Calculos Instalacoes Motores

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Instalaes Eltricas Professor Luiz Henrique Alves Pazzini 104

13 - INSTALAES DE FORA MOTRIZ 13.1 - Introduo Existem trs configuraes bsicas para alimentao de motores que operam em condies normais. A primeira delas a dos circuitos terminais individuais, isto , para cada circuito terminal um motor, conforme mostrado na Figura 13.1. Figura 13.1: Circuito terminal individual para alimentao de motores. Quadro Terminal

M1

M2

M3

Carga

Circuito Terminal 1

Circuito Terminal 2

Circuito Terminal 3

Circuito Terminal 4

O tipo da instalao ilustrado na Figura 1 o caso tpico encontrado em sistemas industriais e comerciais de maior porte Uma outra configurao muito utilizada para alimentao de motores, e outras cargas de fora, por circuito de distribuio com derivaes para circuitos terminais especficos. A Figura 13.2 apresenta um exemplo deste tipo de instalao. Figura 13.2: Circuito de distribuio com derivaes de circuitos terminais. Quadro de distribuio

Circuito de Distribuio

Circuitos de Distribuio que alimentam outras cargas

M1

M2

M3

Circuito Terminal 1

Circuito Terminal 2

Circuito Terminal 3

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A terceira e ltima configurao de circuitos para motores o circuito terminal com vrias cargas. Um nico circuito terminal alimenta vrios motores semelhana dos circuitos de iluminao ou de tomadas para uso geral. Esse tipo de alimentao s deve ser aplicado quando os motores forem de pequeno porte, da ordem de 1 cv. A Figura 13.3 retrata esse tipo de instalao. Figura 13.3: Circuito terminal alimentando vrios motores.Quadro Terminal

Circuito Terminal

Circuitos Terminais que alimentam outras cargas

M1

M2

M3

Os circuitos terminais de motores exigem dispositivos especficos que os diferem dos circuitos comuns para alimentao e tomadas. Na origem do circuito terminal deve existir um dispositivo de seccionamento que s deve ser operado sem carga, isto , com o motor desligado. Sua finalidade promover o seccionamento para fins de manuteno do circuito. Em seguida, deve existir o dispositivo de proteo contra correntes de curto circuito. Destaca-se que so os condutores que devem ser protegidos, e no o motor propriamente dito. A proteo dos condutores deve ser completada com a utilizao de dispositivos de proteo contra correntes de sobrecargas, que devem proteger principalmente as bobinas do enrolamento do motor. Por fim, o circuito terminal deve contar com um dispositivo de manobra para ligar e desligar o motor de forma segura, tarefa tpica dos contatores. A Figura 13.4 mostra esquematicamente o circuito terminal de alimentao de um motor. Figura 13.4: Esquema de um circuito terminal de um motor.Seccionamento

Proteo contra curto-circuito

Dispositivo de manobra (liga/ desliga) Proteo contra sobrecarga Motor

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Para atender s exigncias funcionais do circuito terminal do motor, existem algumas montagens clssicas dos dispositivos: seccionador / fusvel / rel trmico / contator; seccionador-fusvel / rel trmico / contator; disjuntor termomagntico / contator. 13.2 Dimensionamento dos condutores do circuito terminal O dimensionamento dos condutores do circuito terminal do motor deve atender aos critrios de capacidade de corrente e da mxima queda de tenso. A corrente do motor a ser considerada a corrente nominal do motor, obtida em catlogos ou determinada pela seguinte relao: I NM = Pmec 736 3 U fp

sendo: Pmec = potncia mecnica do motor [cv]; U = tenso nominal de alimentao do motor [V]; fp = fator de potncia do motor; = rendimento do motor; INM = corrente nominal do motor [A]. Como o motor pode ter um fator de servio (FS) maior que 1, a capacidade de conduo do condutor (IZ) deve ser superior ao valor da corrente nominal corrigida pelo fator de servio para o caso de um circuito terminal que alimente um nico motor. IZ FS x INM Para motores com mais de uma potncia, como ocorre em alguns casos, o condutor selecionado deve suportar a pior condio possvel. Ou seja, deve- se adotar o de maior seo. Em caso de motores que trabalhem em ciclos de operao com potncia varivel ou de forma intermitente, a capacidade de conduo do condutor deve ser superior mxima corrente absorvida durante o ciclo de operao. Se um circuito terminal alimenta mais de um motor, deve-se considerar o somatrio de correntes, segundo a relao seguinte: IZ n

FSi I

Mi i=1

sendo: FSi = fator de servio do motor i; IMi = corrente nominal do motor i. Para circuitos terminais em instalaes residenciais e comerciais que alimentam motores e outras cargas, deve-se considerar a corrente dessas cargas, conforme mostra a relao seguinte:

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IZ

FSi II cj

Mi

+j= 1

n

i=1

sendo ICj a corrente da carga j. Uma vez determinada a seo do condutor pelo critrio da capacidade de corrente, deve-se verificar se ele atende s condies impostas pela queda de tenso. Em situaes normais, a queda de tenso total entre a origem da rede de baixa tenso e os terminais do motor deve ser inferior a 4% em instalaes alimentadas por rede pblica de baixa tenso, e a 7% em instalaes alimentadas por transformadores prprios. Durante o processo de partida do motor, a queda de tenso mxima permitida de 10% entre a origem da instalao e os terminais do dispositivo de partida do motor, e as demais condies devem ser respeitadas. O clculo da queda de tenso na partida deve ser feito com o valor da corrente de partida e considerando-se fator de potncia de 0,3. Nas condies de operao considera-se o fator de potncia nominal do motor. Assim, no possvel utilizar as tabelas de queda de tenso dos fabricantes, pois elas so elaboradas considerando fatores de potncia de 0,95 e 0,8. Portanto, no caso dos motores, a queda de tenso deve ser calculada atravs da expresso seguinte:U = 3 L I (r cos + X L sen )

sendo: U = queda de tenso [V]; L = comprimento do circuito [km]; I = corrente do circuito [A] (corrente nominal do motor, em situao de regime, ou corrente de partida do motor); r = resistncia eltrica do condutor (/km); XL = reatncia indutiva do condutor (/km0; cos = fator de potncia pode ser o nominal do motor, durante o regime, ou 0,3 durante a partida; sen = 1 cos 2 .

A resistncia de um condutor fornecida pelo fabricante. J a reatncia indutiva dos condutores depende da maneira de sua instalao. Para nossos clculos, vamos considerar valores mdios apresentados na Tabela 13.1.

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Tabela 13.1: Resistncia e reatncia indutiva dos condutores. Seo [mm1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300 400 5002

R [/km]14,48 8,87 5,52 3,69 2,19 1,38 0,87 0,63 0,46 0,32 0,23 0,19 0,15 0,12 0,09 0,07 0,06 0,05

XL [/km]0,17 0,16 0,16 0,15 0,15 0,14 0,14 0,13 0,13 0,12 0,11 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06 0,06 0,05

Ressalta-se que todos os conceitos utilizados no dimensionamento de condutores de circuitos normais tambm so vlidos para o dimensionamento dos circuitos de motores (maneira de instalar, fatores de correo, etc). Tambm importante considerar que norma NBR 5410 exige uma 2 seo mnima de 2,5 mm para os circuitos de fora. Exemplo 13.1: Dimensionar os cabos de cobre com isolao PVC para alimentar um motor eltrico trifsico de 20 cv, 380 V. Os condutores so instalados em eletroduto de PVC embutido em alvenaria. A temperatura o ambiente de 30 C e h somente um circuito no eletroduto. A queda de tenso na partida de, no mximo, 10% e na operao de 7%. O comprimento do circuito de 40 m. Dados do motor: Ip/INM = 8,3; FS = 1,25; = 89%; fp = 0,86 Soluo. Maneira de instalar: B5 (Tabela 3). 3 condutores carregados (motor trifsico). Clculo da corrente nominal do motor: I NM = Pmec 736 3 U fp = 20 736 3 380 0,89 I NM = 29,2 A

Os fatores de correo valem: f1 = 1,0 (30 C) e f2 = 1,0 (um circuito no eletroduto). Logo, no h necessidade de corrigir a corrente do motor.

o

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A capacidade exigida pelos condutores deve atender a seguinte condio: IZ FS x INM IZ 1,25 x 29,2 IZ 36,8 A. Da Tabela 5 obtm-se a seo dos condutores: 10 mm (IZ = 50 A). Deve-se verificar a queda de tenso em dois casos: na partida e em operao normal. Queda de tenso na partida: Ip = 8,3 x INM = 8,3 x 29,2 Ip = 242,36 [A]. O valor da queda de tenso pode ser obtido por:U = 3 L I (r cos + X L sen )2 2

Da Tabela 13.1 obtm-se para o condutor de 10 mm : r = 2,19 [/km]; Tem-se:U = 3 0,04 242,36 (2,19 0,3 + 0,15 0,95) U = 13,42 [V ]

XL = 0,15 [/km].

A queda de tenso percentual fica:U % = U U 100 U % = 13,42 100 3,53% 380

Como a queda de tenso mxima permitida na partida de 10%, o 2 condutor de 10 mm atende essa condio. Verificao da queda de tenso em operao normal:U = 3 0,04 36,8 (2,19 0,89 + 0,15 0,21) U = 5,05 [V ]

A queda de tenso percentual fica:U % = U U 100 U % = 5,05 100 1,33% 380

Como a queda de tenso mxima permitida em regime de 7%, o 2 condutor de 10 mm atende essa condio. Exemplo 13.2: Um circuito terminal alimenta 3 motores trifsicos, M1, M2 e M3. Dimensionar os condutores de cobre com isolao PVC desse circuito terminal. Dados do problema: U = 220 V; L = 45 m; 1 circuito no eletroduto; o eletroduto de PVC instalado em alvenaria; temperatura ambiente de 30 C. queda de tenso per