TCC Daniel

1

UFMT UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO FAET FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

LABORATRIO DE QUALIDADE E EFICINCIA ENERGTICA

Anlise preliminar da utilizao racional de

energia eltrica no acionamento de bombas

centrfugas

Daniel Alaertes Velasco Techi

Orientador: Mrio K. Kawaphara

Cuiab - MT

9 de junho de 2006.

2

UFMT UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO FAET FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

LABORATRIO DE QUALIDADE E EFICINCIA ENERGTICA

Anlise preliminar da utilizao racional de

energia eltrica no acionamento de bombas

centrfugas

Relatrio de estgio supervisionado

apresentado Faculdade de

Engenharia Eltrica da

Universidade Federal do Mato

Grosso, como parte dos

requisitos para obteno do

ttulo de Graduao de Bacharel

em Engenharia Eltrica, sob a

Orientao do Professor Mrio

K. Kawaphara.

Daniel Alaertes Velasco Techi

Orientador: Mrio K. Kawaphara

3

Sumrio:

Introduo: ........................................................................................................................ 6

Objetivo: .......................................................................................................................... 7

Delimitao do tema ....................................................................................................... 8

Hipteses .......................................................................................................................... 9

1 REVISO TRICA SOBRE MOTOR DE INDUO ........................................ 10

1.1 Motores Assncronos ...................................................................................... 11

1.1.1 Estator ..................................................................................................... 12

1.1.2 O Campo Magntico ............................................................................... 13

1.1.3 Rotor ....................................................................................................... 14

1.1.4 Escorregamento, torque e velocidade. .................................................... 16

1.1.5 Eficincia e Perdas.................................................................................. 17

1.1.6 Campo Magntico .................................................................................. 18

1.1.7 Condies de operao do motor............................................................ 20

1.1.8 Mudanas de velocidade ......................................................................... 22

1.1.9 Regulao por freqncia ....................................................................... 22

1.1.10 Magnetizao adicional na partida. ........................................................ 23

1.1.11 Magnetizao devido a variao da carga. ............................................. 24

2 Bomba centrfuga. .................................................................................................. 24

2.1 Conceito: ......................................................................................................... 25

2.2 Constituio: ................................................................................................... 25

2.3 Noes bsicas sobre o funcionamento. ......................................................... 28

2.3.1 Arraste de liquido: .................................................................................. 28

2.3.2 Conceito dos principais fatores de operao: ......................................... 28

2.3.3 Comentrios sobre algumas caractersticas operacionais: ...................... 28

4

2.4 Estgio de desenvolvimento e vantagens das bombas centrfugas. ................ 30

2.5 Tipos principais de bombas centrfugas. ........................................................ 30

2.6 Instalao, operao e manuteno de bombas centrifugas. .......................... 32

2.6.1 Problemas de operao. .......................................................................... 34

2.6.2 Manuteno. ........................................................................................... 34

3 METODOLOGIA ................................................................................................... 35

3.1 Variao da carga atravs da vlvula: ............................................................ 35

4 APRESENTAO FSICA DA BANCADA DA BOMBA CENTRFUGA ....... 39

4.1 Foto da bancada da bomba centrfuga: ........................................................... 45

4.2 Nomeao dos bornes: .................................................................................... 46

4.3 Diagrama de fora: ......................................................................................... 49

4.4 Disjuntor: ........................................................................................................ 50

4.4.1 Princpio de funcionamento: ................................................................... 50

4.5 Contator: ......................................................................................................... 51

4.6 Fusveis: .......................................................................................................... 52

4.7 Partida direta: .................................................................................................. 52

4.8 Soft staters: ..................................................................................................... 53

4.9 Conversor de freqncia: ................................................................................ 54

5 ENSAIO COM VARIAO DE CARGA: ........................................................... 54

5.1 Anlise dos trs modos de partida (potncia x Vazo) ................................... 54

5.2 Analise da Potncia ativa X abertura de vlvula: ........................................... 66

5.3 Anlise do comportamento das potncias: ..................................................... 67

5.4 Comparao entre os dois modos de controle de vazo ................................. 73

5.5 Anlise do fator de potncia ........................................................................... 75

5.6 Elipse e Fluke: ................................................................................................ 76

5

5.7 Anlise dos harmnicos de tenso e corrente ................................................. 77

6 Concluso: .............................................................................................................. 80

7 Referncias Bibliogrfica ....................................................................................... 81

6

Introduo:

A energia eltrica utilizada em todos os processos produtivos, sendo que

muitas vezes pode representar uma parcela reduzida dos custos totais, no entanto, nada

pode substitu-la, pois sem ela os processos no se desenvolvem.

Levando em conta o cenrio de oferta de energia no Brasil onde as restries de

ordem financeira e ambiental se conjugam de modo a incrementar o custo energtico e

configuram perspectivas preocupantes de descompasso entre as disponibilidades e as

demandas energticas, torna-se necessrio a ampliao de estudos sobre o uso racional

de energia.

De um modo geral, reduzir as perdas traz benefcios para todos. Melhora a

economicidade dos processos produtivos e aumenta a disponibilidade de energia de

modo a atender mais pessoas com um menor uso de recursos, e assim favorece a

gerao de empregos e ajuda a preservar o meio ambiente.

7

Objetivo:

Descobrir modos de reduzir o desperdcio de energia em indstrias, observando

a melhor utilizao dos equipamentos, verificarem as tcnicas j existentes, bem como a

aquisio de novas tcnicas para alcanar este resultado.

8

Delimitao do tema

Esta uma pesquisa que visa eficincia energtica em indstrias, onde se

estuda motores eltricos de induo trifsica buscando o seu melhor modo de trabalho

para um determinado objetivo.

As indstrias de um modo geral ainda no tm um compromisso com a

eficincia energtica, sendo assim atravs destes estudos sero mostradas as vantagens e

desvantagens das formas de reduo de energia em um determinado setor industrial.

Para elucidar essas vantagens e desvantagens a pesquisa ser fundamentada nas teorias

sobre motores eltricos induo, bombas centrfugas, etc.

9

Hipteses

Motor eltrico a mquina destinada a transformar energia eltrica em

energia mecnica. O motor de induo o mais usado de todos os tipos de motores, pois

combina as vantagens da utilizao de energia eltrica - baixo custo, facilidade de

transporte, limpeza e simplicidade de comando - com sua construo simples, custo

reduzido, grande versatilidade de adaptao s cargas dos mais diversos tipos e

melhores rendimentos.

O motor eltrico absorve energia eltrica da linha e a transforma em

energia mecnica disponvel no eixo. O rendimento define a eficincia com que feita

esta transformao.

A potncia til fornecida pelo motor na ponta do eixo menor que a

potncia que o motor absorve da linha de alimentao, isto , o rendimento do motor

sempre inferior a 100%. A diferena entre as duas (2) potncias representa as perdas,

que so transformadas em calor, o qual aquece o enrolamento e deve ser dissipado para

fora do motor, para evitar que a elevao de temperatura seja excessiva.

O fator de potncia cujo ndice sugere o quanto da energia total (energia

aparente) transformada em trabalho. A energia ativa responsvel pelo trabalho, e a

reativa pela manuteno do fluxo magntico, isso implica em dizer que quanto maior a

energia reativa menor ser o fator de potncia. O baixo fator de potncia indica que a

energia eltrica est sendo mal utilizada, com um fator de potncia prximo de 100% as

perdas diminuem, e reduz at mesmo as variaes de tenso do sistema.

Existem vrias maneiras e acionamento de motores eltricos de induo, desta

forma deve-se fazer um estudo para avaliar a melhor forma de partida de acordo com a

carga trabalhada.

10

1 REVISO TERICA SOBRE MOTOR DE INDUO

O primeiro motor eltrico foi uma mquina de corrente contnua, construda em

1833. O controle de velocidade desse tipo de motor era relativamente simples e atendia

as necessidades da maioria das aplicaes.

Em 1889, o primeiro motor de corrente alternada foi desenvolvido. Mais simples

e robusto do que os de corrente contnua, a mquina trifsica de corrente alternada

sofria com valores fixos de velocidade e caractersticas de torque, o que limitou por

vrios anos o uso desses motores em aplicaes especiais.

Os motores trifsicos de corrente alternada so conversores eletromagnticos de

energia, convertendo energia eltrica em energia mecnica (operando como motor) e

vice-versa (operando como gerador) atravs da induo eletromagntica.

O princpio da induo eletromagntica que se um condutor movimentado

atravs de um campo magntico (B), uma tenso induzida. Se o condutor um

circuito fechado, uma corrente (I) ir circular (Lei de Faraday da induo

eletromagntica). Quando o condutor movimentado, uma fora (F), que

perpendicular ao campo magntico, ir agir sobre o condutor (Lei de Ampre segundo o

conceito de campo).

a) Princpio do gerador (induo atravs do movimento). No princpio do gerador,

movimentando um condutor atravs de um campo magntico gera uma tenso.

b) Princpio do motor.

No motor, o princpio da induo reverso e um condutor conduzindo uma

corrente posicionado dentro de um campo magntico. O condutor ento influenciado

por uma fora (F) que movimento o condutor para fora do campo magntico.

11

Figura 1 - Princpio da Induo Eletromagntica.

No princpio do motor, o campo magntico e o condutor com uma corrente

circulando geram o movimento. O campo magntico gerado na parte estacionria (o

estator) e os condutores, que so influenciados pelas foras eletromagnticas, esto na

parte girante (o rotor).

Motores de corrente alternada trifsicos podem ser divididos em dois (2) grupos

principais: assncronos e sncronos.

O estator funciona basicamente da mesma maneira nos dois tipos de motores,

mas o projeto e o movimento do rotor em relao ao campo magntico so diferentes.

Nos sncronos (que significa simultneo ou o mesmo) as velocidades do rotor e do

campo magntico so as mesmas e no assncrono so diferentes.

1.1 Motores Assncronos

Motores assncronos so os mais utilizados e praticamente no requerem

manuteno. Em termos mecnicos eles so virtualmente unidades padro, de

forma que fornecedores esto sempre disponveis. Existem vrios tipos de motor

assncrono, mas todos eles seguem o mesmo princpio bsico.

12

Figura 2 Principais partes do motor

1.1.1 Estator

O estator a parte fixa do motor. Na carcaa do motor existe um ncleo de ferro

formado por folhas finas de ferro (0,3 a 0,5mm). Essas folhas de ferro possuem ranhuras

para o enrolamento trifsico.

Os enrolamentos de fase e o ncleo do estator geram o campo magntico. O

nmero de par de plos (ou plos) determina a velocidade que o campo magntico ir

girar. Se o motor est ligado na sua freqncia nominal, a velocidade do campo

magntico chamada de velocidade sncrona do motor (n0).

13

1.1.2 O Campo Magntico

O campo magntico gira no entreferro entre o estator e o rotor. Aps a conexo

de um enrolamento a uma fase de alimentao, um campo magntico induzido.

Figura 3 Uma (1) fase no estator

O sentido do campo magntico no estator fixo, mas a direo muda. A

velocidade dessa mudana determinada pela freqncia de alimentao. Numa

freqncia de 60Hz (padro brasileiro) o campo alternaria de direo 60 vezes por

segundo.

Se dois enrolamentos so conectados ao mesmo tempo, cada um em uma fase de

alimentao, dois campos magnticos seriam induzidos no ncleo do estator. Em um

motor de dois plos, existe um deslocamento de 120 entre os dois campos. O valor

mximo dos campos tambm est deslocado no tempo.

Isso resulta na criao de um campo magntico girante no estator. Entretanto, o

campo altamente assimtrico at que a terceira fase conectada.

As trs fases geram trs campos magnticos no estator que esto deslocados 120

entre si.

Figura 4 Trs (3) fases resulta num campo magntico girante e simtrico.

14

O estator est, agora, conectado a uma fonte de tenso trifsica e os campos

magnticos de cada enrolamento constroem um campo magntico simtrico, girante

chamado de campo girante do motor. A amplitude do campo girante constante e igual

a 1,5 vezes o valor mximo dos campos alternados. A velocidade de rotao :

A velocidade ento depende do nmero de par de plos (p) e da freqncia (f) da

fonte de alimentao.

Figura 5 - Campo resultante em trs momentos diferentes

A visualizao do campo magntico como um vetor e sua correspondente

velocidade angular forma um crculo. Como uma funo do tempo num sistema de

coordenadas, o campo girante forma uma curva senoidal. O campo girante se torna

elptico se a amplitude variar durante a rotao.

1.1.3 Rotor

Assim como o estator o rotor feito de folhas de ferro com abertura entre elas.

Existem dois tipos principais de rotor: o rotor bobinado e o rotor curto-circuitado.

Rotores bobinados, assim como os estatores, possuem trs enrolamentos, um

para cada fase, que so conectados atravs de um anel coletor. Aps o curto-circuito do

anel coletor, o rotor ir funcionar como um rotor curto-circuitado.

15

Rotores curto-circuitados possuem barras de alumnio que passam atravs das

ranhuras. Um anel de alumnio colocado em cada extremidade do rotor para curto-

circuitar as barras.

O rotor curto-circuitado o mais usado dos dois. Visto que os dois rotores

trabalham basicamente da mesma forma, apenas o rotor curto-circuitado ser estudado.

Figura 6 - Campo girante e o rotor curto-circuitado

Quando uma barra do rotor colocada num campo girante, um plo magntico

passa atravs da barra. O campo magntico do plo induz uma corrente (Iw) no rotor

que afetada apenas pela fora (F).

A fora determinada pela densidade de fluxo (B), a corrente induzida (Iw), o

tamanho do rotor (l) e o ngulo () entre a fora e a densidade de fluxo.

F B Iw l sen Se assumirmos que () vale 90:

F B Iw l

O prximo plo que ir passar pelo rotor tem a polaridade invertida. Isso induz

uma corrente na direo contrria. Visto que a direo do campo magntico tambm

mudou, a fora age na mesma direo que antes.

Quando todo o rotor colocado no campo girante. A velocidade do rotao ir

atingir a velocidade do campo girante, posto que na mesma velocidade, nenhuma

corrente seria induzida no rotor.

Figura 7 - Indues nas barras do rotor

16

1.1.4 Escorregamento, torque e velocidade.

Sobre circunstncia normais, a velocidade do rotor, nn, menor do que a

velocidade do campo girante, n0. O escorregamento, S, a diferena entre a velocidade

do campo girante e a velocidade do rotor.

O escorregamento normalmente expresso como uma porcentagem da

velocidade sncrona e normalmente est entre 4 e 11% da velocidade nominal.

100%no n

Sno

A densidade de fluxo (B) definida como o fluxo () que atravessa a seo

transversal (A). Da equao da fora uma nova expresso pode ser elaborada:

Iw lF

A

~F Iw

Nas barras do rotor, uma tenso induzida via um campo magntico. Essa

tenso faz com que uma corrente (Iw) circule atravs das barras curto-circuitadas. As

foras de cada barra do rotor so combinadas para gerar um torque, T, no eixo do motor.

Figura 8 - Torque no motor: fora vezes o brao de alavanca

A relao entre o torque do motor e a sua velocidade tem uma caracterstica que

varia com a construo do rotor. O torque do motor resulta numa fora que faz girar o

seu eixo.

17

A fora aparece, por exemplo, no caso de um volante montado no eixo. Com a

fora (F) e o raio (r) do volante, o torque do motor pode ser calculado:

F r

O trabalho feito pelo motor pode ser expresso como: W F d onde d a

distncia que o motor percorre para uma dada carga, n o nmero de revolues:

2d n r .

O trabalho tambm pode ser expresso pela potncia multiplicada pelo tempo

pelo qual essa potncia solicitada: W P t .

O Toque ento:

2

P t rWT F r r

d n r

T 9550

60P

t sn

Essa frmula mostra a relao entre a velocidade, n, o T [Nm] e a potncia do

motor P [kW].

A frmula d uma viso rpida quando observamos n, T e P em relao aos

valores correspondentes num ponto de operao (nr, Tr, Pr).

Existem alguns pontos importantes na regio de trabalho do motor: Cp o

torque de partida aparece quando aplicado aos terminais do motor tenso e

freqncia nominal quando o motor ainda est estacionrio.

Cmx o torque mximo o maior torque que o motor capaz de fornecer enquanto a

tenso e a freqncia nominal so aplicadas.

Cn o torque nominal. Os valores nominais indicam o ponto de operao timo do

motor para uma conexo direta rede de alimentao. Eles podem ser lidos na placa do

motor e so tambm conhecidos como dados de placa do motor.

1.1.5 Eficincia e Perdas

O motor toma potncia eltrica da rede. Numa carga constante, a entrada de

potncia maior que a potncia mecnica de sada que o motor pode fornecer devido as

perdas ou ineficincia do motor. A relao entre a potncia de sada e a potncia de

entrada dada por (rendimento).

18

Psada

Pentrada

A eficincia tpica de um motor de induo est entre 0,7 e 0,9, dependendo do

tamanho do motor e do nmero de plos.

Figura 9 - Perdas num motor de induo.

Existem quatro principais causas de perdas no motor de induo:

1. perdas no enrolamento estatrico (perdas no cobre);

2. perdas magnticas no ncleo (perdas no ferro);

3. perdas por atrito

4. perdas na ventilao;

As perdas no cobre ocorrem devido resistncia hmica dos enrolamentos do

estator e do rotor.

As perdas no ferro so devidas s perdas por histerese e por correntes de

Foucault.

Perdas por atrito so devidas aos rolamentos.

Perdas na ventilao so devidas resistncia do ar no ventilador do motor.

1.1.6 Campo Magntico

Os motores eltricos tem sido desenvolvidos para tenso e freqncia de

alimentao fixas e a magnetizao do motor depende da relao entre a tenso e a

freqncia.

Se a relao tenso/freqncia aumenta, o motor sobre magnetizado, se a

relao diminui, o motor sub magnetizado. O campo magntico de um motor sub

magnetizado enfraquecido e o torque que o motor capaz de fornecer reduzido,

possivelmente levando a uma situao que o motor no consegue partir ou permanece

estacionrio. Ou ento, o tempo de partida estendido, levando a uma sobrecarga no

motor.

19

Um motor sobre magnetizado sobrecarregado durante a operao. A potncia

dessa magnetizao extra convertida em calor no motor e pode danificar a sua

isolao. Entretanto, motores CA e - em particular os assncronos so muito robustos

e o problema de magnetizao s ir danificar o motor se ela ocorrer em operao

contnua.

O jeito que o motor trabalha indica quando as condies de magnetizao

esto ruins sinais a serem considerados so a diminuio de velocidade na variao de

carga, instabilidade, vibrao do motor, etc...

Basicamente, motores assncronos consistem em seis bobinas: trs no estator e

trs no rotor curto-circuitado (que magneticamente se comportam se consistissem em

trs bobinas). Atravs do estudo do conjunto de bobinas possvel a construo de um

diagrama eltrico, que retrata como o motor trabalha.

Figura 10 - Layout das bobinas do estator e do rotor.

Figura 11 - Circuito eltrico equivalente do motor aplicado fase 1.

20

A corrente da bobina do estator no limitada apenas pela resistncia hmica da

bobina. Quando esta ligada a uma fonte CA uma outra resistncia aparece. Esta

resistncia denominada reatncia ( 2XL f ) e medida em ohms ().

F a freqncia e 2 f a freqncia angular medida em 1

s.

L a indutncia da bobina e medida em Henry (H).

A corrente efetiva ento limitada com dependncia da freqncia.

As bobinas se influenciam mutuamente atravs do campo magntico (B). A

bobina do rotor gera uma corrente na bobina do estator e vice versa. Essa influencia

mtua indica que os dois circuitos eltricos podem ser conectados atravs de uma

ligao comum formada por RFe e Xh a contra resistncia e a contra reatncia. A

corrente que o motor drena para magnetizao do estator e do rotor fluem atravs deles.

A queda de tenso no ramo comum chamada de tenso induzida.

1.1.7 Condies de operao do motor

Se o motor trabalha na sua faixa de operao normal, a freqncia do rotor

menor que a freqncia do campo girante e X2 reduzido por um fator s (slip ou

escorregamento).

No circuito equivalente, o efeito descrito atravs da mudana da resistncia

rotrica R2 por um fator 1

s.

2R

s pode ser escrito como

12 2

sR R

s

onde

12

sR

s

a carga mecnica sobre o

motor.

Os valores R2 e X2 representam o rotor. R2 a causa das perdas por temperatura do

motor quando o rotor esta sob regime.

Figura 12 - Circuito eltrico equivalente do motor.

21

O escorregamento, s, tende a zero quando o motor est a vazio. Isso significa que

12

sR

s

aumenta. Idealmente, essa a situao em virtualmente nenhuma corrente

iria passar pelo que a resistncia (representado a carga mecnica) removida do circuito

eltrico equivalente.

Quando colocamos carga no motor, o escorregamento aumenta, reduzindo 1

2s

Rs

. A

corrente, I2, no rotor tambm aumenta quando a carga aumentada.

Figura 13 - Diagramas equivalentes do motor a vazio e do motor com rotor bloqueado.

O circuito equivalente pode ento ser usado para descrever as condies de

trabalho de um motor eltrico.

Existe o perigo de erroneamente tomarmos a tenso de magnetizao (Uq) como

sendo a tenso dos terminais (U1). Isso acontece porque o diagrama eltrico equivalente

simplificado para nos dar uma melhor noo das diferentes condies de trabalho do

motor. Entretanto, devemos lembrar que a tenso induzida tem seu valor prximo ao da

tenso terminal apenas quando o motor est a vazio.

Se a carga aumenta, I2 e I1, tambm aumentam e a queda de tenso deve ento

ser levada em considerao. Isso importante, particularmente, quando o motor

controlado por um conversor de freqncia.

22

1.1.8 Mudanas de velocidade

A velocidade, n, do motor dependente da velocidade do campo girante e pode

ser expressa como:

no ns

no

na qual

1 s fn

p

.

A velocidade do motor pode ento ser alterada atravs da mudana:

do nmero de par de plos (por exemplo motores de dois enrolamentos);

do escorregamento do motor (por exemplo motor com rotor bobinado);

da freqncia, f, da alimentao do motor.

1.1.9 Regulao por freqncia

Com uma fonte de alimentao com freqncia varivel possvel controlar a

velocidade do motor sem maiores perdas. A velocidade de giro do campo magntico

muda com a freqncia.

A velocidade do rotor muda de velocidade proporcionalmente ao campo girante.

Para manter o torque do motor a tenso deve tambm variar com a freqncia.

Para uma carga dada a seguinte frmula se aplica:

3 cos 9550955060

U IP UT k I

n ff

p

~U

T If

Para uma relao constante entre a freqncia e a tenso de alimentao do

motor, a magnetizao na faixa de operao do motor tambm constante.

23

Figura 14 - Caracterstica de torque para um controle tenso / freqncia.

Em dois casos, porm, a magnetizao no ideal: na partida e em freqncias

muito baixas, onde uma magnetizao extra necessria, e quando operando com

variao de carga, onde a variao da magnetizao juntamente com a variao da carga

necessria.

Figura 15 - Circuito equivalente do motor

1.1.10 Magnetizao adicional na partida.

importante observar a queda de tenso Us em relao a tenso induzida Uq.

Tenso nos terminais: U1 =Us+U q= UR1+UX1+U q

Reatncia do estator: 1 2X f L

O motor foi projetado para seus valores nominais. Por exemplo a tenso de

magnetizao pode ser 350V quando a tenso de alimentao de 380V e a freqncia

de 60Hz. Este seria o melhor ponto de magnetizao.

A relao tenso freqncia vale: 380

6,333...60

24

Se a freqncia reduzida para 2,5Hz, a tenso nos terminais ser 15,8V. Por

causa da freqncia baixa o valor da reatncia, X1 e conseqentemente Xh -, tambm

menor, e no tem nenhuma influncia na queda de tenso total no estator. A queda de

tenso ser determinada apenas por R1, que corresponde aproximadamente ao valor de

15,8V.

A tenso nos terminais agora corresponde a queda de tenso atravs da

resistncia do estator, R1. No existe tenso para magnetizao do motor e o motor no

tem condies de fornecer torque em freqncias baixas se a relao tenso freqncia

se manter constante em toda faixa. Conseqentemente, importante compensar a queda

de tenso durante a partida e operando com freqncias baixas.

1.1.11 Magnetizao devido a variao da carga.

Aps a adaptao do motor para funcionamento com freqncias baixas e

durante a partida, ocorrer uma sobre magnetizao se o motor girar com pequenas

cargas. Nessa situao a corrente I1 ir diminuir e a tenso induzida ir aumentar. O

motor ir drenar uma corrente de magnetizao maior e ficar desnecessariamente

quente. A magnetizao, ento, depende da tenso aplicada ao motor, mudando

automaticamente em resposta as cargas do motor. Para uma magnetizao tima, a

freqncia e a variao de carga devem ser levadas em conta.

2 Bomba centrfuga.

A teoria sobre bomba centrfuga extremamente importante, pois neste

tipo de bomba existe um acoplamento entre a bomba e o motor, que neste caso o

motor de induo trifsico, assim para se fazer um estudo eficaz da energia eltrica

neste sistema no pode-se limitar somente ao estudo do motor, visto que tanto o motor

como a bomba influencia no consumo de energia, pois em ambos ocorrem perdas, ou

seja, tanto a bomba como o motor possui um rendimento.

25

2.1 Conceito:

Bomba um equipamento que transfere energia de uma determinada

fonte para um lquido, em conseqncia do que este lquido pode deslocar de um ponto

para outro ou realizar um trabalho.

Bomba centrfuga aquela que desenvolve a transformao de energia

atravs do emprego de forcas centrifugas.

2.2 Constituio:

A bomba centrfuga constituda de duas partes principais:

- Rotor solidrio a um eixo; a parte mvel denominada conjunto girante.

- Carcaa; a parte estacionria que envolve o rotor, complementada pela caixa de

gaxetas. Possui duas aberturas para entrada e sada do liquido, chamadas de conexes de

suco e recalque.

Figura 16 Viso da bomba centrfuga

- Rotor e eixo; rotor constitudo de um conjunto de palhetas e gira dentro de uma

carcaa em contacto com o liquido, impulsionado pelo eixo. O eixo porm podes ser

conectado a fonte de energia de diversas maneiras, o caso mais comum em bombas

26

mdias que ele seja acionado por um motor eltrico horizontal atravs de um

acoplamento flexvel e seja apoiado em mancais fixados em um suporte rgido.

Figura 17 Partes constituintes da bomba centrfuga

- Caixa de gaxeta: notamos que o eixo entra na carcaa at o ponto onde lhe fixado o

rotor. O local de entrada na carcaa constitui objeto de estudo cuidadoso, pois tem que

ter boa vedao para evitar extravasamento do liquido e, no pode haver grande atrito

entre as partes em contato para no haver runa das peas. Para atender a esses

requisitos que foi introduzida a caixa de gaxetas.

Figura 18

27

Figura 19

28

2.3 Noes bsicas sobre o funcionamento.

2.3.1 Arraste de liquido:

Devido rotao do rotor, comunicada por uma fonte externa de energia,

o lquido que se encontra entre as palhetas no interior do rotor arrastado do centro para

a periferia pelo efeito da fora centrifuga. O lquido impulsionado sai do rotor pela

periferia em alta velocidade, e lanado na carcaa que contorna o rotor. Na carcaa,

grande parte da energia cintica do liquido, transformada em energia de presso

durante a sua trajetria para a boca de recalque.

Faz-se necessria essa transformao de energia porque as velocidades

dos lquidos, na sada do rotor, seriam prejudicial s tubulaes de recalque e tambm

porque a energia de velocidade pode ser facilmente dissipada por choques nas conexes

e peas da tubulao.

2.3.2 Conceito dos principais fatores de operao:

Como foi observado, as bombas centrfugas, na sua aplicao mais

comum, deslocam continuamente uma massa liquida de um ponto mais baixo para outro

mais elevado, transferindo-lhe energia atravs do movimento de rotao do rotor.

Desta observao tiramos os trs principais fatores que caracterizam o

funcionamento de uma determinada bomba;

Vazo; unidade de volume lquido bombeado por unidade de tempo.

Altura manomtrica total; desnvel esttico vencido, incluindo-se as perdas de carga na

tubulao.

Rotao; velocidade de rotao do rotor.

2.3.3 Comentrios sobre algumas caractersticas operacionais:

A bomba centrifuga pelo principio de sua concepo, somente comunica

ao liquido presso suficiente para vencer as resistncias que se lhe antepem. Isto desde

que a altura a ser vencida adicionadas as perdas de carga do sistema, estejam dentro de

29

sua faixa de trabalho (no supere sua mxima altura que seu rotor possa vencer) e de

que o motor de acionamento tenha potncia adequada. Explicando melhor: suponhamos

que uma bomba centrfuga com rotor de altura manomtrica adequada esteja

bombeando gua de um ponto A, at um ponto B, situado 20 metros acima. Se com o

auxlio de um manmetro tomarmos a presso no ponto B, verificaremos que o mesmo

acusa o valor de zero, isto , a gua descarregada em seu destino com presso absoluta

igual a presso atmosfrica, tendo a bomba transferido ao liquido a presso estritamente

necessria para elevar-se de 20 metros e vencer as perdas de carga na tubulao. Notem

bem, a velocidade de sada do liquido no nula. Se medirmos a presso imediatamente

aps a sada da bomba teremos um valor um pouco superior a 20 metros de coluna de

gua, que corresponde a altura esttica a ser vencida mais as perdas de carga.

Agora, utilizando-se a mesma instalao, se vedarmos hermeticamente a

sada no ponto B e abrirmos, na mesma tubulao, um orifcio no ponto C, a 18 metros

acima de A, e com a bomba em funcionamento medirmos a presso em C, este voltara a

indicar zero, da mesma forma que aconteceu em B. embora o ponto C seja dois metros

mais baixo que B, a bomba neste segundo caso tambm forneceu ao liquido a presso

estritamente necessria para atingi-lo. Neste segundo caso, se medirmos a presso logo

aps a sada da bomba, obteremos um valor pouco superior a 18m de coluna de gua. Se

medirmos a velocidade do liquido na tubulao nestas duas experincias, verificaremos

que houve variao de um caso para o outro. Na segunda experincia a velocidade

maior.

Sendo a tubulao imutvel, da variao de velocidade do fluxo resulta

variao de vazo, de onde conclumos: para o mesmo rotor, a rotao constante, a

variao da altura manomtrica total a ser vencida acarreta variao da vazo recalcada.

Evidentemente, a variao do peso especfico acarreta variao da

presso e da potncia consumida, para que o motor deve estar convenientemente

dimensionado. Para uma bomba especfica com um motor a velocidade constante,

mantendo-se a vazo constante, a altura manomtrica total constante, independendo

do peso especifico dos lquidos que estejam sendo bombeados.

As bombas centrfugas, normalmente so projetadas para uma pequena e

bem definida faixa de vazes e alturas manomtricas, onde o seu rendimento mximo.

A sua utilizao, porm, ultrapassa aqueles limites, ou para vazes maiores com alturas

manomtricas menores tendo assim maior potncia consumida, ou para vazes menores

com alturas manomtricas maiores tendo assim menor potncia consumida.

30

2.4 Estgio de desenvolvimento e vantagens das bombas centrfugas.

Atualmente, as bombas centrfugas so universalmente aceitas e

respondem por grande parcela das instalaes de bombeamento em todo mundo.

Acham-se bastante aperfeioadas e podemos encontrar unidades cuja vazo varia de

poucos litros por segundo, at as bombas gigantescas que recalcam 2290 m3 por

minuto, contra uma altura manomtrica de 94,55 m, e empregam motores de 65000 HP.

Com o advento de melhores tcnicas, pode-se produzir bombas de

maiores velocidades, que, em conseqncia, podem ser menores e mais econmicas.

Temos bombas hoje de at 10000 RPM.

O desenvolvimento da bomba centrfuga deve-se, em parte, ao

desenvolvimento dos motores eltricos, que se lhes constituem adequada e excelente

fonte de energia, e em parte, ao cada vez mais crescente interesse do mercado devido as

suas inmeras vantagens sobre outras bombas:

Maior flexibilidade de operao; uma nica bomba pode abranger aprecivel faixa de

trabalho.

Presso mxima; no existe perigo de se ultrapassar em uma instalao qualquer, a

presso mxima da bomba que estiver operando.

Presso uniforme; se no houver variaes na instalao a presso se mantm

aproximadamente constante.

Baixo custo; so bombas de aprecivel rendimento e tambm de construo

relativamente simples.

2.5 Tipos principais de bombas centrfugas.

Classificao das bombas.

Segundo o ngulo que a direo do lquido ao sair do rotor forma com a

direo do eixo, as bombas se classificam em:

a) fluxo radial; centrfuga propriamente dita.

b) Fluxo axial; propulsora.

c) Fluxo misto; centrfugo-propulsora.

31

As bombas de fluxo radial apresentam as seguintes subdivises principais:

a) de acordo com o modo que a gua entra no rotor.

__suco simples

__suco dupla

b) de acordo com o tipo de suco:

__auto escorvante

__no auto escorvante so as normais

c) de acordo com o numero de rotores:

__um estgio (um rotor)

__mltiplos estgios (dois ou mais rotores)

d) de acordo com o tipo de montagem do conjunto:

__verticais no submersas, bomba submersa e motor no submerso, bomba e

motor submersos.

__horizontais so as mais comuns.

e) de acordo com o projeto do rotor:

__rotor fechado

__rotor aberto

__rotor semi-aberto

f) de acordo com a construo da carcaa:

__carcaa bipartida horizontalmente

__carcaa bipartida axialmente

Comentrios:

Bombas de suco simples; so as mais comumente encontradas. Quase a totalidade das

bombas pequenas de suco simples, o lquido entra no rotor atravs de uma s face.

32

Em bombas maiores, de grande capacidade, costuma-se projetar suco dupla, de forma

que o liquido entra no rotor em dois fluxos, atravs das duas faces.

Bombas auto-escorvantes; so aquelas que dispem de um deposito acima do rotor de

forma que o fluxo vindo pela tubulao de suco passa pelo depsito antes de atingir

ao rotor. A vantagem deste sistema que quando a bomba para de funcionar o depsito

permanece cheio e, ao retornar ao funcionamento, o rotor succiona o lquido do deposito

provocando uma depresso com conseqente aspirao de lquido pelo tubo de suco.

Bombas mais comuns; dispem de um nico rotor, porm, em aplicaes em que se

deseja elevada altura manomtrica utilizam-se bombas de 2 ou vrios estgios. A vazo

de lquido passa de um rotor para outro, recebendo em cada um adio de energia que se

transforma em aumento de presso, podendo, por conseguinte, vencer alturas maiores.

Bombas de carcaa bipartida horizontalmente; oferece aprecivel vantagem em rapidez

e facilidade de manuteno. A parte superior da carcaa pode ser rapidamente removida

sem necessidade de mexer-se nas tubulaes ou no motor, e a bomba ficando

completamente aberta.

2.6 Instalao, operao e manuteno de bombas centrifugas.

No basta que um conjunto motor bomba tenha sido bem especificado e

bem fabricado. necessrio tambm que seja devidamente instalado, operado e sofra

uma manuteno conveniente.

Instalao:

Quando efetuamos a compra de uma bomba, solicitamos do fabricante,

alem de outros elementos:

a) desenho de conjunto.

b) Manual de instruo de instalao, operao e manuteno.

Desenho de conjunto; traz as dimenses externas do conjunto bomba-motor. Esse

desenho que normalmente submetido pelo fabricante para a aprovao de quem

compra, serve para que execute o projeto de montagem. Esse projeto de montagem traz

33

o detalhamento das tubulaes, locao da bomba, projeto de sua fundao, isomtricos,

lista de materiais, ligaes eltricas, etc.

Material fornecido; o manual fornecido pelo fabricante normalmente traz instrues

completas para se instalar operar e manter a bomba. Essas instrues devem ser

rigorosamente seguidas, pois so baseadas em muitos anos de experincia, de muitos

equipamentos e instalaes semelhantes. obrigatrio para garantir um bom

funcionamento da bomba e definir-se responsabilidades, que a partida inicial seja feita

pelo prprio fabricante. Em casos de ocorrer problemas durante o perodo de garantia

este no poder ser atribudo a erros de montagem.

Locao do equipamento; as bombas devem ser instaladas tendo em vista:

a) acesso para inspeo durante o funcionamento.

b) Simplificao do traado de tubulaes de suco e descarga.

c) De preferncia, prxima a fonte de suprimento.

d) Em caso de bombas de grande porte, prever um pr direito suficientemente alto

para se poder usar sistemas de levantamento e transporte.

Tubulao de suco; para que uma bomba tenha um bom funcionamento, a montagem

correta dessa tubulao ter que seguir importantes observaes:

a) dever ser absolutamente estanque, de modo a evitar a entrada e formao de

bombas de ar.

b) A reduo entre a bomba e a tubulao dever ser excntrica, para se evitar a

formao de bolhas de ar.

c) A vlvula de gaveta devera estar na posio horizontal, para evitar a formao

de bolhas de ar.

d) Para impedir que corpos estranhos danifiquem a bomba, um crivo dever ser

instalado na rea de passagem, tendo de 3 a 4 vezes a rea da tubulao de

suco.

Tubulao de recalque; colocar na sada da bomba:

a) vlvula de reteno.

b) Uma vlvula de gaveta.

A vlvula de reteno protege a bomba contra presso excessiva, efeito de golpe

de arete, quando a bomba para: elimina ainda a possibilidade da mesma girar em

sentido contrrio.

34

A vlvula de gaveta serve para se executar manuteno, para a regulagem da

vazo.

2.6.1 Problemas de operao.

Operar a bomba com vazo reduzida:

O fornecedor dever sempre indicar qual a vazo mnima

recomendvel. Quando se opera abaixo desta vazo os principais problemas so;

a) problemas nos enrolamentos e na gaxetas.

b) Aumento da temperatura do liquido bombeado.

c) Retorno.

Operar a bomba com vazo excessiva;

a) danos no motor.

b) Perigo de cavitao.

Outros problemas;

a) entrada de ar na bomba.

b) Sentido de rotao incorreto.

c) Matria estranha na bomba.

2.6.2 Manuteno.

Se uma bomba foi bem comprada bem instalada e se bem operada, a

manuteno da mesma se torna mais fcil. Entretanto, sendo um equipamento rotativo,

dinmico, sofre desgastes inevitveis. Alm disso est sujeita a intempries, eventuais

corroses, e falhas no sistema, etc. assim sendo este tipo de maquinas tem que estar

sujeitas a manuteno realmente eficiente.

Temos uma determinada rotina de manuteno para as bombas

centrfugas:

a) observao diria.

b) Observao mensal / semestral / anual.

c) Registro de observaes.

35

3 METODOLOGIA

Os ensaios realizados para a composio deste relatrio, foram realizados no

Laboratrio de Eficincia Energtica, no Departamento de Engenharia Eltrica da

Universidade Federal de Mato Grosso, campus Cuiab, no mdulo da bomba centrfuga.

Este mdulo apresenta dois (2) motores de induo de 1,5CV cada (onde um dos

motores convencional (MIC) e o outro de alto rendimento (MIAR)), uma bomba

centrfuga de 2CV, 3 (trs) maneiras distintas de partida (partida direta, conversor de

freqncia, soft - starter).

O mecanismo responsvel pela simulao de carga no sistema uma vlvula

pneumtica tipo borboleta. Os estudos verificados anteriormente constataram que com

uma abertura de 32% da vlvula, o motor trabalharia com seus valores nominais, isso

pelo fato que o motor experimentou tenso e corrente nominais, isso implica em dizer

que o motor trabalhou com conjugado nominal.

Os ensaios com variao de carga foram realizados variando a abertura da

vlvula de 5 em 5% at alcanar a sua abertura total. Isto foi feito para partida direta,

soft-starter, e na partida pelo conversor de freqncia.

Outro modo de ensaio com variao de carga foi atravs do conversor, onde

variou-se a freqncia aumentando assim a vazo do sistema, neste caso a vlvula foi

mantida aberta.

3.1 Variao da carga atravs da vlvula:

Foram feitas trs 3 medies para cada tipo de partida, e para cada tipo de motor,

ou seja foram feitas no total 18 medies, onde foi coletado corrente RMS, DPF, PF,

potncia aparente, potncia ativa, potncia reativa e tenso RMS, e a partir desses dados

foram realizados grficos para buscar uma melhor visualizao da probelmtica.

Grficos:

Os seguintes grfico foram elaborados para estudo a partir dos dados

coletados.

36

MIC (motor de induo convencional) - variao de carga atravs da

vlvula:

Partida direta: Potncia aparente X abertura de vlvula, Potncia ativa X

abertura de vlvula, Potencia reativa X abertura de vlvula, e posteriormente as trs (3)

potncia forma colocadas em apenas um grfico, Potncias X Abertura de vlvula.

Fator de Potncia X abertura de vlvula, Potncia ativa X vazo, Potncia

aparente X vazo, Potncia ativa X vazo, e posteriormente as trs potncias foram

colocadas em um s grfico, Potncias X vazo.

Partida Soft-Starter: Os mesmos procedimentos que foram realizados para

partida direta, foi aplicado a partida soft-starter.

Partida conversor de freqncia: Os mesmos procedimentos anteriores foram

aplicados a este modo de partida.

OBS: este procedimento que foi utilizado para o motor de induo convencional

foi aplicado ao motor de induo de alto rendimento.

Comparaes:

Desta forma pode-se fazer uma comparao entre os trs (3) modos de

partida, fazendo grficos para facilitar essa comparao.

Potncias X abertura de vlvula: em um mesmo grfico foi colocado a potncia

ativa gasta pela partida direta, pelo soft-starter e pelo conversor podendo ento fazer

uma comparao entre estes trs modos de partida em relao a abertura de vlvula.

Potncias X Vazo : em um mesmo grfico foi colocado a potncia ativa gasta

pela partida direta, soft-starter e pelo conversor, podendo fazer uma comparao entre

os trs modos de partida em relao a vazo do sistema.

OBS: os procedimentos realizados acima tambm foram aplicados ao MIAR

motor de induo de alto rendimento.

37

MIC (motor de induo convencional) - variao de carga atravs a atravs

do conversor:

MIC:

Grficos: Potencia ativa X vazo, Potncias ( ativa, reativa e aparente) X

vazo.

OBS: este mesmo procedimento foi realizado no MIAR(motor de induo de

alto rendimento).

Grfico que permitiu a comparao entre variao da carga atravs

da vlvula e variao da carga atravs do conversor de freqncia:

Fez-se um grfico onde mostrava a potencia gasta pelos dois modos de controle

de carga versus a vazo.

Procedimentos das medies:

Metodologia:

Objetivo: foi acionada uma bomba centrfuga com dois tipos de partida, uma atravs do

inversor de freqncia e uma com partida direta (soft-starter), a vazo desta bomba a

principio ser controlada de duas forma, uma das formas ser do modo convencional,

com a abertura e fechamento da vlvula diretamente atravs do software (elipse) onde

se trabalhar com uma freqncia fixa de 60Hz atravs da partida direta e soft-starter, a

outra maneira do controle de vazo ser com o inversor de freqncia , a medida que for

variando a freqncia a vazo aumenta ou diminui.

Partida direta:

1. Foi ligado o motor do tipo induo (MIC) com parttida direta (soft-starter) , com

a valvula totalmente fechada.

2. A vlvula sera aberta atravs do software (elipse) , para ter uma variao da

vazo.

3. Desta forma os dados foram coletados at atingir a abertura de 100% da valvula,

a abertura foi realizada de 5 em 5%.

38

4. Com os dados coletados , pode-se fazer tabelas e graficos para uma melhor

visualizao da pesquisa.

5. estas mesmas etapas foram feitas com o motor de alto rendimento (MIAR).

6. Isso tambm foi realizado para a partida soft-starter e para a partida atravs do

conversor.

Variao de carga atravs do conversor de frequencia:

1. o motor MIC foi ligado com o inversor de frequencia.

2. a vlvula ficou 100% aberta.

3. a variao da vazo foi feita com a variao da frequncia

(5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60Hz).

4. isto foi feito tambm com o motor de Alto rendimento (MIAR).

Estas medies foram repetidas 3 vezes para uma melhor exatido.

Instrumentos utilizados para coletar os dados:

Analisador de energia FLUKE. Com o FLUKE pode-se coletar dados com contedo

harmnico.

Os dados coletados pelo fluke foram: O analisador de energia fluke foi ligado no modo

fora energia, neste modo os dados coletados so: potncia ativa, aparente, reativa,

corrente RMS e tenso RMS.

Software elipse scada: atravs deste software pode coletar os dados que no so

coletados pelo fluke, como vazo.

Partida soft-starter:

Os medidores utilizados para coletar os dados foi o medidor da bancada (elipse

scada), e o fluke, onde pode ser feito uma comparao entre os dois medidores.

39

4 APRESENTAO FSICA DA BANCADA DA BOMBA

CENTRFUGA

Figura 20 Diagrama unifilar da bancada de bomba centrfuga

40

Figura 21 Foto da Parte Externa da Bancada da Bomba Centrfuga

A figura mostra a apresentao externa do painel da bancada da bomba

centrfuga. Atravs da parte externa temos acesso a variadas informaes como:

velocidade do motor, temperatura do motor, torque do motor, vazo de gua e ao

medidor de energia (IHM). O medidor de energia traz a energia ativa e reativa, fator de

potncia, potncia reativa, potncia ativa, potncia aparente, corrente e tenso. Tambm

temos luzes sinalizadoras para visualizar o sistema.

41

Fig22 Foto da Bomba Centrfuga

A figura apresenta a bomba centrfuga utilizada no laboratrio. A bomba da

marca MARK Grundfos possui dois (2) CV de potncia para uma rotao de 3500 rpm.

As curvas caractersticas da bomba esto apresentadas nos grficos da figura 5.

Figura 23 Foto da Vlvula Pneumtica

A figura 6 apresenta a parte externa da vlvula pneumtica estilo borboleta. A

vlvula responsvel pelo controle da vazo de gua.

Figura 24 Foto do Medidor de Vazo (Tipo Controle Magntico)

A foto da figura mostra o equipamento responsvel pela medio da vazo.

42

Figura 25 Foto do Sistema de Caixas de gua

A foto da figura apresenta o sistema hidrulico utilizado no laboratrio, onde a

gua armazenada na caixa inferior bombeada para a caixa superior, onde essa gua por

efeito da gravidade retorna caixa dgua inferior.

43

Figura 26 Imagem do Programa

A figura mostra a imagem do software utilizado para controlar o sistema da

bancada da bomba centrfuga.

44

Figura 27 Diagrama de Funcionamento

A figura apresenta o sistema de comunicao dos componentes presentes na

bancada.

45

4.1 Foto da bancada da bomba centrfuga:

Figura 28- Foto interna da bancada de bomba centrfuga

46

Figura 29 - Viso geral da rgua de borne da bancada da bomba centrfuga. A numerao de acordo com esta

rgua da esquerda para direita.

CST: contator responsvel pela partida atravs do soft-starter.

CCF: contator responsvel pela partida atravs do conversor de freqncia.

CPD: contator responsvel pela partida direta.

CMIC: contator responsvel pela partida do motor de induo convencional.

CMIAR: contator responsvel pela partida do motor de induo de alto rendimento.

CC1, CC2, CC3, CC4: contatores responsveis pelos capacitores

CST: contator responsvel pela partida atravs do soft-starter.

CCF: contator responsvel pela partida

A foto da figura mostra a parte interna do painel da bancada da bomba centrfuga.

Essa bancada consiste em um disjuntor geral, o qual tem a funo de proteger os

equipamentos presentes neste mdulo. Como essa bancada tem uma funo acadmica,

existem trs maneiras de acionamento dos motores, partida direta, partida suave e

utilizando conversor de freqncia. Tem-se tambm quatro capacitores de 0,5 KVAr

cada um, com a finalidade de correo do fator de potncia.

4.2 Nomeao dos bornes:

Estas nomeaes da rgua de borne foram elaboradas com o objetivo de facilitar

a manuteno da bancada, visto que, caso a rgua no tenha essas identificaes a sua

compreenso fica de difcil entendimento devido a complexidade da mesma, pois esta

alm de utilizar vrios tipos de acionamento, estes acionamentos so realizados atravs

de CLP comandando assim os contatores responsveis pela partida dos motores e

acionamento dos capacitores.

47

Figura 30 Parte esquerda da rgua de borne

1: 24VCC (DM) 14: CC1 (A1)

2: Alimentao 15: CC2 (A1)

3: CC1 (14NO) 16: CC3 (A1)

4: CC2 (14NO) 17: CC4 (A1)

5: CC3 (14NO) 18: CPD (A1)

6: CC4 (14NO) 19: CST (A1)

7: CPD (14NO) 20: CCF (A1)

8: CST (14NO) 21: CMIC (A1)

9: CCF (14NO) 22: CMIAR (A1)

10: CMIC (14NO) 23: Fase(R) Lmpada inversor de frequncia

11: CMIAR (14NO) 24: Fase (S) Demais lmpadas

12: DM (14NO) ou CAL (13NO) 25: Terra

13: CAL (A1)

Figura 31- Parte central da rgua de borne

26: Fase(R) CCF ou CST (2T1) 45: Display: temperatura MIAR (12,13)

27: idem ao (26) 46: Display: temperatura MIAR (12,13)

28: Fase(T) CCF ou CST (4T2) 47: Display: vazo (V29-0VCC)

29: idem ao (28) 48: Display: vazo (V27)

30: Fase(S) CCF ou CST (6T3) 49: Display: vazo (V28)

31: idem ao (30) 50: Display: vazo (V20)

32: Fase(R) CPD (1L1) 51: Display: vazo (V27)

33: idem ao 32 52: encoder

34: Fase(T) CPD (3L2) 53: encoder

35:idem ao 34 54: 0VCC

36: Fase (T) CPD (5L3) 55: encoder

37: idem ao 37 56: Display: temperatura MIAR (22)

38: Display: torque do motor (11) 57: Display: temperatura MIAR (23)

39: Display: torque do motor (21) 58: terra

40: 59: (42) conversor de freqncia

41: Display: temperatura MIC (11) 60: (55) conversor de freqncia

48

42: Display: temperatura MIC (12,13) 61: (60) conversor de freqncia

43: Display: temperatura MIC (12,13) 62: (20) conversor de freqncia

44: Display: temperatura MIAR (11)

Figura 32 Parte direita da rgua de borne

63:----------------------------------------------- 70:MIC

64: ---------------------------------------------- 71:MIC

65: ---------------------------------------------- 72:MIC

66: ---------------------------------------------- 73:Alimentao bancada

67:MIAR 74: Alimentao bancada



49

4.3 Diagrama de fora:

Disjuntor geral

CG

CPD

CMIC CMIAR

CST CCF

R

S

TPE

R

S

T

R

S

T

R

S

T

1L1 5L3 3L2

2T1 6T3 4T2

1L1 5L3 3L2

2T1 6T3 4T2

1L1 5L3 3L2

2T1 6T3 4T2

1L1 5L3 3L2

2T1 6T3 4T2

MIC MIAR

1L1 5L3 3L2

2T1 6T3 4T2 2T1 6T3 4T2

1L1 5L3 3L2

1L1 5L3 3L2

2T1 6T3 4T2 2T1 6T3 4T2

1L1 5L3 3L2

Cc1 Cc2 Cc3

1L1 5L3 3L2

2T1 6T3 4T2

1L1 5L3 3L2

2T1 6T3 4T2

1L1 5L3 3L2

2T1 6T34T2

1L1 5L3 3L2

2T1 6T3 4T2Cc4

Figura 33 Diagrama de fora da bancada de bomba centrfuga

50

O diagrama de fora foi elaborado para um melhor entendimento do sistema,

pois atravs dele pode-se observar os contatores responsveis pelo acionamento da

bancada, dos capacitores para correo do fator de potncia e dos motores de induo

convencional e de alto rendimento, bem como os contatores responsveis pelo tipo de

partida, partida direta, soft starter e partida atravs do conversor de freqncia.

Atravs do diagrama tem-se uma melhor visualizao dos dispositivos de

proteo como fusveis e disjuntores.

4.4 Disjuntor:

Os disjuntores so dispositivos de proteo capazes de proteger circuitos

eltricos, tendo como funo bsica o desligamento automtico do circuito e como

funo secundria permitir a operao manual atravs da alavanca (liga\desliga).

Estabelece, conduz e interrompe correntes em condies normais de um circuito

e em condies anormais como as correntes de curto-circuito, e sua operao

repetitiva, sendo a sua caracterstica (tempo x corrente) na maioria das vezes podendo

ser ajustada.

4.4.1 Princpio de funcionamento:

Disjuntor Standard:

Sua capacidade de interrupo (velocidade de abertura dos contatos ) exercida

exclusivamente pelas foras das molas de disparo.

Tempo de corte bastante reduzido, em torno de 20ms.

Disjuntor limitador:

um disjuntor quem tem uma maior capacidade de interrupo com uma srie

de modificaes construtivas para no aumentar tanto o seu tamanho, aproveita o fluxo

magntico no processo de interrupo e extino. As peas que sofrem maiores

alteraes so as peas de contato.

51

Disjuntor seletivo:

Com este tipo de disjuntor pode-se regular o tempo de atuao dos disparadores

eletromagnticos, intercalando-se um circuito R1C2, que retarda o sinal de

desligamento.

Disjuntor-motor MPW25 soluo compacta para proteo do circuito eltrico e

partida/proteo de motores at 15cv, 380V/440V. Possui alta capacidade de

interrupo, permitindo sua utilizao mesmo em instalaes com elevado nveis de

curto-circuito. Protege o circuito eltrico e o motor atravs dos seus disparadores

trmico (ajustvel para proteo contra sobrecargas e dotado de mecanismo diferencial

som sensibilidade a faltas de fase) e magntico (calibrado em 12*In para proteo

contra curto circuitos). A manopla de acionamento pode ser bloqueada com cadeado ou

similar na posio desligado, garantindo segurana em manutenes.

Deve-se fazer o ajuste do disjuntor, tanto para o rel trmico e rel magntico, onde

para se fazer o ajuste do rela trmico deve-se calcular a corrente nominal e para o rel

magntico deve-se analisar a corrente de partida para a maior carga e a corrente com o

rotor bloqueado.

4.5 Contator:

Dispositivo de atuao eletromecnica destinado a interrupo de circuitos a

plena carga e ocasionalmente valores de correntes de sobrecargas moderadas (at a

corrente de rotor bloqueado). Normalmente a vida til do contator maior do que a do

motor e da prpria mquina mecnica a ser acionada.

Princpio de funcionamento:

Baseia-se na fora do campo magntico, que tem origem quando a energizao,

de uma bobina e na fora de restrio mecnica proveniente das molas.

Caractersticas:

Possui uma elevada durabilidade eltrica e mecnica;

Elevado nmero de manobras horrias;

Energizao a distncia;

Garantia de contato imediato;

Normalmente com dois tipos de contatores, o de fora e o auxiliar.

52

Os contatores de fora so utilizados nos acionamentos de cargas como motores,

capacitores, resistores, sistema de iluminao etc.

4.6 Fusveis:

So dispositivos usados com o objetivo de limitar o efeito de uma perturbao

(curto circuito), proporcionando a sua interrupo.

As normas dos fusveis definem para diversos tipos, diversas faixas de corrente

nominais, os seguintes parmetros:

Corrente nominal: a corrente eltrica que poder percorrer permanentemente o

elemento fusvel sem provocar a sua fuso.

Corrente nominal de no fuso: o maior valor de corrente para o qual o dispositivo

no atua em menos de duas horas.

Corrente de fuso: o menor valor de corrente para o qual o dispositivo atua em uma

hora.

Corrente de interrupo: a mxima corrente de curto circuito simtrico e eficaz que

um fusvel pode interromper com segurana, dentro das condies de tenso nominal e

do fator de potncia estabelecido.

Fusveis (encaixe calibrado)

A maioria dos motores em industrias so motores de pequenas potcias, assim

os fusveis de encaixe calibrado, so os mais utilizados, devido a 4 fatores:

1. Atender eletricamente qualquer tipo de instalao existente(curto-circuito,

tenso nominal, etc)

2. Custo relativamente baixo;

3. Ocupa pouco espao nos quadros de fora;

4. Correntes nominais encontrados (2-4-6-10-16-20-25-35-50-63-60-100A )

No diagrama de fora observa-se trs modos de acionamento, partida direta, partida

atravs do inversor de freqncia e partida atravs do soft-starter.

4.7 Partida direta:

Deve ser a primeira alternativa a ser analisada, pois normalmente a de menor

custo de aquisio, por utilizar somente um dispositivo interruptor no sistema de

53

potncia e apresenta-se um coando extremamente simples, como conseqncia fcil de

manuteno e atende tecnicamente a maioria das cargas existentes. Devido a esta

especificidade, a maioria dos motores existentes, utiliza-se desta alternativa.

No entanto oferece um alto pico de corrente no momento de energizao,

corrente de partida do motor, sendo q na medida que o motor acelera esta corrente tende

a se estabilizar em um valor cuja a rotao do motor permanece constante para esta

condio de carga.

Este pico de corrente considerado negativo, pois proporciona queda na rede de

alimentao do prprio motor. Esta queda de tenso pode proporcionar desligamentos,

interferncias, mau funcionamento, perda de memria dos dispositivos eletro-

eletrnicos.

4.8 Soft staters:

Controla tenso da rede atravs de um circuito de potncia, constitudo de 6

SCRs, onde variando o ngulo de disparo dos mesmos, varia o valor eficaz da tenso

aplicada ao motor, por conseqncia controla tambm a sua corrente e potncia. O

controle da tenso dever ser feito nos dois sentidos da corrente, devendo ser utilizado na

configurao anti-paralela de dois SCRs por fase.

Assim mediante o controle dos tiristores a tenso a ser aplicada ao motor pode ir

crescendo linearmente, tendo assim um controle da corrente de partida do motor. Ao

final da partida do motor ter em seus terminais praticamente toda a tenso da rede. O

soft starter transfere gradualmente a energia para o motor, diminudo os trancos no

componentes mecnicos e sobrecarga excessiva na rede de alimentao, durante o

processo de partida do motor, ou seja, aumenta gradualmente o torque, at vencer o

conjugado da carga sendo que em seguida possibilita limitar a corrente de partida a

valores compatveis com o sistema, atravs de ajustes proporcionados pelo prprio

equipamento.

54

4.9 Conversor de freqncia:

Varia a velocidade do motor atravs da variao da freqncia, a corrente

alternada retificada para contnua assim tenso contnua chaveada para obter um

trem de pulsos que alimenta o motor.

Os conversores de freqncia baseiam-se na variao da tenso e da freqncia

nos terminas do motor, de modo a manter constante o fluxo magntico e principalmente

o torque (V

ctef ).

Assim esta bancada possui trs tipos de acionamento, partida direta, partida

atravs do soft starter, e partida atravs do conversor de freqncia, alm de possuir

capacitores para a correo de fator de potncia e dispositivos de proteo.

5 ENSAIO COM VARIAO DE CARGA:

5.1 Anlise dos trs modos de partida (potncia x Vazo)

Controle de vazo a partir da vlvula:

Potncia ativa x vazo

Figura 34 Controle de vazo pela vlvula

Neste grfico nota-se que a medida que a vazo aumenta a potncia aumenta:

A partir do circuito equivalente do motor de induo pode-se explicar porque

isto ocorre.

55

Circuito equivalente do motor de induo dado por esta figura:

Figura 35 - Circuito equivalente do motor de induo segundo VICENT DEL TORO

(FUNDAMENTO DE MQUINAS ELTRICAS PG:145)

r1 : resistncia do enrolamento de fase do estator

x1: reatncia de disperso do enrolamento de fase do estator

rc e Jx : impedncia de magnetizao, constituda de resistor de perdas no ncleo (rc) e

reatncia de magnetizao x.

Im : corrente de magnetizao

I1:corrente no estator

I2 : corrente induzida no estator

Rm : representa a carga mecnica no eixo.

Quando o motor de induo trifsico est operando em vazio, o escorregamento

tem um valor muito prximo de zero. Por isso o resistor de carga mecnica Rm tem um

valor muito grande, o que, por sua vez, causa a circulao de uma pequena corrente no

rotor. Se uma carga mecnica a seguir aplicada ao eixo do motor, a velocidade do

motor diminui ligeiramente e, desta forma, aumenta o escorregamento.

Se o escorregamento aumenta significa que a velocidade real do rotor (n = ns - s)

diminui, e se essa velocidade diminui o torque de sada aumenta , como pode ser

56

mostrado pela frmula, Po

Tom

, o torque aumenta at o momento que acorra o

equilbrio entre a potncia e a carga.

Desta forma o equilbrio estabelecido e a operao continua, para um valor

particular de S (escorregamento). Ou seja, para cada carga mecnica a um valor nico

de escorregamento.

Sendo assim, com base no circuito equivalente do motor induo, pode-se obter

as frmulas das potncias no motor:

No motor de induo temos a potncia de entrada, perdas e conseqentemente a

potncia de sada.

Potncia de entrada:

q: fases

1 1 1 cos 1Pi q V I

(VICENT DEL TORO, Fundamentos de maquinas eltricas, pg:148)

Da potncia de entrada uma parte perdida no ncleo do estator e no cobre do

estator. Outra parte transferida atravs do entreferro, sendo esta a potncia de entrada

no rotor.

Potncia de entrada no rotor:

Pg = q2 I2 2r

s


Da potncia de entrada no rotor uma parte perdida no cobre do rotor, sendo

ento a outra parte a potncia mecnica gerada.

Perda no cobre do rotor:

Pcu = q2 I2 r2


Potncia mecnica gerada:

Pm = Pg (1-s)


57

Da potncia mecnica gerada tem as perdas rotacionais e a potncia mecnica de

sada.

Potncia mecnica de sada:

Po = Pm Prot


Prot: perdas rotacionais

Desta forma sabendo que o motor de induo tem as perdas no cobre do estator,

perdas no cobre do rotor, no ncleo do estator, e que para uma determinada carga no

eixo do motor de induo tem-se um S (escorregamento) especfico.

nm

r


n: velocidade real do motor

r: raio do rotor.

n = ns - s ns (velocidade sncrona menos escorregamento)

PoTo

m


Po To m

Onde m a velocidade real do motor expressa em radianos por segundo.

58

Rendimento:

Pon

Pi


Relao entre conjugado e potncia:

Quando a energia mecnica aplicado sob a forma de movimento rotativo a

potencia desenvolvida depende do conjugado C e da velocidade de rotao n.

( ) ( )( )

716

C Kgfm n rpmP cv

Manual de motor de induo da WEG, pg:D7

Assim a medida que se coloca mais carga, o conjugado que a carga necessita

maior, e para o motor obter um conjugado maior , maior vai ter que ser a diferena de

velocidade, ou seja , maior vai ter que ser o escorregamento (S), para que as correntes

induzidas e os campos produzidos sejam maiores.

Sendo assim medida que a carga vai aumentando, a rotao do motor vai

caindo gradativamente, at um ponto em que o conjugado atinge seu valor mximo que

o motor capaz de desenvolver em rotao normal. Se o conjugado da carga aumentar

mais, a rotao do motor cai bruscamente, podendo chegar a travar o motor.

No entanto, o grfico acima representa a potncia gasta por um conjunto motor

bomba, portanto a compreenso deste no se limita apenas as equaes do motor do tipo

induo, deve-se ir alm, compreendendo a potncia eltrica gasta por esse conjunto.

Para saber com se chega na potncia eltrica gasta mostrada no grfico, deve-se

ser elucidado determinadas frmulas e conceitos.

Trabalho

o produto de um deslocamento (d) pela componente da fora (F) que o realiza

na direo desse deslocamento. Conforme a notao clssica, escreve-se escalarmente:

59

cosW F d

Eficincia energtica em sistema de bombeamento

F

d Figura 36 Trtabalho

Potncia:

a relao entre trabalho realizado e o tempo gasto para tal.

WP

T


No caso do abastecimento de gua, a fora envolvida o peso da gua que

dever ser transferida entre dois pontos, sendo igual ao produto do peso especfico pelo

volume que ser deslocado.

W V HMT


Sendo HMT a altura total de elevao :

V HMTP

T


Sendo a vazo Q a razo entre um determinado volume escoado num certo

tempo, a razo V/T pode ser substituda pelo termo Q(vazo de escoamento).

60

Potncia hidrulica til a expresso terica da potncia necessria para fazer

escoar gua numa taxa Q (vazo) entre dois pontos cuja diferena de energia

HMT.

P Q HMT


Como sempre ocorre nos processos naturais de transformao de energia,

ocorrem perdas no processo, representados pelo rendimento da bomba (nb) e do motor

eltrico(nm).

Portanto a frmula que se usa para o calculo da potncia eltrica gasta dada por:

b m

Q HMTP

n n


Onde HMT a altura manomtrica total. Ao produto dos rendimentos da bomba

e do motor, ou seja, ao rendimento do conjunto motobomba , costume dar-se o nome

de rendimento total (nt).

O mecanismo responsvel pela simulao de carga no sistema uma vlvula

pneumtica tipo borboleta. Foi ento realizado um experimento com uma abertura de

32% da vlvula, verificando que nesta abertura o motor trabalha com os seus valores

nominais de potncia de corrente e tenso.

Constatou-se que a vazo na configurao acima citada foi de aproximadamente

de 22,07 GPM ( gales por minuto).

Converso para m/s:

Sabendo-se que: 1G = 3,6L, logo: 22,07G = 79,72L

79,72L/min = 1,32L/s

1,32/1000 = 0,00132m/s = 4,752m/h

61

Ento para descobrir a potncia eltrica gasta no sistema utilizou-se as curvas

caracterstica da bomba:

Figura 37 Curavas caracterstica da bomba

62

Sendo assim pode-se utilizar a frmula para descobrir a potncia eltrica gasta no

sistema.

b m

Q HMTP

n n


Onde:

nm: rendimento do motor trabalhando na nominal (0,78)

nb: rendimento da bomba , localizada no grfico (0,3)

Q: vazo para a determinda abertura (0,00132 m/s)

HMT: altura manomtrica total, depende da altura e tubulaes do sistema do sistema.

: 1000 Kgf/m ou 9800 N/m (gua nas condies normais de temperatura e presso)

Agora com a teoria estabelecida pode-se fazer uma interpretao do grfico, e

verifica-se que a medida que a vazo aumenta, sendo que a vazo neste caso a carga

colocada no eixo do motor, como se estivesse aumentando carga sobre o eixo do

motor e consequentemente aumentando a potencia de sada, pois a medida que aumenta

a carga o motor solicita uma corrente induzida (I2) maior, se esta corrente induzida

aumenta consequentemente a potencia de entrada no rotor aumenta, aumentando assim a

potncia de sada do motor induo. No entanto no deve-se levar em considerao

somente o motor do tipo induo, deve levar em conta tambm o rendimento da bomba

centrfuga, pois para uma determinada vazo a bomba centrfuga tem um determinado

rendimento.

Por isso que o grfico possui essa caracterstica, a medida que aumenta a vazo,

aumenta a potncia.

Nota-se tambm no grfico que a potncia tende a estabilizao:

Relao entre conjugado e potncia.

Quando a energia mecnica aplicada sob a forma de movimento rotativo, a

potncia desenvolvida depende do conjugado C e da velocidade de rotao n.

Po = To m

63

C (Kgfm) x n(rpm)P(cv) =

716

Sendo assim o motor de induo tem conjugado relativamente baixo quando o

rotor trabalha em vazio e se aproxima da velocidade sncrona.

A medida que a carga vai aumentando a corrente induzida solicitada (I2)

aumenta, no entanto chega um momento em que o motor no mais consegue aumentar

essa corrente devido a limitao imposta pela bomba de 2 CV.

Por isso o grfico tende a estabilizao.

Existe tambm uma diferena entre as potncias ativa do conversor de

freqncia em relao aos outros modos de partida.

Figura 38 Etapas do conversor de frequncia

O conversor de freqncia pode ser dividido em quatro partes principais:

Retificador trifsico: serve a propsito de converter a tenso ca, normalmente

disponvel em tenso cc, em geral, a sada do retificador contem harmnicas de elevadas

freqncia fundamental da fonte ca e estas so eliminadas por filtros apropriados.

Os conversores de freqncia so formados por semicondutores de potncia, no

exemplo do retificador ele pode ser controlado ou no controlado.

No controlado:

64

Figura 39 Conversor no controlado

Figura 40 - Retificao de duas fase

Percebe-se ento que neste tipo de retificador no controlado usa-se diodos de

potncia, no entanto se usar o diodo estes sero ligados e desligados pelo circuito de

potncia.

Controlado:

Nos retificadores controlados os diodos so trocados pelos tiristores. Assim

como os diodos, o tiristor permite a passagem de corrente em apenas uma direo.

Entretanto, a diferena entre esses dois componentes que o tiristor tem um terceiro

terminal o gate (G). Essa porta deve ser comandada por um sinal antes do tiristor

conduzir. Tiristores so utilizados tanto nos retificadores quanto nos inversores.

65

Figura 41 Converso controlada

.Inversor :

Os inversores tradicionais trabalham principalmente com circuitos

intermedirios de tenso varivel, consistem de seis diodos, seis tiristores e seis

capacitores.

Figura 42 inversores consistem de seis diodos, seis tiristores e seis capacitores.

Desta forma pode-se notar o motivo pelo qual a potncia no conversor de

freqncia maior do que a potncia nos dois outros modos de partida. Como foi visto

o conversor de freqncia trabalha com diodos de potncia e tiristores, esses

componentes eletrnicos trabalham com uma determinada corrente, e uma determinada

queda de tenso sobre eles.

Figura 43 diodo controlado e no controlado

66

Sendo assim, estes semicondutores de potncia consomem uma determinada

potncia para o seu funcionamento, sendo por isso que o conversor de freqncia

consome uma maior potncia que os demais.

5.2 Analise da Potncia ativa X abertura de vlvula:

Figura 44 Potncia ativa x abertura de vlvula

Neste caso verifica-se novamente que a potncia maior se d com o conversor de

freqncia, como foi dito, isso o corre porque o conversor de freqncia formado por

componentes semicondutores de potncia, como diodos de potncia e tiristores, e estes

semicondutores trabalham com uma determinada corrente e uma determinada tenso, ou

seja estes consomem uma certa energia para o seu funcionamento, sendo este o motivo

pelo qual a partida com o conversor de freqncia consome uma maior energia que a

partida direta e soft-starter.

Neste caso de 0 a 20% a potncia permanece constante pelo seguinte fato, a

carga neste caso sob forma de vazo colocada no eixo do motor no a suficiente para

fazer com que este desenvolva um torque mnimo para que o ocorra uma mudana em

sua potncia, ou seja, o motor desenvolve um determinado torque para compensar as

perdas por atrito e ventilao, no entanto a medida que se coloca carga sobre este eixo

o torque do motor tende aumentar, a sua velocidade cai, e o escorregamento aumenta

para se alcanar o equilbrio entre a carga e potencia solicitada pelo motor, no entanto

neste perodo de 0 a 20% a mudana do torque desenvolvido pelo motor muito

pequena, pois a carga colocada em seu eixo no expressiva para ocorrer uma grande

aumento.

67

Quando chega em aproximadamente 60% ocorre o seguinte, a medida que a

vazo aumenta a potncia solicitada da rede tambm aumenta pois a corrente induzida

I2 sofre um acrscimo, logo, se a corrente induzida I2 cresceu, significa que a potncia

de entrada no rotor tambm sofreu um aumento (Pg), no entanto chega um momento em

que a potncia de entrada no rotor no mais varia, devido a limitao imposta pela

bomba.

5.3 Anlise do comportamento das potncias:

Na bancada da bomba centrfuga, utiliza-se dois tipos de motores de induo,

um motor de induo convencional e um motor de induo de alto rendimento, foram

coletados dados para ambos os motores, podendo assim fazer uma comparao entre

eles.

Alm disso a bancada oferece trs tipos de acionamento para os motores, partida

direta, soft-starter e conversor de freqncia, e no ensaio atravs da variao de carga

observa-se que a potncia ativa gasta entre estes trs tipos de partida praticamente a

mesma, sendo as diferenas desprezveis. Isso pode ser observado atravs do grfico

abaixo:

Comparao entre a potencia ativa gasta nos trs modos de acionamento( Mic):

Figura 45 Potncias dos trs (3) modos de partida, motor de induo convencional

Comparao entre a potencia ativa gasta nos trs modos de acionamento( Miar):

Miar:

Figura 46 Potncia dos trs (3) modos de partida, motor de induo de alto rendimento

68

0

400

800

1200

1600

1 2 3

Partidas

M

dia

P(W

)

MIC MIAR

Figura 47 Comparao das potncias dos trs (3) modos de partida para MIC e MIAR

1:partida direta

2:conversor de freqncia

3:soft-starter

Sendo assim pode-se resumir o grfico dos trs modos de potncia em apenas um:

As trs (3) potncias representadas por um s grfico( Mic):

Figura 48 Potncia ativa x vazo (motor de induo convencional)

69

As trs (3) potncias representadas por um s grfico( Miar):

Miar

Figura 49 Potncia ativa x vazo (motor de induo de alto rendimento)

Para obter uma melhor comparao ente os dois (2) motores de induo (alto

rendimento e convencional), pode-se coloc-los em apenas um grfico:

Comparao das potncias nos dois tipos de motores ( MIC e MIAR):

Figura 50 - Comportamento da potncia ativa em funo da vazo, para o motor

convencional(MIC) e o de alto rendimento(MIAR).

Este grfico mostra o comportamento da potncia solicitada pelo motor de

induo trifsico convencional e o de alto rendimento em funo da vazo, para um

sistema de controle de vazo via estrangulamento da vlvula. A potncia apresentou-se

70

crescente em toda a faixa de operao, no entanto, o motor de alto rendimento

apresentou-se em toda a faixa de atuao uma potncia menor, proporcionando um

menor consumo de energia, assim como, uma menor demanda para o sistema de

suprimento. Para vazes menores a variao da potncia em funo da vazo mais

significativa, ao passo que na medida em que se aumenta a vazo a potncia comea a

estabilizar-se limitado pela capacidade da bomba utilizada.

Figura 51 - Comportamento das potncias em funo da vazo, no acionamento com partida direta,

atravs de estrangulamento da vlvula, motor convencional(MIC)

O grfico acima mostra o comportamento das potncias em funo da vazo

atravs do estrangulamento da vlvula. Observa-se que, a potncia ativa e aparente

apresentou-se uma variao mais significativa para vazes menores, ao passo que

quando a vazo aproximou-se da capacidade da bomba, evidencia-se uma estabilizao,

condicionada pelo limite imposto pela bomba centrfuga de 2 CV. A potncia reativa

manteve-se praticamente estvel, com um ligeiro crescimento em funo da vazo.

71

Figura 52 - Comportamento das potncias em funo da vazo, no acionamento com inversor de

freqncia, atravs de estrangulamento da vlvula, motor convencional (MIC)

Observa-se que o comportamento da potncia ativa e aparente apresentou-se

com a mesma tendncia que a alternativa anterior, no entanto, para a situao controlada

via inversor, sempre a potncia ativa manteve-se num valor acima, quando comparado

com a alternativa de partida direta. A grande diferena observada foi o comportamento

da potncia reativa e como conseqncia um aumento significativo da potncia

aparente. Para o acionamento via partida direta a potncia aparente estabilizou-se em

aproximadamente 2.050 VA, ao passo que na alternativa com o inversor este valor

atingiu em torno de 3.000VA.

72

Figura 53- Comportamento das potncias em funo da abertura da vlvula, no acionamento via

partida direta, para o motor convencional (MIC)

Figura 54. Comportamento das potncias em funo da abertura da vlvula, para o motor de

induo convencional(MIC), acionado via inversor de freqncia.

De acordo com os dois grficos acima, observa-se 3 regies distintas no

comportamento da potncia em funo do percentual de abertura da vlvula. Na faixa

compreendida entre 0 a 20%, as potncias permaneceram praticamente constante, entre

20 a 60%, com variaes bastante significativas, proporcionadas pelo aumento da

73

vazo, no entanto, a partir de 60%, estabiliza-se, condicionada ao limite da capacidade

definida pela bomba centrfuga de 2CV.

5.4 Comparao entre os dois modos de controle de vazo

No acionamento via inversor potncia aparente estabilizou-se em

aproximadamente 3000VA, ao passo que na alternativa com partida direta, a

estabilizao ficou em aproximadamente 2050VA.

Figura 55- Comportamento da potncia em funo da vazo.

O grfico apresenta o comportamento da potncia solicitada pelo motor de

induo trifsico convencional (MIC) do sistema de suprimento em funo da vazo em

um sistema de bombeamento. O controle da vazo foi realizado atravs do

estrangulamento da vlvula de acordo com a vazo desejada acionado via chave de

partida direta e ainda de acordo com o grfico, a segunda alternativa foi efetivada no

controle da vazo em funo da alterao da velocidade do motor via inversor de

freqncia. Observa-se que a alternativa atravs da variao de velocidade proporciona

uma reduo significativa na potncia ativa solicitada pelo motor do sistema de

suprimento. Na medida em que se aumenta a vazo esta diferena comea a diminuir,

devido basicamente ao limite imposto pela bomba, assim como, a prpria capacidade de

sobrecarga do motor acionado.

74

Considerando que a potncia nominal da bomba de 2 CV, para vazes

inferiores a sua capacidade nominal que aproximadamente 15 m3/h, o ganho de

potncia via controle da velocidade bastante significativo. No entanto, na medida em

que a bomba aproxima-se da sua capacidade nominal, as 2 alternativas apresentam-se

uma convergncia para o ponto de operao da bomba.

No grfico tem um ponto em que as curvas se encontram, isto ocorre pelo

seguinte fato, naquele ponto as duas formas de controle de vazo esto trabalhando com

a vlvula pneumtica do tipo borboleta totalmente aberta, e a uma freqncia de 60Hz,

deste modo os dois sistema de controle de vazo gasta a mesma potncia ativa de

aproximadamente 1800(W).

Figura 56- Fator k que define a relao entre a potncia via abertura da vlvula pela potncia

definida pelo controle na velocidade da bomba.

O fator K que define a relao entre a potncia via estrangulamento da vlvula

sobre a potncia solicitada via inversor de freqncia atravs da variao da velocidade

do motor. Observase que, para pequenas vazes as diferenas so bastante

significativas, diminuindo na medida em que a vazo aumenta. Considerando que a

potncia nominal da bomba centrfuga de 2 CV, com uma vazo nominal de 15m3/h, o

fator k aproxima-se de 1(um) para o sistema operando na sua capacidade nominal, pois

esta situao definida pela capacidade da bomba e no pelo motor acionado. Ou seja,

para operao na sua capacidade nominal mais interessante a alternativa convencional

via partida direta. Ao passo que, para vazes menores que a sua capacidade o

75

acionamento via inversor torna-se extremamente importan

TCC Daniel

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