproveitamento pelos operadores em suas tarefas diárias. FUNCIONAMENTO DO MOTOR Componentes dos Sistemas de Dutos © 1995 IPL Technology & Consulting Services Inc. Reproduction Prohibited March 1996 IPL TECHNOLOGY & CONSULTING SERVICES INC. 7th Floor IPL Tower 10201 Jasper Avenue Edmonton, Alberta Canada T5J 3N7 Telephone Fax +1 - 403-420-8489 +1 - 403-420-8411 Reference: 2.6 PB motor op August, 1997 DICAS DE ESTUDO As dicas de estudo a seguir são sugeridas para tornar a aprendizagem dos módulos mais efetiva. 1. Tente manter cada período de estudo curto, porém concentrado (de dez a quarenta e cinco minutos). Se você determinar seu tempo de estudo de forma a estudar ao longo dos cinco dias da semana um período total de duas horas por dia, divida seus períodos de estudo em blocos com dois a cinco minutos de intervalo. Lembre-se de que geralmente uma semana de estudo individual substitui 10 horas de presença na sala de aula. Por exemplo, se você tiver um bloco de estudo individual de três semanas, ele contará como 30 horas de estudo, para se manter atualizado com a maioria dos programas de aprendizagem. 2. Quando você estiver estudando, procure fazer ligações entre os capítulos e as tarefas. Quanto mais ligações você fizer, melhor você se lembrará das informações. 3. Há testes individuais no final de cada módulo. Geralmente a execução destes testes aumenta sua capacidade de lembrar das informações. 4. Quando estiver lendo uma seção ou módulo, dê uma folheada ou faça uma breve olhada no mesmo antes de começar uma leitura detalhada. Leia a introdução, a conclusão e as perguntas do final de cada seção. Depois, como tarefa separada, estude todos os títulos, quadros, figuras e legendas. Depois desta excelente técnica de previsualização, você estará familiarizado com sua tarefa de leitura. A leitura prévia é então seguida de uma leitura detalhada. A leitura detalhada reforça o que já foi estudado e também põe a matéria em destaque. Enquanto estiver fazendo a leitura detalhada, pare no final de cada subseção e se pergunte "O que eu acabei de ler?" 5. Outra técnica de estudo útil é escrever suas próprias perguntas baseadas nos seus apontamentos de estudo e/ou nos títulos e subtítulos do módulo. 6. Quando estiver na sala de aula fazendo apontamentos, por favor siga esta técnica. Guarde a página da esquerda para suas observações pessoais, idéias ou áreas que deseja esclarecer. Importante, grave as perguntas que o seu instrutor fizer - provavelmente você as encontrará na prova final. 7. Faça revisão. Faça revisão. Faça revisão. Aproveitar oportunidades para rever a matéria aumentará sua capacidade de lembrá-la. 8. Usando fichas de arquivo, você pode identificar rapidamente áreas que você precisa revisar ou se concentrar antes da prova. Comece intencionalmente fazendo fichas no final de cada seção de leitura. Quando se deparar com uma palavra nova, escreva-a de um lado da ficha. No outro lado, escreva sua definição. Isto se aplica a quase todos os módulos. Por exemplo, símbolos químicos/o que ele significa; estação terminal/definição; uma sigla/seu significado. Uma vez que você tenha compilado as fichas e estiver se preparando para a prova, misture as fichas com a palavra termo voltada para cima. Passe por cada ficha para ver se você sabe o que está no seu verso. Por que gastar tempo desnecessário nos significados ou conceitos que você já sabe? As fichas que você não souber identificam as áreas que você precisa rever. 9. Além disso, estes módulos possuem instrumentos de aprendizagem específica incorporados para auxiliar na compreensão e revisão da matéria. Os termos aparecem em negrito e foram acrescentados ao glossário. Para comparar as referências sobre o significado de um termo, há os números das páginas junto às definições do glossário, identificando onde o termo ou explicação apareceu pela primeira vez no texto. As definições do glossário que não possuem os números das páginas são também importantes para a compreensão, mas são plenamente explicadas em outro módulo. FUNCIONAMENTO DO MOTOR INTRODUÇÃO As bombas são o mecanismo chave de controle no oleoduto. Ligando e desligando as bombas conforme solicitado, os operadores do centro de controle podem controlar o movimento dos líquidos ao longo do oleoduto, assegurandose de que o líquido será escoado de forma segura e à velocidade adequada. Os operadores trabalham com as bombas de forma remota, emitindo comandos de DAR PARTIDA NA UNIDADE ou PARADA a partir do centro de controle. As bombas e motores de grande porte adotados em oleodutos, são equipamentos caros e complexos que podem ser danificados se usados incorretamente. Os operadores precisam ter uma boa compreensão do funcionamento dos motores e das bombas para poderem efetuar o controle destes equipamentos com segurança no transporte dos líquidos com segurança no oleoduto, mantendo os cronogramas e minimizando os custos de manutenção e substituição de peças. Existem muitos tipos diferentes de bombas e de motores usados na indústria petroleira. Alguns usam motores a diesel, enquanto outros usam turbinas para acionar suas bombas. Na indústria de transporte de petróleo e derivados por oleodutos são usados motores elétricos para acionar as bombas centrífugas em quase todas as estações. As bombas com motor a diesel são usadas devido ao fornecimento limitado de eletricidade disponível. Figura 1 Unidade de Linha Tronco (Bomba e Motor) Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 1 2 FUNCIONAMENTO DO MOTOR Na indústria de transporte por oleodutos são usados motores elétricos para acionar as bombas centrífugas na maioria dos pontos. Os motores das bombas da linha tronco de oleodutos são tipicamente de 400 a 5000 hp. Este módulo descreve os princípios de funcionamento de um motor elétrico, depois mostra como estes princípios funcionam. As seções finais descrevem os motores usados para acionar as bombas da linha tronco. Uma compreensão básica dos princípios de eletricidade é extremamente útil para examinar os motores elétricos. Se você quiser fazer uma revisão dos conceitos abaixo, vá ao Apêndice A no final deste módulo. Os conceitos vistos no Apêndice abrangem: • • • • • • • • • • • • • • • elétrons orbital camada de valência elétrons de valência íons elétrons livres corrente corrente direta corrente alternada ampéres forças eletromotrizes volts resistência circuitos abertos e fechados curtos circuitos. OBJETIVOS DO MÓDULO Este módulo apresenta informações sobre os seguintes objetivos. • Descrição dos princípios e componentes fundamentais de um motor elétrico. • Apresentação detalhada da teoria e a apresentação de um motor de indução CA. • Descrição dos motores de indução usados para alimentar as bombas das linhas tronco. PRÉ-REQUISITOS Programa de Treinamento – INTRODUÇÃO AO COMPORTAMENTO DOS LÍQUIDOS Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS BÁSICOS OBJETIVOS Depois de estudar esta seção, você será capaz de: • • • • • Reconhecer a definição de magnetismo. Reconhecer o termo indução. Relacionar os princípios do magnetismo à produção de energia mecânica. Diferenciar um campo eletromagnético de um campo magnético natural. Diferenciar uma corrente monofásica de uma triférica. INTRODUÇÃO Os motores elétricos usam as forças de atração e repulsão que ocorrem entre dois campos magnéticos para girar o eixo que está conectado à bomba. O eixo giratório produz a energia mecânica que a bomba depois converte em altura manométrica (diferencial de pressão). A altura manométrica criada pela bomba move o líquido ao longo do oleoduto. Para compreender como os motores funcionam, você deve estar familiarizado com os campos magnéticos e com o que ocorre quanto eles interagem. A Seção 1 deste módulo explica os princípios subjacentes ao magnetismo, incluindo: • • • • pólos magnéticos campos magnéticos eletromagnetismo, e campos eletromagnéticos. Além disso, esta seção explica a corrente alternada e como ela pode ser induzida em um condutor expondo-o a um campo magnético. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 3 4 FUNCIONAMENTO DO MOTOR MAGNETISMO E PÓLOS MAGNÉTICOS O termo magnetismo se refere à atração e repulsão que existe entre dois pedaços de material ferromagnético, um dos quais está magnetizado. Os materiais ferromagnéticos incluem: • • • • ferro aço cobalto e níquel. Outros elementos, como o silício e o alumínio, podem ser misturados em ligas metálicas com os metais acima para formar materiais magneticamente extremamente “potentes”. Estas forças de atração e repulsão são causadas por pequenas partículas denominadas unidades magnéticas. As unidades magnéticas descritas na Seção 1 deste Módulo são na realidade átomos, que têm uma característica especial denominada ‘net electron spin’ expressão em inglês que pode ser entendida como polarização magnética líquida pelos spins dos electrons do átomo. Os elétrons giram em torno do seu eixo executando um movimento de spin enquanto orbitam o núcleo do átomo. Os elétrons em movimentos de rotação produzem um campo magnético em torno do átomo. Geralmente estes átomos estão dispostos de forma randômica e os campos se anulam mutuamente. Nos materiais magnéticos, porém, os átomos estão alinhados de tal maneira que os campos magnéticos em torno dos átomos se combinam para formar um campo magnético único. Em uma barra de ferro, por exemplo, as unidades magnéticas ficam dispersas randomicamente no metal. Cada unidade magnética possui duas metades ou pólos distintos, conforme mostra a Figura 2. Uma metade da unidade magnética é denominada pólo sul e a outra metade da unidade magnética é denominada pólo norte. Os nomes norte e sul são usados porque a própria terra é um grande ímã, com um pólo magnético no hemisfério norte e outro pólo magnético no hemisfério sul. Os termos norte magnético e sul magnético, ou norte e sul são normalmente usados para ajudar a distinguir uma metade da outra. A interação entre os pólos magnéticos é um conceito muito importante no funcionamento de um motor elétrico. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR S S N N N S N S N S N S N N S S S S N N S N S N S S Figura 2 Unidades Magnéticas As unidades magnéticas estão dispersas randomicamente nos metais ferrosos como o ferro. Cada unidade magnética possui um pólo sul e um pólo norte. S N N N S N N S S N S N S S N S N S N N S S N N S N S N S S N S N S N S N S N S N N S N N S N S N S N S PÓLOS MAGNÉTICOS As extremidades, ou pólos, de uma unidade magnética são denominados pólos magnéticos. Há duas reações previsíveis entre pólos magnéticos. As unidades magnéticas não têm que se tocar para que uma força seja exercida entre elas. Elas só precisam estar suficientemente próximas para que suas forças magnéticas interajam, conforme mostra a Figura 3. Força de Repulsão Força de Repulsão A S Força de Atração B N Força de Repulsão N S S N N Figura 3 Atração e Repulsão dos Pólos Magnéticos Os pólos exercem forças de atração e repulsão entre si, sem efetivamente estar em contato. As forças de atração e repulsão se estendem além da superfície de cada partícula. Força de Atração S S N Força de Repulsão S N Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 5 6 FUNCIONAMENTO DO MOTOR ÍMÃS As forças de atração e repulsão entre as unidades magnéticas são muito pequenas. Porém, as unidades magnéticas podem ser posicionadas de tal forma que as forças entre elas podem se transformar em forças muito grandes. Uma força magnética externa agindo sobre uma barra de ferro, por exemplo, pode fazer com que todas as unidades magnéticas do ferro se alinhem na mesma direção. Todos os pólos norte das unidades magnéticas apontando para uma direção e todos os pólos sul das unidades magnéticas apontando para outra direção. Figura 4 Unidades Magnéticas Alinhadas de Ponta a Ponta Quando as unidades magnéticas de uma barra de ferro estão alinhadas com seus pólos apontando na mesma direção, elas formam uma unidade magnética única, denominada ímã. Um ímã age como uma grande unidade magnética única. N S N N N S N N S N N S S S N S S N S S N S N S N N S N S N N S N N S N N S N S S N N S N N S N S S N N S N N S S S S N N N S S S S S S S N N N N N S S S N S S N S Quando as unidades magnéticas de uma barra de ferro estão alinhadas com seus pólos apontando na mesma direção, a barra de ferro toda se comporta como uma unidade magnética única ou ímã. O ímã possui um pólo sul e um pólo norte. Os pólos opostos de dois ímãs se atraem e os pólos iguais de dois ímãs se repelem. As grandes forças de atração e repulsão entre dois ímãs são usadas pelo motor elétrico para produzir energia mecânica. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR CAMPO MAGNÉTICOS Lembre-se de que os ímãs e as unidades magnéticas não têm que estar em contato físico para se repelir ou se atrair. As forças magnéticas não estão limitadas ao ímã propriamente dito, estendendo-se além da superfície do ímã. Os ímãs só precisam estar suficientemente perto para que as forças magnéticas interajam. O campo magnético é então definido pelo volume em torno de um ímã onde se manifesta a força magnética. S N Linha de Força Magnêtico PRODUÇÃO DE ENERGIA MECÂNICA USANDO CAMPOS MAGNÉTICOS Produzimos energia mecânica aproveitando as forças de atração e repulsão que ocorrem ente os campos magnéticos. Por exemplo, a Figura 6 mostra uma barra magnética (Ímã A) com um eixo passando pelo seu centro. Movendo o pólo norte de um segundo ímã (Ímã B) em direção ao pólo norte do Ímã A cria-se uma força de repulsão entre os dois ímãs. O pólo norte do Ímã A se afasta do pólo norte do Ímã B, fazendo com que o Ímã A, e o eixo sobre o qual ele está colocado, girem. O movimento de rotação do eixo é a energia mecânica produzida pela interação das forças magnéticas. N S Figura 5 Campos Magnéticos de uma Barra e Ímãs em forma de Ferradura Os ímãs de diferentes formas produzem campos magnéticos com formas diferentes. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 7 8 FUNCIONAMENTO DO MOTOR A Figura 6 mostra o método básico de funcionamento de cada motor elétrico. Ao invés de usar os campos magnéticos naturais, os motores elétricos usam a corrente elétrica para gerar campos magnéticos denominados campos eletromagnéticos. ELETROMAGNETISMO E CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS gn Ma S eto Força de Atração B N Magneto A a) N S O eletromagnetismo é a criação de um campo magnético por uma corrente elétrica passando através de um condutor elétrico. Os campos magnéticos como os que ocorrem naturalmente nos metais ferrosos também podem ser produzidos usando a eletricidade. Os campos magnéticos produzidos por uma corrente elétrica que passa através de um condutor elétrico são denominados campos eletromagnéticos. Os motores elétricos usam eletroímãs ao invés dos ímãs naturais porque: • Força de Repulsão Ma S eto gn • B N Magneto A b) S N os eletroímãs podem produzir forças de atração e repulsão milhares de vezes mais fortes do que aquelas produzidas pelos ímãs naturais e os eletroímãs podem ser ligados e desligados, enquanto os ímãs naturais possuem um campo magnético permanente. Um campo eletromagnético se comporta como um campo magnético que ocorre naturalmente. Ambos os tipos de campo possuem pólos norte e sul. Os pólos opostos dos campos magnéticos se atraem e os pólos iguais dos campos eletromagnéticos se repelem, da mesma forma que no exemplo da barra magnética. Figura 6 Produção de Energia Mecânica com Campos magnéticos O Ímã A está montado sobre um eixo que gira livremente. Quando o pólo norte do Ímã B é colocado próximo ao pólo norte do Ímã A, a força magnética de repulsão entre os dois pólos norte afasta o pólo norte do Ímã A. O Ímã A gira. A força de atração entre os pólos norte do Ímã B e o pólo sul do Ímã A faz com que o Ímã A continue a girar, até que o pólo sul do Ímã A esteja mais perto do pólo norte do Ímã B. A rotação do Ímã A é a energia mecânica produzida pela interação das forças magnéticas entre os Ímãs A e B. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR Direção da Corrente Elétrica A Fio Condutor Campo Magnético B Figura 7 Campo eletromagnético Produzido pela Corrente Passando Através de um Fio A corrente passando através de um condutor, como um fio de cobre, gera um campo eletromagnético em volta do fio. Não há pólos norte e sul verdadeiros, pois o campo foi produzido por um ímã circular. Porém, se pudéssemos produzir um intervalo no campo magnético, apareceriam os pólos norte e sul. Lembre-se de que o termo fluxo de corrente se refere ao fluxo convencional de eletricidade de um terminal positivo de uma pilha, através de um circuito externo, até um terminal negativo. Isto é o oposto do fluxo de elétrons. Quando a corrente elétrica passa por um fio, esta dá origem a um campo magnético que abraça o fio como anéis concêntricos a este fio, tendo este mesmo campo um dado sentido ao longo destes anéis que é função da direção da corrente no fio. Quando a corrente passando pelo fio inverte seu sentido, o sentido do campo magnético também é invertido. A Campo Magnético Fio Condutor B Direção da Corrente Elétrica Figura 8 Inversão de um Campo magnético Provocada pela Inversão do Fluxo de Corrente Quando a corrente passa do ponto A para o ponto B, o campo magnético `anda` no sentido horário em torno do fio. Porém, visto de B, quando a corrente passa do ponto B para o ponto A, o campo eletromagnético `anda` no sentido anti-horário em torno do fio. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 9 10 FUNCIONAMENTO DO MOTOR Figura 9 Campo Eletromagnético Produzido por um Enrolamento Direção do Campo Magnético O campo eletromagnético produzido por um enrolamento em A é semelhante em forma e comportamento ao campo magnético de uma barra de ímã mostrado em B. S N A O termo enrolamento se refere a uma bobina de fio através da qual uma corrente elétrica pode fluir. Lembre-se de que o campo eletromagnético envolve um fio que tem corrente elétrica passando por ele. Quando um fio é enrolado em uma forma por exemplo circular em voltas apertadas e, um fluxo de corrente é estabelecido pelas espiras resultantes do fio enrolado, o campo eletromagnético em volta das espiras se combinam para formar um campo eletromagnético único que é semelhante em forma ao campo eletromagnético produzido por um ímã em forma de barra. Direção do Campo Magnético S N ENROLAMENTOS B Quando o fio está enrolado em volta de um núcleo de ferro, o campo eletromagnético produzido eqüivale muitas vezes à força de um enrolamento sem um núcleo. Os enrolamentos com núcleos de ferro produzem os campos eletromagnéticos usados nos motores elétricos. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR CORRENTE ALTERNADA MONOFÁSICA E TRIFÁSICA - Volts + A corrente alternada é uma corrente elétrica que inverte a sua polaridade regularmente através de um condutor. Em uma corrente alternada monofásica, a corrente se desloca em um sentido, pára, e depois se desloca no sentido oposto. Este comportamento da corrente alternada pode ser graficamente representada através de uma curva como uma senóide, tendo no eixo do ‘x’ o tempo e no eixo dos ‘y’ a intensidade da corrente. O ciclo de sentido da corrente e sua voltagem são medidos em graus de eletricidade. Um ciclo completo em que a corrente começa a se deslocar em um sentido, atinge um pico de máximo positivo, e depois perde a velocidade, inverte seu sentido, atinge o pico de máximo negativo e então novamente perde velocidade até parar eqüivale a 360 graus elétricos (360∞). A Figura 10 mostra um gráfico do fluxo de corrente elétrica de uma corrente alternada monofásica. 120° 60° 90° 30° 120° 180° 210° 150° 300° 240° 120° 270° 360° 330° 60° 30° 120° 90° 120° 360° Um Ciclo Figura 10 Corrente Alternada Monofásica Este gráfico mostra o sentido e a voltagem de uma corrente alternada monofásica ao longo do tempo. O eixo do x representa o tempo; o eixo do y representa a intensidade e o sentido e a voltagem (positivo um sentido, negativo sentido oposto) da corrente elétrica . A corrente se move em um sentido, atinge o pico de voltagem, perde velocidade, inverte seu sentido, e novamente atinge o pico de voltagem. A distância no gráfico entre um pico em um sentido e um pico no sentido oposto é de 180 graus elétricos. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 240° 180° 150° 210° 360° 300° 270° 330° 11 FUNCIONAMENTO DO MOTOR A corrente alternada trifásica é composta de três valores alternados igualmente espaçados por 120 graus elétricos. Conforme mostra a Figura 11, a voltagem de um circuito trifásico atinge o pico em um sentido três vezes em cada ciclo. Sistemas trifásicos tem 3 ou 4 fios . Três destes definem as fases do sistema geralmente designadas de fase R-S-T e, o quarto opcional, é o chamado neutro do sistema. A corrente que circula em cada fase, como dito acima, está defasada ou deslocada em relação a cada uma das outras duas restantes de 120 graus elétricos. Nos sistemas com 4 fios a corrente que circula pelo fio neutro é a resultante do desequilíbrio entre as correntes das três fases. Fase 1 90° 30° 120° fase 2 120° 60° - Volts + 12 180° 300° 240° 210° 150° fase 3 270° 120° 360° 330° 60° 30° 120° 90° 240° 180° 150° 210° 360° 300° 270° 330° 120° 360˚ 360°Um OneCiclo Cycle Figura 11 Corrente Alternada Trifásica Este gráfico mostra a atração e a voltagem de uma corrente alternada trifásica. O eixo do x representa o tempo e o eixo do y representa o sentido e a voltagem. Em uma corrente trifásica cada fase está a 120 graus elétricos de distância das outras duas, portanto a corrente atinge os picos de voltagem em cada direção três vezes a cada ciclo de 360∞. INDUÇÃO O termo indução se refere à produção de uma corrente elétrica em um fio condutor que é deslocado através de um campo magnético. Quando um condutor - um fio de cobre, por exemplo - é deslocado no campo magnético, o campo magnético exerce uma força eletromotriz sobre os elétrons do fio. A força eletromotriz (FEM), medida em volts, sempre age na direção perpendicular às linhas magnéticas de força do campo magnético e ao percurso definido pelo fio no seu deslocamento através destas linhas de força. A FEM empurra os elétrons na direção perpendicular às linhas de força magnética e ao percurso do fio em movimento, conforme mostra a Figura 12. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR Corrente Elétrica Induzida N S Figura 12 Corrente Elétrica Induzida O deslocamento de um fio de cobre através de um campo magnético causa uma força eletromotriz que empurra os elétrons no fio na direção perpendicular ao movimento do fio e as linhas de força do campo que fluem entre os pólos norte e sul magnéticos. A corrente é denominada uma corrente induzida, pois foi induzida por um campo magnético. A voltagem (FEM) da corrente induzida no condutor depende da força do campo magnético através do qual o condutor passa e da velocidade e da direção do condutor que se desloca através do campo magnético: • quanto mais forte for o campo magnético através do qual passa o condutor, maior será a voltagem induzida no condutor e • quanto mais rápido o condutor se deslocar através do campo magnético, maior será a voltagem induzida no condutor. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 13 14 FUNCIONAMENTO DO MOTOR ? REVISÃO 1 1. Um motor elétrico é um dispositivo mecânico que ______ . a) b) c) d) 2. O termo magnetismo se refere a ______ . a) b) c) d) 3. os pólos iguais se atraem e pólos opostos se repelem todos os pólos atraem todos os outros pólos todos os pólos repelem todos os outros pólos os pólos iguais se repelem e os pólos opostos se atraem A área em volta de um ímã onde a força magnética existe é denominada ______ magnético (a). a) b) c) d) 5. forças de atração e repulsão que existem entre os metais ferrosos somente à força de atração entre os metais ferrosos somente à força de repulsão entre os metais ferrosos a falta de qualquer força entre os metais ferrosos As reações previsíveis entre os pólos magnéticos são ______ . a) b) c) d) 4. converte energia mecânica em corrente elétrica converte corrente elétrica em energia mecânica converte corrente elétrica em altura manométrica converte altura manométrica em energia mecânica raio diferença campo posição Um campo eletromagnético é causado por ______ . a) b) c) d) uma corrente que não é capaz de fluir através de um condutor uma corrente passando através de um condutor a repulsão entre dois pólos magnéticos naturais a atração entre dois pólos magnéticos naturais Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR 6. Para que dois ímãs se repilam eles devem estar ______ . a) se tocando b) orientados com o pólo sul de um, alinhados com o pólo norte do outro c) suficientemente próximos para que seus campos magnéticos possam interagir d) perpendicularmente um ao outro 7. A diferença entre a corrente CA monofásica e a corrente CA trifásica é que a corrente trifásica CA ______ . a) b) c) d) 8. Os motores da linha tronco usam ______ . a) b) c) d) 9. alcança um pico em voltagem e sentido a cada três ciclos eqüivale a um terço da voltagem da corrente monofásica eqüivale a três vezes a voltagem da corrente monofásica alcança um pico em voltagem e sentido três vezes a cada ciclo corrente CA monofásica corrente CA bifásica corrente CA trifásica corrente CA tetrafásica O termo indução se refere à produção de ______ . a) um campo eletromagnético usando a reação química dentro de uma célula seca b) um campo eletromagnético por uma corrente passando através de um condutor c) uma corrente elétrica passando por um condutor através de um campo magnético d) energia mecânica usando energia elétrica 10. À medida que a velocidade de um condutor se deslocando através de um campo magnético aumenta, a voltagem induzida pelo condutor ______ . a) b) c) d) aumenta diminui permanece constante desaparece totalmente Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle ? 15 16 FUNCIONAMENTO DO MOTOR ? 11. A corrente trifásica atinge o pico de voltagem a cada ______ . a) b) c) d) 360° 180° 120° 240° As respostas estão no final deste módulo. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR SEÇÃO 2 COMPONENTES E FUNCIONAMENTO DO MOTOR ELÉTRICO OBJETIVOS Após concluir esta, você será capaz de: • Identificar e determinar o objetivo dos seguintes componentes de um motor elétrico: - estator - carcaça do estator - núcleo do estator - enrolamentos do estator - camisa dos mancais - rotor - núcleo do rotor - enrolamentos do rotor - anéis de fechamento do rotor - eixo do rotor - mancais, e - carcaça. • Reconhecer o funcionamento de um motor elétrico. • Reconhecer o funcionamento de um motor da linha tronco com uma corrente trifásica. INTRODUÇÃO A Seção 2 descreve detalhadamente os componentes de um motor elétrico e como os campos magnéticos convertem a energia elétrica em energia mecânica. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 17 18 FUNCIONAMENTO DO MOTOR Núcleo do Estator Estator Rotor de Aço Laminado Enrolamento do Estator Ventilador Externo Carcaça Eixo Mancal Base de Ferro Fundido Chapa de Fechamento Figura 13 Um Motor Elétrico de Indução Um motor elétrico consiste em um rotor colocado dentro de um estator e apoiado em mancais. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR ESTATOR Um estator é um grupo de enrolamentos cilíndricos que produz um campo eletromagnético. O estator consiste em: • • • • carcaça do estator núcleo do estator enrolamentos do estator e camisa dos mancais. Seção do Núcleo do Estator Polo Ranhuras do Estator Núcleo do Estator Base do Estator Enrolamento do Estator Figura 14 Um Estator Típico O estator é cilíndrico, permitindo que um rotor seja colocado dentro dele. CARCAÇA DO ESTATOR A carcaça do estator é a maior fonte de potência mecânica de todo o motor. Ela suporta o núcleo do estator, oferecendo apoio para o rotor e o eixo, e é o ponto de união normal entre o motor e a sua base. NÚCLEO DO ESTATOR O núcleo do estator é formado de uma grande quantidade de finas laminações de aço silício nas quais os enrolamentos do estator estão enrolados. Uma laminação é uma fina chapa de aço. O núcleo do estator reforça o campo magnético produzido pelos enrolamentos do estator. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 19 20 FUNCIONAMENTO DO MOTOR ENROLAMENTOS DO ESTATOR Os enrolamentos do estator são bobinas de fio isolado através das quais a corrente pode passar. Os enrolamentos do estator criam os campos eletromagnéticos giratórios aos quais o rotor responde. As bobinas estão ligadas e formadas de modo a atender às dimensões específicas do estator e aos respectivos pólos do estator. CAMISA DOS MANCAIS A camisa dos mancais são placas metálicas que ficam em cada extremidade do motor. A camisa dos mancais abriga os mancais do eixo e mantém o rotor na posição correta dentro do estator. ROTOR Um rotor é um conjunto de enrolamentos que giram dentro do estator. Um rotor consiste no seguinte: • • • • núcleo do rotor enrolamentos do rotor anéis de fechamento e eixo do rotor. Diversos são os tipos de motores elétricos existentes e o mais utilizado na indústria de transporte de petróleo e derivados por dutos são os chamados motores de indução. Estes motores tem geralmente rotores do tipo gaiola de esquilo dado que o enrolamento do rotor é constituído de barras de cobre ou alumínio dispostas circularmente e fechadas por anéis do mesmo metal (anéis de fechamento)onde as barras condutoras se engastam dando rigidez a estrutura, resultando em uma geometria lembrando uma gaiola de esquilo. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR 21 Ranhura Para Condutores Chapa Laminada Figura 15 Um Rotor Típico Eixo Esta Figura mostra um rotor típico e seus componentes principais estão identificados: núcleo do rotor, enrolamentos do rotor, anéis coletores, e eixo do rotor. Ventinador Eixo do Rotor Mancal Mancal Rotor de Núcleo Laminado Anel Anel de Alumínio Enrolamento do Rotor NÚCLEO DO ROTOR O núcleo do rotor reforça o campo eletromagnético gerado pelos enrolamentos do rotor. O núcleo do rotor consiste em camadas (laminações) de chapas de aço ajustadas ao eixo do rotor. As laminações possuem fendas de forma a permitir que os enrolamentos do rotor se encaixem com segurança em volta do núcleo. ENROLAMENTOS DO ROTOR Os enrolamentos do rotor são barras sólidas, geralmente de cobre ou alumínio, sendo curtocircuitadas pelos anéis de fechamento do rotor. Estas barras são fundidas nas fendas dentro do núcleo do rotor formando assiur uma gaiola, conforme mostra a Figura 15. Quando a corrente elétrica flui através dos enrolamentos do rotor, é gerado um campo eletromagnético. O campo eletromagnético interage com o campo eletromagnético gerado pelos enrolamentos do estator para produzir energia mecânica. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 22 FUNCIONAMENTO DO MOTOR ANÉIS DE FECHAMENTO Os anéis de fechamento são anéis lisos, que atuam como terminais elétricos. Estes estão localizados em cada extremidade dos condutores do rotor e são feitos do mesmo material dos condutores do rotor aos quais estão conectados. As barras do rotor estão ligadas aos anéis coletores para formar um circuito elétrico fechado. A corrente elétrica que passa pelo circuito fechado gera o campo eletromagnético do rotor. EIXO DO ROTOR O eixo do rotor está localizado no centro do rotor e se estende além do núcleo do rotor para fora da carcaça do estator, onde fica apoiado por mancais nas camisas dos mancais. O eixo está conectado à bomba, por exemplo, através de um acoplamento. VENTILADOR PARA REFRIGERAÇÃO Um ventilador fica acoplado a uma extremidade do rotor, conforme mostra a Figura 15. À medida que o rotor gira, o ventilador faz o ar circular pelo rotor e pelos enrolamentos do estator para mantê-los frios. MANCAIS Um mancal é um dispositivo que fica em uma base de montagem fixa que sustenta o eixo e permite que ele gire. Os mancais evitam que o eixo do motor faça movimentos axiais (movimentos ao longo do eixo) ou radiais (movimentos laterais ao eixo). O eixo gira sobre uma posição fixa. CARCAÇAS A carcaça é o envoltório que envolve o motor. A carcaça evita a ação do tempo e a penetração de objetos estranhos, assegurando que nada vai atingir e danificar as peças girantes do motor. A carcaça também abriga o sistema de ventilação que resfria o motor durante o funcionamento. Existem três tipos principais de carcaças: • Protegido contra o tempo segundo a Norma NEMA II • Ventilação Forçada a partir da Base, e • Ventilação Forçada a partir da parte Superior Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR PROTEÇÃO CONTRA O TEMPO SEGUNDO A NORMA NEMA II As carcaças protegidas contra o tempo segundo a Norma NEMA II são usadas nos motores mais modernos. As carcaças NEMA II não permitem que gases inflamáveis se acumulem no seu interior, por isso não têm que ser purgadas com ar puro antes de ser dada a partida. Isto significa que os motores com carcaças NEMA II podem partir imediatamente após o acionamento do comando de PARTIDA. VENTILAÇÃO FORÇADA A PARTIR DA BASE As carcaças com ventilação forçada a partir da base possuem orifícios para a entrada de ar no fundo em ambas as extremidades e uma única saída de ar no centro do fundo do motor. Estas carcaças oferecem um funcionamento do motor mais silencioso, exigindo menos manutenção e ocupando menos espaço do que as carcaças NEMA II. O ar nestas carcaças, porém, tem que ser purgado antes que seja dada a partida no motor, o que significa que há um atraso entre a recepção do comando PARTIDA e a partida efetiva do motor. VENTILAÇÃO FORÇADA PELA PARTE SUPERIOR As carcaças com ventilação forçada pela parte superior são raramente usadas, e vêm sendo substituídas pelas carcaças NEMA II. Estas carcaças possuem orifício de entrada de ar no topo das duas extremidades do motor e uma única saída de ar no centro da parte superior do motor. As carcaças com ventilação forçada pela parte superior precisam também ser purgadas antes de que possa ser dada a partida no motor. FUNCIONAMENTO DO MOTOR Quando uma corrente elétrica passa por um fio no estator, ela produz um campo eletromagnético. Da mesma forma há uma corrente elétrica passando pelo rotor, produzindo um campo eletromagnético. Os campos magnéticos produzidos pelo estator e pelo rotor possuem um pólo norte e um pólo sul cada um. Os pólos norte de cada campo se repelem, da mesma forma que os pólos sul de cada campo. Assim, o pólo norte do estator é atraído pelo pólo sul do rotor e o pólo sul do estator é atraído pelo pólo norte do rotor. A combinação dessas forças de atração e repulsão faz com que o rotor Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 23 24 FUNCIONAMENTO DO MOTOR gire, de forma que o pólo norte do campo magnético do rotor fique mais perto do pólo sul do campo magnético do estator, e o pólo sul do campo magnético do rotor se aproxime do pólo norte do campo magnético do estator. Este movimento giratório é denominado primeira metade do ciclo da revolução de um motor elétrico. Quando o sentido da corrente elétrica que passa pelo estator é invertido, o campo eletromagnético do estator é invertido, e os pólos norte e sul do campo trocam de lugar. Assim que isso acontece, a força de atração entre o pólo norte do rotor e o pólo sul do estator se transforma em uma força de repulsão, porque o pólo sul do estator se transformou no pólo norte. O rotor gira novamente, de modo que os pólos norte e sul do rotor e do estator se aproximem dos seus opostos. O rotor, então, concluiu uma revolução. A polaridade é invertida novamente no motor e o rotor dá uma meia volta outra vez. Este processo de revolução do rotor é a energia mecânica produzida pelo motor. O eixo fica preso a um dispositivo, como uma bomba, que usa a energia do rotor para girar o rotor da bomba. O rotor da bomba transfere a energia mecânica para o líquido que está sendo bombeado na forma de velocidade (energia cinética) e altura manométrica (energia potencial). Sentido de Fluxo da Corrente Instantanea Sentido de Fluxo da Corrente Instantanea Estator de 2 Polos Estator de 2 Polos N Fonte CA S Condutores do Rotor com Extremidades Conectadas S Fonte CA Condutores do Rotor com Extremidades Conectadas N N S S N Peça do Polo Peça do Polo Figura 16 Motor de Indução Monofásico, de Dois Pólos Como a alimentação de CA faz com que os pólos do estator se alternem entre as polaridades N e S, o rotor, uma vez acionado, continuará girando a uma velocidade próxima à velocidade síncrona (3600 rpm a 60 Hz). Como a fonte de CA faz com que os pólos do estator se alternem entre as polaridades N e S, o rotor, uma vez acionado, continuará a girar a uma velocidade próxima à velocidade síncrona (3600 rpm a 60 Hz). Um Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR enrolamento de partida é sempre acrescentado aos motores monofásicos para assegurar a rotação de partida correta. Sem o enrolamento extra, o rotor poderia permanecer estacionário e rapidamente se superaquecer. Na Figura 16, o pólo superior do estator se transformou no pólo sul devido ao sentido instantâneo do fluxo de corrente. À medida que as barras do rotor cortam o campo magnético, uma corrente é induzida nelas. Isto, por sua vez, faz com que os pólos magnéticos apareçam no rotor, próximos, porém separados do pólo do estator, devido à rotação. A formação desses pólos, quando a corrente é invertida nos enrolamentos do estator, se dá de tal forma que eles ficam sempre "procurando" o campo do estator. Os pólos norte e sul se atraem e mantêm a rotação. Quanto maior a carga sobre o rotor, mais o pólo induzido é deslocado e maior é o torque produzido pelo campo. Isto também resulta em uma corrente mais alta do estator sendo usada, à medida que se tenta restabelecer o equilíbrio. Como os pólos do estator invertem sua polaridade 120 vezes por segundo a 60 Hz, o rotor efetuará uma meia volta a cada 1/120 de segundo, ou uma revolução a cada 1/60 de segundo. Isto faz com que a velocidade do motor seja ligeiramente inferior a 3600 rpm, permitindo um "escorregamento" que é necessário para o desenvolvimento de um torque útil do motor. Sentido de Fluxo da Corrente Instântanea Fonte CA Fonte AC Sentido de Fluxo da Corrente Instantânea Armadura do Estator Condutores do Rotor N S S eixo N RotorS Armadura do Estator N Enrolamento do Estator S N Condutores do Rotor S N N S eixo RotorN S Figura 17 Motor de Indução Monofásico, com quatro Pólos Os pólos indicados no rotor pelo fluxo de eletricidade nos enrolamentos do estator são atraídos para os pólos opostos do estator, fazendo com que o rotor continue a girar no sentido horário. O movimento do rotor mantém a rotação durante a inversão da polaridade.Como este motor tem quatro pólos, cada inversão da direção da corrente no estator resulta em somente um quarto de volta do rotor. A velocidade deste motor é a metade daquela do motor com dois pólos, ou aproximadamente 1750 rpm a 60 Hz. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle Enrolamento de Estator S N 25 26 FUNCIONAMENTO DO MOTOR 1 MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS 1 S 2 Os motores da linha tronco são motores trifásicos. 3 N Um motor trifásico é um motor elétrico que usa corrente alternada trifásica para girar o campo magnético do estator. S 3 2 N Eles possuem três conjuntos de enrolamentos eqüidistantes no estator. 1 2 A primeira fase da corrente trifásica entra no primeiro conjunto de enrolamentos para criar um campo eletromagnético. Isto faz com que o estator gire conforme mostrado. 1 À medida que a voltagem cai na primeira fase, acumula-se na segunda fase. Esta voltagem cria um campo eletromagnético no segundo conjunto de enrolamentos. O estator gira outros 60°. 2 3 N N S S À medida que a voltagem na segunda fase cai, a voltagem se acumula na terceira fase, criando um campo eletromagnético no terceiro conjunto de enrolamentos. O estator gira outros 60°. À medida que a voltagem cai na terceira fase, a voltagem se acumula novamente na primeira fase. A corrente alternada inverte a polaridade do campo eletromagnético fazendo com que o ciclo de giros continue. 3 2 1 3 1 2 3 N S N S 3 2 1 Figura 18 Um Estator de Corrente Trifásica Há três conjuntos de enrolamentos em um estator de corrente trifásica, eqüidistantes entre si. Os enrolamentos da Figura foram simplificados para dar uma idéia básica de como o estator funciona. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR REVISÃO 2 1. O conjunto de enrolamentos estacionários no motor que produz um campo eletromagnético girante é o ______ . a) b) c) d) estator rotor camisa dos mancais eixo 2. O componente que dá resistência estrutural ao motor inteiro é o ______ . a) b) c) d) enrolamento do rotor núcleo do estator carcaça do estator núcleo do rotor 3. O componente que reforça o campo eletromagnético produzido pelos enrolamentos do estator é ______ . a) b) c) d) o núcleo do estator o frame do estator o mancal do estator a camisa dos mancais do estator 4. O conjunto de enrolamentos estacionários que produz um campo eletromagnético girante é ______. a) b) c) d) dos enrolamentos do rotor dos anéis de fechamento dos enrolamentos do estator da camisa dos mancais do estator Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle ? 27 28 FUNCIONAMENTO DO MOTOR ? 5. Os componentes que abrigam os mancais para o eixo e mantêm o rotor na posição adequada são ______ . a) b) c) d) os enrolamentos do estator os enrolamentos do rotor carcaça do estator camisa dos mancais 6. O conjunto de enrolamentos giratórios que produz um campo eletromagnético é denominado ______ . a) b) c) d) estator rotor frame carcaça 7. Os componentes que formam um curto-circuito de modo que a corrente possa passar através dos enrolamentos são os _____. a) b) c) d) mancais anéis de fechamento camisa dos mancais enrolamentos do estator 8. O componente que liga o motor e a bomba é o _____ . a) b) c) d) carcaça carcaça do estator mancal eixo 9. Os componentes que mantêm o eixo giratório em uma posição fixa são os _____ . a) b) c) d) mancais enrolamentos anéis coletores carcaças Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR 10. O componente que garante que nada fique preso nas peças em movimento do motor é o ______ . a) b) c) d) carcaça do estator anel de fechamento carcaça eixo As respostas estão no final deste módulo. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle ? 29 FUNCIONAMENTO DO MOTOR SEÇÃO 3 COMENTÁRIOS SOBRE O FUNCIONAMENTO OBJETIVOS Após concluir esta seção, você será capaz de: • Reconhecer e estar pronto para monitorar a temperatura, as vibrações e a corrente em um motor elétrico. • Conhecer a velocidade de operação preferencial para os motores da linha tronco. • Identificar a potência nominal mais comum nos motores da linha tronco. • Reconhecer as causas e os efeitos da sobrecarga do motor e da parada do motor. • Realizar as seqüências de partida, parada e partida de emergência na ordem correta. INTRODUÇÃO Esta seção descreve as situações que surgem no uso diário dos motores da linha tronco, assim como algumas especificações gerais, incluindo: • • • • • • • alarmes causas comuns das condições de alarme dar a partida em um motor elétrico partidas de emergência parada de um motor elétrico velocidade de operação, e potência. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 31 32 FUNCIONAMENTO DO MOTOR ALARMES Existem diferentes sistemas de equipamentos destinados para monitoramento das seguintes variáveis • temperatura dos componentes do motor (mancal e enrolamentos) - sensores de temperatura resistiva (RTDs) estão embutidos no motor • vibrações do motor - sensores externos • Corrente do motor. Um dispositivo externo, como o Multilin monitora todos os sistemas acima, e outras variáveis mais. Quando a temperatura, ou as vibrações ou a corrente excede o limite máximo, um alarme é disparado e o motor pára automaticamente. Como medida de segurança, o motor não pode ser imediatamente acionado de novo a partir do centro de controle. Ao invés disso, um técnico de campo reinicializa o alarme manualmente depois de ter certeza de que é seguro acionar novamente o motor. Somente então o operador do centro de controle pode dar a partida novamente no motor de forma remota. SENSORES DE TEMPERATURA RESISTIVOS (RTDs) Os sensores de temperatura resistivos (RTDs) monitoram aumentos na temperatura que excedam os limites operacionais normais do motor. As temperaturas altas fazem com que os isolamentos em volta dos enrolamentos do estator e do rotor se deteriorem ou derretam, o que faz com que os enrolamentos entrem em curto-circuito. As temperaturas que excederem os limites operacionais nos mancais podem deformar ou arranhar os mancais, causando vibrações grandes no eixo e podem significar a perda da lubrificação. Quando um RTD detecta temperaturas além dos limites de segurança, o motor pára automaticamente. Um técnico de campo deve reinicializar o alarme manualmente. Os RTDs estão localizados da seguinte forma: • seis no estator (alguns possuem quatro, o Multilin possui o valor mais alto), e • um em cada caixa do mancal. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR Os RTDs do estator acionam um alarme quando a temperatura do estator atinge 130°C. O alarme automaticamente desliga o motor. Os RTDs da caixa do mancal acionam um alarme quando a temperatura de qualquer um dos mancais atinge 80°C. O alarme automaticamente desliga o motor. Invólucro de Ferro Fundido a Prova de Explosão 2,3 or 4 Cabos do RTD Placa Eletrônica Para Sinal de Saída 4-20 mA Poço do Termometro Eletroduto Par Trançado Blindado Figura 19 Sensor de Temperatura Resistivo Os RTDs protegem os motores das altas temperaturas que podem danificar seriamente os enrolamentos e os mancais. SENSORES DE VIBRAÇÕES Os sensores de vibrações em cada caixa do mancal detectam o movimento axial e radial excessivo no eixo. Se as vibrações excederem o limite máximo operacional seguro permitido, um alarme é acionado e o motor pára automaticamente. Um técnico de campo deve reinicializar o alarme manualmente. SENSORES DE CORRENTE Os sensores de corrente reagem ao aumento ou diminuição da corrente elétrica consumida pelo motor. Se a corrente consumida pelo motor ficar muito alta (sobrecorrente), ou muito baixa (subcorrente), o motor pára automaticamente. Um técnico de campo deve reinicializar o alarme manualmente. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 33 34 FUNCIONAMENTO DO MOTOR Um alarme de sobrecorrente é acionado quando é exigido de uma bomba funcionar mais do que o motor é capaz de suportar. Por exemplo, um aumento abrupto na massa específica do líquido durante uma mudança de batelada faz com que a bomba funcione com mais esforço para poder mover o líquido. A bomba então precisa de mais potência do motor. A carga adicional no motor faz com que ele consuma mais corrente, tentando manter um número constante de revoluções por segundo. A corrente adicional consumida pelo motor faz com que a temperatura dos enrolamentos do estator e do rotor aumentem rapidamente, possivelmente danificando os enrolamentos. Um alarme de subcorrente é disparado quando o acoplamento que prende o eixo do motor ao eixo da bomba quebra. Quando o acoplamento quebra, o motor não está mais preso à bomba, de modo que o motor não tem nenhuma carga colocada sobre si. A falta de uma carga significa que o motor consome muito menos corrente do que o normal. O alarme é ativado quando a corrente cai a 40% da corrente consumida com plena carga. CAUSAS COMUNS DAS CONDIÇÕES DE ALARME Há diversas situações que podem disparar um alarme durante as operações da bomba da linha tronco, como a sobrecarga e parada do motor. Outros defeitos elétricos também são monitorados pelo Multilin. SOBRECARGA Uma sobrecarga ocorre quando a bomba exige do motor a produção de um conjugado moderadamente acima da sua capacidade. Um aumento na massa específica dos líquidos que estão sendo bombeados, por exemplo, pode disparar uma sobrecarga no motor. Um aumento na demanda do motor é sempre acompanhado de uma redução na sua velocidade. A sobrecarga faz com que o motor consuma uma quantidade maior de corrente elétrica, o que leva a temperatura dos enrolamentos a um nível perigoso. Se for permitido que esta condição persista, o material de isolamento elétrico do motor se rompe e desenvolvem-se curtos-circuitos. Se a sobrecarga for suficientemente alta, o isolamento se queima e os enrolamentos e o núcleo podem sofrer danos graves. Os RTDs detectam o excesso de aquecimento. Os CLPs verificam os RTDs e, se solicitado, desligam o motor com base nas leituras do RTD. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR TRAVAMENTO DO MOTOR Quando o eixo de um motor elétrico está completamente impedido de girar, mesmo que o motor ainda esteja consumindo corrente elétrica e tentando girar o eixo, o motor está travado. O travamento rapidamente gera uma grande quantidade de calor no estator, e especialmente no rotor, devido à grande quantidade de corrente elétrica absorvida quando o motor está travado. Danos sérios acontecem rapidamente na forma de queima do isolamento elétrico e derretimento do material dos enrolamentos e do núcleo. O travamento faz com que os RTDs e os sensores de sobrecorrente desliguem o motor. O tempo permitido para travamento antes da parada depende de se o motor estava quente ou frio antes de travar. Os motores geralmente podem permanecer travados entre 8 e 17 segundos antes de sofrer qualquer dano. Cada fabricante de motor indica os tempos de travamento permitidos. DAR A PARTIDA EM UM MOTOR ELÉTRICO DA LINHA TRONCO Quando um comando de PARTIDA é emitido no centro de controle, o comando é enviado através de uma série de computadores denominados Sistema de Controle do Oleoduto (PCS) ao controlador lógico programável da estação. SCADA é a sigla de "Supervisory Control and Data Acquisition", Controle Supervisório e Aquisição de Dados. Este sistema é também designado por algumas companhias estrangeiras como Pipeline Control System(PCS). O Controlador Lógico Programável (CLP) é um computador local especial para interfaceamento com a instrumentação primária de campo (sensores) e com os equipamentos como bombas elétricas e moto-válvulas, se constituindo no que pode ser chamado de interface com o processo do sistema. É através do CLP que os sinais dos sensores como transmissores de pressão, de temperatura, vazão, etc chegam ao sistema e levam aos equipamentos os comandos como ligar/desligar bomba, abrir/fechar válvulas, etc. Os CLP’s são também responsáveis por todos os intertravamentos e seqüenciamentos necessários a boa operação das plantas industriais. O CLP é programado em escala lógica que é usado para monitorar e controlar as operações da estação de bombeamento. O CLP fica no final deste sistema. Quando se dá a partida em um motor elétrico da linha tronco, o CLP não verifica somente a validade do comando de partida do operador do centro de controle. Ele é um computador local programado em uma linguagem chamada Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 35 36 FUNCIONAMENTO DO MOTOR de Ladder que também controla, monitora e protege o equipamento da estação. São possíveis dois outros esquemas de controle no local, um usa CLPs controlados em seqüência, e o outro usa painéis de relé mais antigos. Os painéis de relé estão lentamente sendo substituídos através do programa de automação. O CLP executa a seqüência abaixo quando o comando PARTIDA é recebido do centro de controle. 1. O CLP recebe o comando de partida do SCADA e verifica se não há nenhuma condição de alarme ou de comando de trip ativo. 2. O CLP abre ou verifica se a válvula de sucção da bomba está aberta e que a válvula de descarga da bomba tenha começado a se abrir. 3. O ar é purgado dos motores com carcaça de ventilação forçada, se aplicável. 4. O CLP fecha o contato, permitindo que a corrente flua através dos enrolamentos do estator. Se alguma das condições anteriores não for atendida, o CLP ignorará o comando de PARTIDA. PARADA DO MOTOR Quando é dado um comando de PARADA, o CLP simplesmente interrompe o fluxo de corrente para o estator e o motor pára de girar. Porém, dependendo da unidade e do serviço, o estado do outro equipamento muda quando o motor pára. Por exemplo, a posição da PCV ( pressure control valve ou válvula de controle de pressão) da estação pode mudar, as válvulas de bloqueio da sucção ou de descarga da bomba podem se fechar. Além disso, antes de parar o motor, você sempre deve considerar o efeito da parada sobre os outros motores. Os motores que ficam funcionando vão trabalhar mais e vão consumir mais corrente elétrica, para que as bombas a eles acopladas possam produzir a carga exigida. O aumento em carga e corrente consumida podem superaquecer os outros motores, fazendo com que eles automaticamente parem. Antes de parar um motor, assegure-se de que ele não tenha que ser imediatamente acionado de novo. A cada vez que é dada a partida no motor, sua vida útil é reduzida. Evite sempre dar a partida no motor desnecessariamente. É melhor, se as condições do oleoduto permitirem, deixar o motor funcionando se ele for usado novamente em breve. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR VELOCIDADE DE OPERAÇÃO A velocidade de operação preferencial para os motores da linha tronco é próximo a 1800 rpm. A velocidade de operação para cada motor é determinada no centro de controle. POTÊNCIA Os motores da linha tronco produzem entre 298 a 3730 KW (400 a 5000 hp). Os tamanhos mais comuns de motores são de 1120 ou 1865 KW (1500 ou 2500 hp). A potência consumida por cada motor é indicada no centro de controle que a monitora em tempo real. Estes motores são geralmente alimentados em média tensão de 4160 v e a potência total dos mesmos define a potência da estação na qual estão instalados. PROTEÇÃO DO MOTOR Os motores da linha tronco são protegidos de danos por superaquecimento pelos dispositivos de proteção do motor. O módulo de revisão SISTEMAS DE POTÊNCIA E PROTEÇÃO fornece informações que propiciam um melhor entendimento destes dispositivos. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 37 38 FUNCIONAMENTO DO MOTOR ? REVISÃO 3 1. Acionar de novo um motor que foi desligado por um alarme de um RTD exige______ . a) o envio imediato de um comando de PARTIDA a partir do centro de controle b) esperar que o motor esfrie, para emitir o comando PARTIDA c) esperar que o motor esfrie e depois o motor se religará sozinho d) um técnico de campo reinicialize manualmente o alarme 2. Um acoplamento do eixo quebrado é detectado por ______ . a) b) c) d) um alarme de subcorrente um sensor de vibrações um sensor de ruído somente uma inspeção visual do motor 3. A velocidade freqüente de um motor de linha tronco é _____ . a) b) c) d) 350 rpm 1800 rpm 5000 rpm 8000 rpm 4. Uma sobrecarga pode ocorrer ______ . a) b) c) d) por um aumento moderado e ilegítimo da potência exigida pela bomba quando o motor trava completamente somente quando há um defeito mecânico grave na bomba quando o acoplamento quebra Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR 5. Solavancos repentinos e graves no eixo do motor, mas que não sejam suficientes para travar o motor, são denominados _______ . a) b) c) d) sobrecorrente sobrecarga subcorrente bloqueio da carga 6. Um motor não sofrerá qualquer dano se permanecer travado por ______ . a) b) c) d) o tempo suficiente para deselagem (unseal) do motor no máximo 25 minutos no máximo vários segundos de 10 a 20 minutos, dependendo da temperatura ambiente 7. Pode ser dada a partida nos motores da linha tronco ______ . a) b) c) d) com a freqüência necessária quando o CLP comprovar que não há condições de alarme não mais do que uma vez a cada sessenta minutos não mais do que uma vez por dia 8. Antes de dar a parada no motor é importante ter certeza de que não terá que ser dada a partida no mesmo imediatamente e______ . a) que os outros motores que permanecerem funcionando poderão manter a carga solicitada para escoar o produto adequadamente b) o motor vem funcionando durante os últimos 30 minutos c) a seqüência adequada de parada do motor foi iniciada d) o motor não vai se superaquecer pela parada As respostas estão no final deste módulo. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle ? 39 40 FUNCIONAMENTO DO MOTOR RESUMO SEÇÃO 1 - PRINCÎPIOS BÂSICOS • O magnetismo é a capacidade de atrair ou repelir metais ferrosos. • Os metais ferrosos possuem unidades magnéticas dispersas randomicamente, cada um com duas metades diferentes denominadas pólos sul e norte. Quando as unidades magnéticas estão alinhadas com os pólos norte apontando no mesmo sentido a peça inteira de metal age como uma única unidade magnética. • Os pólos magnéticos opostos se atraem. Os pólos magnéticos iguais se repelem. • Um campo magnético define um volume em volta de um ímã em que existe força magnética. • A corrente elétrica que passa por um condutor cria um campo eletromagnético em torno do mesmo. • Quando o sentido da corrente elétrica em um condutor é invertido, o campo magnético em torno do condutor também se inverte. O pólo norte do campo agora se transformou no pólo sul e vice-versa. • Os enrolamentos são bobinas de fio através das quais a corrente elétrica pode fluir. O campo eletromagnético em torno de um enrolamento tem a mesma forma do campo magnético que circunda uma barra de ímã. • A corrente alternada (CA) é uma corrente que inverte regularmente o sentido do fluxo que passa por um condutor. A corrente alternada que passa pelo condutor produz um campo eletromagnético que muda regularmente sua polaridade. • O termo indução se refere à produção de uma corrente elétrica passando um condutor através de um campo magnético. • A força eletromotriz que induz a corrente elétrica em um condutor que passa por um campo magnético sempre age perpendicularmente às linhas da força magnética pela qual passa o condutor, e perpendicularmente ao movimento do condutor. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR SEÇÃO 2 - COMPONENTES E FUNCIONAMENTO DO MOTOR ELÉTRICO • Os componentes fundamentais de um motor elétrico são o estator e o rotor. Um estator é um conjunto de enrolamentos cilíndricos, que produzem campos eletromagnéticos. Um rotor é um conjunto de enrolamentos ou barras condutoras em torno de um eixo que pode girar livremente dentro do estator. • A corrente é induzida nos enrolamentos do rotor à medida que este atravessa o campo eletromagnético gerado pelo estator. Esta corrente induzida produz o campo eletromagnético do rotor. • A interação dos campos eletromagnéticos produzidos pelo estator e pelo rotor fazem o rotor girar. • Na corrente alternada monofásica a corrente elétrica se desloca em um sentido, pára e se desloca no sentido oposto. • Uma corrente alternada trifásica é composta de três voltagens alternadas com o mesmo valor e com espaços de 120 graus elétricos de distância entre si. Os motores trifásicos usam a corrente elétrica trifásica nos enrolamentos do estator para produzir um campo eletromagnético girante constante. SEÇÃO 3 - COMENTÁRIOS SOBRE O FUNCIONAMENTO • Sensores de temperatura resistivos (RTDs) monitoram o motor quanto a aumentos da temperatura que excedem os limites operacionais normais. • Um sensor de vibrações fica montado no fim do eixo da caixa do mancal para detectar o excesso de movimento axial ou radial no eixo. • Os sensores de corrente monitoram os aumentos e reduções na corrente consumida pelo motor. Um alarme de sobrecorrente pode ser disparado quando uma bomba exige mais conjugado do que o motor está preparado para fornecer. Um alarme de subcorrente é disparado quando o acoplamento que prende o eixo do motor ao eixo da bomba se quebra. • Os alarmes de temperatura, vibração, e corrente desligam o motor automaticamente. • A velocidade de operação preferencial dos motores da linha tronco é 1800 rpm. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 41 42 FUNCIONAMENTO DO MOTOR • Os tamanhos mais comuns dos motores da são de 1120 ou 1865 KW (1500 ou 2500 hp). • Quando o motor fica travado mais do que alguns segundos, o calor gerado no estator pode danificar gravemente os enrolamentos. • Antes de desligar um motor, assegure-se de que o motor não precisará ser imediatamente religado, e de que os motores que permanecerão funcionando poderão fornecer a potência solicitada. É melhor, se as condições do oleoduto permitirem, deixar o motor funcionando se ele for necessário pouco tempo depois. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR GLOSSÁRIO ampére (amp) unidade de medida usada para determinar a quantidade de corrente que flui em um circuito. campo eletromagnético o campo magnético produzido por uma corrente elétrica que passa através de um condutor de eletricidade. campo magnético é o volume em torno de um ímã onde existem forças magnéticas. carcaça é o invólucro que envolve o motor. Controlador Lógico Programável-CLP é um computador especial local capaz de implementar sequenciamentos, intertravamentos servindo também de elemento de interface com os sensores e equipamentos das instalações (bombas, válvulas motorizadas, etc). Executam como intertravamento básico a verificação da possibilidade de ligar uma bomba através de um check da ausência de alarmes antes de implementar o comando. Controle Supervisório é e Aquisição de Dados (SCADA) um sistema complexo de hardware, software, meios de comunicação, dispositivos, e instrumentos que coleta eanalisa dados operacionais e envia relatórios novamente ao centro de controle. Além disso, o sistema SCADA realiza comandos determinados pelo operador no centro de controle. eletromagnetismo é a criação de um campo magnético por uma corrente elétrica que passa através de um condutor de eletricidade. corrente alternada é a corrente elétrica que inverte o seu sentido de fluxo regularmente através de um condutor. corrente contínua uma corrente elétrica que flui em um único sentido. corrente elétrica é o fluxo livre em um sentido através de um condutor de eletricidade. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 43 44 FUNCIONAMENTO DO MOTOR elétron uma partícula subatômica que é dotada de uma carga elétrica negativa. elétron livre um elétron que possui uma ligação fraca com o núcleo do átomo e que se move de um átomo para outro. enrolamento se refere a uma bobina de fio através do qual uma corrente elétrica pode passar. estator é um conjunto de enrolamentos cilíndricos que produz um campo eletromagnético. É o principal componente estacionário de um motor elétrico, sendo constituído da carcaça, núcleo, enrolamentos e camisa dos mancais. força eletromotriz (FEM) sempre age no sentido perpendicular tanto às linhas magnéticas da força quanto ao percurso do fio através das linhas de força. A FEM empurra os elétrons no sentido perpendicular às linhas de força magnética e ao percurso do fio em movimento. freqüência (cps ou Hz) a quantidade de ciclos por segundo, ou hertz, traduz o número de vezes em um segundo que a corrente elétrica troca de sentido. indução se refere à produção de uma corrente elétrica pela passagem de um condutor por um campo magnético. laminação é uma fina camada de chapa de aço. magnetismo se refere à atração e à repulsão que podem existir entre pedaços de material ferro-magnético. mancal é um dispositivo em um apoio de montagem fixo que suporta um eixo montado e permite que ele gire. motor de indução um motor que usa corrente induzida em um rotor pelos campos eletromagnéticos do estator. motor trifásico é um motor elétrico que usa corrente alternada trifásica para girar o campo magnético do estator. nêutron partículas subatômicas sem carga elétrica presentes no núcleo dos átomos. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR ohm a unidade de medida da resistência ao fluxo de corrente elétrica. pólos magnéticos as extremidades ou pólos de uma unidade magnética. próton uma partícula subatômica que, juntamente com o nêutron, faz parte do núcleo de todos os átomos, e que carrega apenas uma carga positiva. resistência (R) é a oposição ao fluxo de corrente, e é medida em ohms. rotor parte giratória de um motor elétrico, constituída de núcleo, enrolamentos, anéis coletores e eixo. sensor de temperatura resistivo (RTD) monitora o motor, buscando aumentos da temperatura que excedam os limites normais de operação. sensores de corrente reagem aos aumentos e reduções na quantidade de corrente elétrica consumida pelo motor. Sistema de Controle do Oleoduto (PCS) É um sistema constituído, de computadores do tipo Work Stations com tecnologia Risc em uma estação central, de um sistema de comunicação que permite a interligação dos computadores com os CLPs e outros computadores nas estações junto as instalações industriais como os terminais com tancagem e bombas e as estações de bombeamento intermediárias, dos CLPs e, finalmente de softwares ou programas que implementam as funções básicas e avançadas dos sistemas SCADAS. unidades magnéticas as unidades magnéticas são dispersas randomicamente nos metais ferrosos como o ferro. Cada unidade magnética possui um pólo sul e um pólo norte. volt (v) a unidade de medida de uma força que faz com que os elétrons se movam em um circuito. watt uma unidade de medida de potência; 746 watts = 1 HP ou Horse Power. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 45 46 FUNCIONAMENTO DO MOTOR RESPOSTAS REVISÃO 1 REVISÃO 2 REVISÃO 3 1. b 1. a 1. d 2. a 2. c 2. a 3. d 3. a 3. b 4. c 4. c 4. a 5. b 5. d 5. d 6. c 6. b 6. c 7. d 7. b 7. b 8. c 8. d 8. a 9. c 9. a 10. a 10. c 11. c Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR APÊNDICE A REVISÃO SOBRE ELETRICIDADE INTRODUÇÃO Os motores discutidos neste módulo usam eletricidade para produzir energia mecânica. A maior parte da discussão na Seção 1 focaliza os campos eletromagnéticos, e como os campos eletromagnéticos são gerados pela eletricidade. Para compreender como eles são gerados, é necessário compreender o que é a eletricidade e o que acontece em uma corrente elétrica. Este Apêndice fornece os conceitos básicos a respeito da eletricidade e da corrente elétrica, incluindo: • • • • • • • • • • • • • • • elétrons orbitais camada de valência elétrons de valência íons elétrons livres corrente corrente contínua corrente alternada ampéres forças eletromotrizes volts resistência circuitos abertos e fechados, e curto-circuito. ÁTOMOS E CARGAS ELÉTRICAS Toda matéria é constituída de átomos. Os átomos são as unidades essenciais do universo. Eles são constituídos de partículas denominadas prótons, nêutrons e elétrons. Os prótons e os nêutrons do centro, ou núcleo e os elétrons que orbitam em torno do núcleo, conforme mostra a Figura A-1. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 47 48 FUNCIONAMENTO DO MOTOR Elétron – Próton + – – – + + + + + + – – – Figura A-1 Um Átomo Os elétrons orbitam o núcleo em camadas, ou orbitais. Cada orbital pode conter apenas uma determinada quantidade de elétrons. O orbital mais próximo do núcleo, por exemplo, contém no máximo dois elétrons. O segundo orbital pode conter no máximo oito elétrons. Os orbitais que ficam mais distantes do núcleo podem conter ainda mais elétrons. O orbital mais distante do núcleo é denominado orbital de valência. Os elétrons que orbitam a camada de valência são denominados elétrons de valência. Cada elétron do átomo dá ao átomo uma carga negativa, cada próton possui uma carga positiva, enquanto que o nêutron não possui carga. A quantidade e a disposição das cargas positivas e negativas em cada átomo podem fazer com que dois ou mais átomos se unam, ou se liguem, para formar moléculas. Geralmente há a mesma quantidade de elétrons e prótons em cada átomo. As cargas elétricas negativas dos elétrons e a cargas positivas dos prótons se cancelam mutuamente. Às vezes, porém, uma força pode fazer com que a quantidade de elétrons de um átomo se modifique, de modo que as cargas positivas e negativas do átomo não se anulem mutuamente e ele não seja mais eletricamente neutro. Um átomo que não está eletricamente neutro é denominado um íon. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR – – – + + + + + + – – – Elétron Livre Figura A-2 Um Íon Um elétron deixa o átomo, reduzindo a carga elétrica negativa total do átomo. O átomo agora possui uma carga positiva líquida e é denominado íon positivo. Um elétron da camada de valência, denominado elétron de valência, pode deixar seu orbital em torno do núcleo e migrar sozinho como um elétron livre, ou orbital um outro núcleo. Quando um átomo perde um elétron, os elétrons restantes não somam uma carga negativa combinada suficiente para anular a carga positiva combinada dos prótons do núcleo. O átomo então passa a possuir uma carga positiva líquida, sendo denominado íon positivo. Se o elétron que escapou começar a orbitar em outro átomo neutro, a carga negativa extra não é contrabalançada pelas cargas positivas combinadas dos prótons. Este átomo então fica dotado de uma carga negativa líquida, sendo denominado íon negativo. Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 49 50 FUNCIONAMENTO DO MOTOR CORRENTE ELÉTRICA A corrente elétrica é o fluxo de elétrons livres em um sentido através de um condutor de eletricidade. Os elétrons livres se movem em sentidos aleatórios pelo condutor. Porém, os elétrons podem ser forçados a se moverem em um mesmo sentido pelo condutor, de forma bastante semelhante às partículas líquidas que são forçadas pela bomba a se moverem no mesmo sentido no oleoduto. A corrente convencional flui do terminal positivo da bateria para o terminal negativo por um circuito externo. O fluxo de corrente elétrica (I) é medido em elétrons por segundo, ou ampéres. Um ampére de corrente elétrica significa que 6 280 000 000 000 000 000 (6.28 × 1018), ou 1 uma carga elétrica de um coulomb passam por um determinado ponto em um segundo. FORÇA ELETROMOTRIZ A força eletromotriz (FEM) é a força que faz com que os elétrons se movam por um condutor. A FEM é medida em volts. (V). Independente de quantos elétrons livres haja no condutor, eles não se moverão até que alguma força os force a isso. Imagine os elétrons livres como o líquido que está em repouso no oleoduto. A menos que uma força seja aplicada ao líquido, ele permanecerá em repouso. A FEM pode ser entendida como a pressão elétrica que provoca o fluxo de elétrons. A FEM é usada para produzir um dos campos eletromagnéticos do motor elétrico, em um processo denominado indução. CORRENTE CONTÍNUA A Corrente Contínua (CC) continua a fluir através de um circuito elétrico sem mudar ou inverter seu sentido. CORRENTE ALTERNADA (CA) A corrente alternada (CA) é uma corrente elétrica que inverte seu sentido dentro de um ciclo regular. Isto é, a corrente se move primeiro em um sentido, perde velocidade até parar, depois se move no sentido oposto, perde velocidade até Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle FUNCIONAMENTO DO MOTOR parar, então muda novamente de sentido e assim por diante. O movimento para frente e para atrás da corrente alternada acontece rapidamente. A corrente alternada usada no BRASIL apresenta 60 ciclos por segundo ou 120 inversões de sentido por segundo. O movimento para frente e para trás da corrente alternada é medido em ciclos por segundo, ou hertz (Hz). A corrente alternada usada pelos motores da linha tronco é denominada corrente CA de 60 Hz. RESISTÊNCIA A Resistência (R) é a oposição ao fluxo de corrente, e é medida em ohms(Ω). Substâncias diferentes têm quantidades diferentes de elétrons de valência. As substâncias com poucos elétrons de valência, como o cobre, possuem muitos elétrons livres que podem se mover na corrente elétrica. As substâncias que possuem muitos elétrons de valência como o vidro, possuem poucos elétrons livres que podem se mover na corrente elétrica. Uma substância que possui poucos elétrons livres é muito resistente ao fluxo de corrente, e é denominada isolante elétrico. Um pesquisador alemão chamado George Ohm descobriu a seguinte relação entre corrente, FEM, e resistência, conhecida como a Lei de Ohm: Dado: I = corrente (em ampéres) E = FEM (em volts) R = resistência (em Ohms) Então, I=E/R ou R=E/I A resistência de um circuito elétrico produz calor. Quanto maior a resistência, mais calor é produzido por uma corrente fixa. Se a resistência for muito alta, o calor criado pela corrente pode destruir o condutor. CIRCUITOS ABERTOS E FECHADOS Em um circuito fechado os elétrons podem se mover através de um condutor em um loop contínuo. Por exemplo, se um condutor ligar os terminais positivo e negativo de uma bateria, o condutor forma um circuito fechado. Se, porém, houver uma quebra no condutor, o condutor não ligará os dois terminais, formando um circuito aberto. A corrente pode fluir somente em um circuito Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle 51 52 FUNCIONAMENTO DO MOTOR fechado. Geralmente um circuito elétrico possui uma chave (também denominada disjuntor) para fechar ou abrir o circuito elétrico para o motor. + – Figura A-3 Circuitos Abertos e Fechados A A Figura A mostra um circuito aberto. Em um circuito aberto o condutor não liga os terminais positivo e negativo da bateria em um loop contínuo, de modo que a corrente não pode passar pelo condutor. A Figura B mostra um circuito fechado. Em um circuito fechado, o condutor conecta os terminais positivo e negativo da bateria em um loop contínuo, permitindo que o fluxo de corrente passe entre os terminais positivo e negativo. + – CURTO-CIRCUITO B A corrente sempre segue o caminho de menor resistência através do condutor. Isto significa que se o condutor formar um circuito fechado antes de chegar a carga que a corrente deveria alimentar, então a corrente fluirá somente através do circuito fechado não alcançando a carga. O circuito fechado neste caso é denominado curto-circuito. Figura A-4 Um Curto-Circuito Neste exemplo, a corrente deveria passar pela lâmpada. Porém, o condutor elétrico forma um circuito fechado antes de chegar à mesma. A corrente sempre segue o caminho de menor resistência, de modo que a corrente só passa do terminal positivo da bateria para o Ponto S, depois para o terminal negativo da bateria. O circuito fechado pelo qual passa a corrente neste exemplo é denominado um curto-circuito. + – S Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle