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UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE - UNESC
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO ESPECIALIZAÇÃO EM DIDÁTICA E
METODOLOGIA DO ENSINO SUPERIOR
NELSON TADEU VIQUETTI
METODOLOGIA DO ENSINO SUPERIOR NA DISCIPLINA DE
INSTALAÇÕES ELÉTRICAS II NO CURSO DE TECNOLOGIA EM
ELETROELETRÔNICA
CRICIÚMA, JULHO DE 2005.
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NELSON TADEU VIQUETTI
METODOLOGIA DO ENSINO SUPERIOR NA DISCIPLINA DE
INSTALAÇÕES ELÉTRICAS II NO CURSO DE TECNOLOGIA EM
ELETROELETRÔNICA
Monografia apresentada à Diretoria de Pósgraduação da Universidade do Extremo Sul
Catarinense - UNESC, para a obtenção do
título de especialista em Didática e Metodologia
do Ensino Superior.
Orientador: Prof. Esp. Giovani Batista de Souza
CRICIÚMA, JULHO DE 2005.
2
AGRADECIMENTOS
A Deus, por todas as concessões a mim permitidas que, através do saber,
tornou possível o aprimoramento pessoal e profissional.
A minha esposa Marineusa, por seu incansável apoio que, sem medir
esforços, me auxiliou para o desenvolvimento desta pesquisa.
Aos meus filhos Ellen, Renan, Mabel e Elton, por grandioso respeito e
interesse, puderam compartilhar comigo as diversas vivências diárias.
Aos meus colegas do curso, do qual me encontrava algumas vezes, se
fizeram amigos e companheiros de ideal e de jornada.
Aos meus orientadores, que atuaram diretamente com suas valiosas
sugestões e orientações, estimulando esta pesquisa.
E principalmente à meu grande colega de curso e amigo Cesar Augusto
Rilo Fernandes e sua esposa Luzia, que com demasiado esforço e paciência,
conseguiram encontrar de seu tempo e lacuna do seus afazeres, muita dedicação e
força de vontade,me auxiliando para que esse trabalho fosse concluído.
As demais pessoas que por ventura não tenham sido citadas, mas que de
forma direta ou indireta puderam contribuir com a elaboração da presente pesquisa,
meus sinceros agradecimentos.
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RESUMO
Organizamos uma pesquisa, para a elaboração de uma metodologia voltada para o
crescimento e maior envolvimento dos alunos do curso de Tecnologia em
Eletroeletrônica na disciplina de Instalações elétricas II. Esta disciplina é de
fundamental importância para o curso, para a empresa e principalmente para o
aluno, dando-se muita ênfase para o motor elétrico, foco de nossos estudos nessa
disciplina. Tecnologias estão provocando profundas mudanças em todas as
dimensões da nossa vida. Elas vêm colaborando, sem dúvida, para modificar o
mundo.As tecnologias não mudam necessariamente a relação pedagógica. Chamase eletrotécnica à parte da física que se dedica ao estudo das aplicações técnicas
da eletricidade. De importância primordial foi à possibilidade de converter a energia
elétrica em energia mecânica, por meio de motores. A aplicação de tecnologias
avançadas facilitou a adoção de sistemas com microcomputadores, técnicas
desenvolvidas principalmente em veículos ferroviários, como o trem monotrilho.
Lembramos que este avanço também permitiu aumentar a eficiência dos motores
elétricos, pois permite controlar as variáveis elétricas, tais como: tensão e
freqüência, nos terminais de um motor elétrico com precisão. A criação do curso
superior de tecnologia na área eletroeletrônica dá ênfase em geração, distribuição e
transmissão de energia elétrica, formando profissional para suprir uma deficiência no
mercado de trabalho, vindo ao encontro das necessidades da região contribuindo de
forma a qualificar pessoas para exercer com competência e confiabilidade as
funções que lhes sejam atribuídas nestas empresas. Objetivando, portanto o curso a
capacitar os profissionais para o desenvolvimento de atividades técnicas e
administrativas, intervindo nos processos produtivos de manutenção e instalação de
sistemas elétricos de potência e dimensionamento de circuitos elétricos.
Palavras-chave: Motor Elétrico de Indução. Curto-circuito. Fusíveis. Disjuntores.
Contatores. Correção de Fator de Potência.
4
LISTA DE ILUSTRAÇÃO
FIGURA 1 – Exemplo água do poço.......................................................................46
5
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Grade curricular ....................................................................................31
Tabela 2 – Velocidade de rotação de motores ......................................................53
Tabela 3 – Exigências de desempenho dos fusíveis UL ........................................66
Tabela 4 – Exigências de desempenho dos fusíveis CSA......................................66
Tabela 5 - Fusíveis máximos admissíveis para contatores tripolares.....................67
Tabela 6 – Fusíveis máximos admissíveis para relés de sobrecarga.....................68
Tabela 7 – Consumo dos contatores ......................................................................70
Tabela 8 – Características típicas de relés de sobrecarga .....................................75
Tabela 9 – Categorias de emprego de contatores..................................................77
Tabela 10 – Métodos de partida x motores ............................................................81
6
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................09
2 CURSO DE TECNOLOGIA EM ELETROELETRÔNICA....................................11
2.1 Mas, afinal, o que é tecnologia?....................................................................14
2.2 Trilha evolutiva ...............................................................................................15
2.3 Eletrotécnica ...................................................................................................18
2.4 Eletrônica ........................................................................................................21
2.5 Sinais ...............................................................................................................23
2.6 Tecnologia em eletroeletrônica .....................................................................26
2.7 Grade curricular..............................................................................................30
3 METODOLOGIA DE ENSINO APLICADA NA DISCIPLINA DE INSTALAÇÕES
ELÉTRICAS II ........................................................................................................33
3.1 Proposta de plano de ensino: instalações elétricas 2.................................34
3.2 Conceitos a serem ministrados na disciplina de instalações elétricas II..36
3.3 Definições de termos técnicos usuais..........................................................37
3.4 Noções fundamentais de motores elétricos ................................................44
3.5 Conjugado .......................................................................................................45
3.6 Energia e potência mecânica.........................................................................46
3.7 Energia e potência elétrica ............................................................................48
3.7.1 Circuitos de corrente contínua...................................................................49
3.7.2 Circuitos de corrente alternada..................................................................49
3.8 Rendimento .....................................................................................................51
3.9 Velocidade síncrona ......................................................................................52
7
3.10 Características da rede de alimentação .....................................................54
3.10.1 Sistema trifásico ........................................................................................54
3.10.2 Sistema monofásico..................................................................................54
3.11 Tensão nominal ............................................................................................55
3.11.1 Tensão nominal múltipla...........................................................................55
3.12 Freqüência nominal (Hz) ..............................................................................57
3.13 Ligação em freqüências diferentes.............................................................57
3.14 Curto-circuito ................................................................................................58
3.14.1 Tipos de curto-circuito ..............................................................................58
3.14.2 Corrente de curto-circuito ........................................................................58
3.14.2.1 Corrente de curto-circuito presumida ..................................................59
3.14.2.2 Corrente de curto-circuito presumida mínima .....................................61
3.15 Proteção coordenada de circuitos de motor..............................................63
3.15.1 Dispositivos de proteção contra curto-circuitos ....................................63
3.15.1.1 Fusíveis ...................................................................................................64
3.15.1.2 Dimensionamento...................................................................................66
3.15.1.3 Fusível de comando ...............................................................................68
3.16.1.4 Corrente de pico .....................................................................................69
3.16.1.5 Tempo mínimo de atuação do fusível ...................................................70
3.15.1.6 Transformador de comando ..................................................................73
3.15.1.7 Disjuntores ..............................................................................................73
3.16 Relés de sobrecarga.....................................................................................75
3.16.1 Dimensionamento......................................................................................75
3.16.2 Considerações importantes......................................................................76
3.17 Contatores de força......................................................................................76
8
3.17.1 Limitação da corrente de partida em motores trifásicos .......................78
3.17.1.1 Partida com chave estrela-triângulo .....................................................78
3.17.1.2 Partida de chave compensadora (auto-transformador) ......................79
3.17.1.3 Partida com chave série-paralelo..........................................................80
3.17.1.4 Partida eletrônica (soft-stater)...............................................................80
3.17.2 Dimensionamento dos componentes básicos de uma chave de partida
...............................................................................................................................81
3.18 Fator de potencia..........................................................................................82
3.18.1 Causas do baixo fator de potencia ..........................................................83
3.18.2 Conseqüências do baixo fator de potencia.............................................83
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS.................................................................................85
REFERÊNCIAS ......................................................................................................89
ANEXOS ................................................................................................................90
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1 INTRODUÇÃO
Ao iniciarmos um trabalho na educação, nossas expectativas, são
imensas, sonhamos com um envolvimento de nossos alunos, que todos estejam
satisfeitos, empenhados, que possamos trabalhar juntos encontrando soluções para
os problemas existentes na nossa sociedade.
À
medida
que
nos
deparamos
com
outra
situação,
alunos
desinteressados, faltosos e até desistentes, questionamos: Qual o nosso papel
diante destes problemas? O que um mediador consciente pode fazer para resolver
esta situação?
O que é possível fazer? Como poderia ser feito?
Se de um lado a transformação das condições de trabalho na escola não
depende apenas da atuação dos profissionais da educação, por outro lado se estes
não se empenharem para encontrar uma solução para os problemas existentes,
dificilmente ocorrerá uma mudança.
Em função disto, organizamos nossa pesquisa para a elaboração de uma
metodologia voltada para o crescimento e maior envolvimento dos alunos do curso
de Tecnologia em Eletroeletrônica na disciplina de Instalações elétricas II. Este
precisa construir e reconstruir o conhecimento a partir do que faz, para isto o
professor também precisa ser curioso, buscar sentido para o que faz e apontar
novos sentidos para o fazer do aluno.
A disciplina de Instalações Elétricas é de fundamental importância para o
curso, para a empresa e principalmente para o aluno, tratando principalmente de um
componente básico em nossas vidas, o motor elétrico, que é um dos mais notórios
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inventos do homem ao longo de seu desenvolvimento tecnológico. Máquina de
construção simples, custo reduzido, versátil e não poluente, portanto seus princípios
de funcionamento e seleção (aplicação) necessitam ser estudados juntamente com
seus componentes de instalação, tais como elementos de proteção, fusíveis,
disjuntores e relés e, componentes de comando, contatores e chaves manuais.
Para tanto deve-se conhecer também as condições elétrica da rede de
alimentação, fazendo-se necessário um estudo das normas e prescrições de
segurança, bem como condições do nível de curto-circuito.
Objetivando otimizar o uso da energia elétrica usada no país e também
racionalizar o consumo dos equipamentos elétricos, gerando maior economia,
proporcionado às empresas maior qualidade e competitividade a ANEEL (Agência
Nacional de Energia Elétrica) estabelece às empresas um Fator de Potência a ser
seguido, também foco de nossos estudos nesta disciplina, que se dará através da
utilização de manuais e catálogos técnicos dos fabricantes dos componentes
elétricos, que acreditamos seja um dos principais elementos práticos e de fácil
entendimento, para tornar as aulas mais produtivas e interativas, também com a
disponibilidade dos laboratórios para aulas práticas, além de despertar o espírito
empreendedor dos alunos, que saibam montar e operar sistemas, contribuindo
significativamente para o fortalecimento industrial necessário para o crescimento
econômico, político e social do nosso país.
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2 CURSO DE TECNOLOGIA EM ELETROELETRÔNICA
Não poderíamos falar de tecnologia em eletroeletrônica sem primeiro
mencionarmos a infantaria deste curso que seria o trilhar das tecnologias. Lemos,
com freqüência, que as tecnologias estão provocando profundas mudanças em
todas as dimensões da nossa vida. Elas vêm colaborando, sem dúvida, para
modificar o mundo. A máquina a vapor, a eletricidade, o telefone, o carro, o avião, a
televisão, o computador, as redes eletrônicas contribuíram para a extraordinária
expansão do capitalismo, para o fortalecimento do modelo urbano, para a diminuição
das distâncias. Mas, na essência, não são as tecnologias que mudam a sociedade,
mas a sua utilização dentro do modo de produção capitalista, que busca o lucro, a
expansão, a internacionalização de tudo o que tem valor econômico.
Os mecanismos intrínsecos de expansão do capitalismo apressam a
difusão das tecnologias, que podem gerar ou veicular todas as formas de lucro. Por
isso há interesse em ampliar o alcance da sua difusão, para poder atingir o maior
número possível das pessoas economicamente produtivas, isto é, das que podem
consumir.
O capitalismo visa essencialmente o lucro. Tanto as tecnologias -o
hardware- como os serviços que elas propiciam -os programas de utilizaçãocrescem pela organização empresarial que está por trás e que as torna viáveis numa
economia de escala. Isto é, quanto maior a sua expansão no mercado mundial, mais
baratas se tornam e, com isso, mais acessíveis.
As tecnologias viabilizam novas formas produtivas. As redes de
comunicação permitem o processo de distribuição just in time, em tempo real, com
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baixos estoques. Permite a produção compartilhada, o groupware, permitem o
aparecimento do teletrabalho - poder estar conectado remotamente à sede da
empresa e a outros setores, situados em lugares diferentes. Mas tudo isso são
formas de expressão da expansão capitalista na busca de novos mercados, de
racionalizar custos, de ganhar mais.
A rede Internet foi concebida para uso militar. Com medo do perigo
nuclear, os cientistas criaram uma estruturação de acesso não hierarquizada, para
poder sobreviver no caso de uma hecatombe. Ao ser implantada a rede nas
universidades, esse modelo não vertical se manteve e com isso propiciou-se a
criação de inúmeras formas de comunicação não previstas inicialmente. Todos
procuram seus semelhantes, seus interesses. Cada um busca a sua "turma".
Ninguém impõe o que você deve acessar na rede. Nela você encontra desde o
racismo mais agressivo ou a pornografia mais deslavada até discussões sérias
sobre temas científicos inovadores.
A Internet continua sendo uma rede para uso militar. Também continua
sendo utilizada para pesquisa no mundo inteiro.Mas agora existe também para todo
tipo de negócios e formas de comunicação. A tecnologia basicamente é a mesma,
mas hoje está mais acessível, com mais opções, mais mercados, mais pessoas.
É possível criar usos múltiplos e diferenciados para as tecnologias. Nisso
está o seu encantamento, o seu poder de sedução. Os produtores pesquisam o que
nos interessa e o criam, adaptam e distribuem para aproximá-lo de nós. A
sociedade, aos poucos, parte do uso inicial, previsto, para outras utilizações
inovadoras ou inesperadas. Podemos fazer coisas diferentes com as mesmas
tecnologias. Com a Internet podemos comunicar-nos, enviar e receber mensagens,
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podemos buscar informações, podemos fazer propaganda, ganhar dinheiro, divertirnos ou vagar curiosos, como voyers, pelo mundo virtual.
Há um novo reencantamento pelas tecnologias porque participamos de
uma interação muito mais intensa entre o real e o virtual.
Também, porque estamos numa fase de reorganização em todas as
dimensões da sociedade, do econômico ao político; do educacional ao familiar.
Percebemos que os valores estão mudando, que o referencial teórico com o qual
avaliávamos tudo não consegue dar-nos explicações satisfatórias como antes. A
economia é muito mais dinâmica.
Existe ruptura visível entre a riqueza produtiva e a riqueza financeira. Há
mudanças na relação entre capital e trabalho. Na política diminui a importância do
conceito de nação, e aumenta o de globalização, de mundialização, de inserção em
políticas mais amplas. Os partidos políticos tornam-se pouco representativos dessa
nova realidade. A sociedade procura através de movimentos sociais, ONG’s, novas
formas de participação e expressão. E ao mesmo tempo em que nos sentimos mais
cosmopolitas porque recebemos influências do mundo inteiro em todos os níveis
procuramos encontrar a nossa identidade no regional, no local e no pessoal;
procuramos o nosso espaço diferencial dentro da padronização mundial tanto no
nível de país como no individual.
A humanidade passou por diversas fases históricas de crucial importância;
cada uma foi caracterizada pelos conhecimentos adquiridos e pelas tecnologias
desenvolvidas. Algumas dessas transformações foram tão significativas que
receberam a denominação de revolução, como Revolução Agrícola e Revolução
Industrial.
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Todas elas modificaram substancialmente a forma de vida das pessoas, o
tempo e a tecnologia diferenciaram sua forma de pensar e seu cotidiano. Com o
surgimento dos meios de transportes e de comunicação as distâncias foram
diminuindo e a humanidade começou a trocar informações com uma freqüência cada
vez maior.
A tecnologia continuou a crescer, até que, após uma grande seqüência de
inventos, a humanidade conheceu o computador...
A tecnologia não é privilégio dos adultos, desde que nascem, as crianças
em geral têm contato com a eletrônica e mídias cativantes, crescem diante da
televisão vendo-a como a companheira de seus momentos de liberdade. Enquanto
brincam com videogames ou usam computadores os jovens criam, com estes
objetos, relações afetivas e entram no mundo da ciência naturalmente como entram
em suas fantasias de contos de fadas.
Os educadores podem ver nesse encantamento dos jovens uma
significante justificativa para utilização das mídias e da eletrônica na condução de
seus alunos ao aprendizado.
2.1 Mas, afinal, o que é tecnologia?
O conceito de tecnologia se refere a um conjunto de conhecimentos
científicos e intuitivos, que podem alterar um produto, o processo de produção e o
de comercialização deste produto (serviço). A evolução tecnológica apresenta-se em
síntese colocadas em duas fases:
1ª Fase: Descoberta dos primeiros mecanismos: século XV: invenção
da imprensa; "Século XVII: Jornais; Século XIX: Revolução Industrial, aumento da
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velocidade de transporte, agilizando a comunicação, surgimento do telefone,
cinema.
2ª Fase: Primeira metade do século XX: guerras mundiais:
transferência de tecnologia dos computadores militares para a sociedade civil;
Disseminação da eletrônica.
2.2 Trilha evolutiva
A evolução da tecnologia segue uma seqüência desde os primórdios da
existência humana, que podemos colocá-la na seguinte ordem:
• Pré-História: Pedra Lascada; Pintura em Cavernas: 17.000 a.C.
• Papel: 105 d.C.
• Quadro de Giz: 1700
• Fotografia: 1822
• Motor Elétrico (1829)
• Telefone: 1876
• Caneta-Tinteiro: 1880
• Projetor de filme: 1887
• Televisão: 1926
• Projetor de transparência: 1944
• Transistor (1948)
• Circuito Integrado de Silício (1958)
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• Projetor de slide Carrossel
• Microprocessador (1971)
• Controladores Lógicos (CLP) (1973)
• Videodisco: 1974
• Computador pessoal (1975)
• Planilhas, processamento de texto: 1980.
• PC – Computador padrão IBM (1981)
• Banco de dados (baseado em texto): 1982
• Editoração eletrônica: 1985
• Gráfico em computador: 1988
• Vídeo Digital: 1989
• Multimídia: 1990
• Internet: 1995 (povo)
As tecnologias não substituem o professor, mas modificam algumas das
suas funções. A tarefa de passar informações pode ser deixada aos bancos de
dados, livros, vídeos, programas em CD. O professor se transforma agora no
estimulador da curiosidade do aluno por querer conhecer, por pesquisar, por buscar
a informação mais relevante. Num segundo momento, coordena o processo de
apresentação dos resultados pelos alunos. Depois, questiona alguns dos dados
apresentados, contextualiza os resultados, os adapta à realidade dos alunos,
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questiona os dados apresentados. Transforma informação em conhecimento e
conhecimento em saber, em vida, em sabedoria – o conhecimento com ética.
As tecnologias permitem um novo encantamento na escola, ao abrir suas
paredes e possibilitar que alunos conversem e pesquisem com outros alunos da
mesma cidade, país ou do exterior, no seu próprio ritmo. O mesmo acontece com os
professores. Os trabalhos de pesquisa podem ser compartilhados por outros alunos
e divulgados instantaneamente na rede para quem quiser. Alunos e professores
encontram inúmeras bibliotecas eletrônicas, revistas na rede internet (on line), com
muitos textos, imagens e sons, que facilitam a tarefa de preparar as aulas, fazer
trabalhos de pesquisa e ter materiais atraentes para apresentação. O professor pode
estar mais próximo do aluno. Pode receber mensagens com dúvidas, pode passar
informações complementares para determinados alunos. Pode adaptar a sua aula
para o ritmo de cada aluno.Pode procurar ajuda em outros colegas sobre problemas
que surgem, novos programas para a sua área de conhecimento. O processo de
ensino-aprendizagem pode ganhar assim um dinamismo, inovação e poder de
comunicação, inusitados.
O reencantamento, em fim, não reside principalmente nas tecnologias
cada vez mais sedutoras, mas em nós mesmos, na capacidade em tornar-nos
pessoas plenas, num mundo em grandes mudanças e que nos solicita a um
consumismo devorador e pernicioso. É maravilhoso crescer, evoluir, comunicar-se
plenamente com tantas tecnologias de apoio. É frustrante, por outro lado, constatar
que muitos só utilizam essas tecnologias nas suas dimensões mais superficiais,
alienantes ou autoritárias. O reencantamento, em grande parte, vai depender de
nós.
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2.3 Eletrotécnica
Segundo Mamede (1998) o ano de 1882 assistiu ao nascimento da
indústria elétrica, quando começou a operar, em Londres, a primeira central de
iluminação elétrica da cidade.
Falando historicamente, as pilhas, as baterias de alimentação e os
motores em geral constituem as primeiras aplicações técnicas da eletricidade.
Nascidos para a indústria no século XIX, logo encontraram múltiplas aplicações. Os
motores elétricos começaram a fazer parte fundamental dos sistemas de transporte.
Foi o caso da tração elétrica nas ferrovias e nos bondes. A telegrafia também
experimentou avanços importantes na mesma época e impulsionou a incipiente
indústria telefônica. No início do século XX, nasceu a radiotelegrafia, que teve como
um de seus principais artífices o italiano Guglielmo Marconi.
O avanço nas pesquisas da eletricidade propiciou à indústria o
aparecimento
de
novos
setores
tecnológicos,
como
a
eletroquímica,
a
eletrometalurgia e a galvanoplastia, esta última uma técnica que permite conformar e
moldar objetos metálicos por meio de métodos elétricos, a partir de matrizes. Pouco
mais tarde, a eletricidade converteu-se em fonte de energia indispensável, que lida
com potências muito elevadas e apresenta como principais vantagens à limpeza, o
transporte fácil, o baixo preço e a conversão em outras fontes de energia. Nesse
aspecto, cabe citar a transformação de energia elétrica em calor (aplicável em
processos de soldagem e no fabrico de fornos para a fundição de metais). No que
toca aos métodos de trabalho, a eletrotécnica abriu a possibilidade de mecanização
e automatização da produção.
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Como fontes de energia elétrica podemos citar o armazenamento de
grandes massas de água para aproveitamento energético passou a constituir uma
fonte fundamental da geração de eletricidade. As obras associadas a esse processo
são de grande complexidade: é preciso construir represas, canais, diques e
instalações auxiliares. A quantidade de energia que se obtém depende do caudal de
líquido armazenado e do salto ou altura da queda d'água.
Outros processos permitem obter a eletricidade a partir de diversas fontes.
A energia termelétrica, obtida a partir do aquecimento da água, através da queima
de vários combustíveis, tem resultados especialmente favoráveis, pela redução de
seus custos em comparação com outras fontes. A localização de centrais desse tipo
é condicionada pela presença de combustível em lugares próximos, que garantam a
rentabilidade dos empreendimentos. Centrais nucleares também são empregadas na
produção de energia elétrica: a partir de materiais radioativos, obtém-se o calor
necessário à formação do vapor de água que move as turbinas. Têm-se
experimentado outros sistemas alternativos na obtenção de eletricidade, como as
fontes solares, geotérmicas, eólicas e marítimas.
Os principais dispositivos de produção de energia elétrica são os
alternadores e dínamos, que geram, respectivamente, corrente contínua e alternada,
caso se mantenha a tensão (voltagem) constante no tempo ou oscilante em torno de
um valor central. Ambos os mecanismos baseiam seu funcionamento nas leis de
indução elétrica: cargas móveis induzem movimento em cargas em repouso. A
corrente contínua apresenta o inconveniente de requerer condutores tanto mais
espessos quanto maior é a intensidade da corrente, o que dificulta seu transporte.
Assim, para grandes distâncias se empregam centrais de geração de
corrente alternada, das quais saem às linhas de alta tensão que ligam os geradores
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elétricos às máquinas. As estações transformadoras encarregam-se de converter a
tensão e a corrente das linhas de acordo com a necessidade dos usuários.
Numerosos aparelhos empregam a eletricidade como fonte de energia.
Entre estes, encontram-se os motores que convertem energia elétrica em mecânica,
os aparelhos de calefação ou transformadores da eletricidade em calor, e os
elementos de iluminação. Em geral, uma máquina elétrica é um sistema baseado na
interação entre um circuito fixo e um móvel, por meio de outro comum a ambos e
chamado magnético.
Essas máquinas baseiam-se nos princípios do eletromagnetismo, segundo
os quais os campos magnéticos induzem correntes elétricas em elementos
condutores e vice-versa. Assim, os alternadores transformam energia mecânica em
elétrica e os motores realizam a operação inversa.
Ainda que diante do esgotamento de determinadas fontes e combustíveis
se promovam pesquisas de técnicas alternativas de obtenção da energia, a
eletricidade parece insubstituível e o estudo de suas possibilidades constitui um
campo em permanente evolução.
2.4 Eletrônica
O crescente desenvolvimento da tecnologia tem sido acompanhado, e em
grande parte sustentado, pelo avanço da eletrônica, disciplina hoje fundamental para
a ciência e a tecnologia.
A eletrônica é à parte da física aplicada que estuda os fenômenos
relacionados com os elétrons, ou cargas elétricas elementares, seu comportamento
e suas propriedades em estado livre. De um ponto de vista mais próximo da
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engenharia, tende-se a considerar a eletrônica como a parte da física que trata dos
circuitos elétricos e de instrumentos constituídos por válvulas termiônicas,
dispositivos semicondutores (transistores, diodos, tiristores, circuitos integrados),
tubos de raios catódicos e outros componentes, entre os quais os baseados no
efeito fotoelétrico (células fotoelétricas, válvulas fotomultiplicadoras etc.).
Normalmente,
a
utilização
de
dispositivos
eletrônicos
requer
a
transformação prévia dos fenômenos por meio de procedimentos elétricos. Esses
últimos são empregados, por exemplo, para converter informação acústica ou visual
em elétrica, ou vice-versa. As técnicas eletrônicas têm importância capital no campo
da informática.
O progresso da microeletrônica e a chamada eletrônica de potência
permitiram a melhoria das técnicas de regulagem e de controle para sistemas tais
como os de tração elétrica. A regulagem também foi aperfeiçoada com a fabricação
de diodos cada vez mais rápidos e potentes. O desenvolvimento da eletrônica
ocorreu a partir de inícios do século XX, como conseqüência do acúmulo, nas
décadas precedentes, de conhecimentos sobre a eletricidade. Assim, o americano
Thomas
Alva
Edison,
quando
experimentava
suas
lâmpadas
elétricas
incandescentes, observou que seu interior ficava negro por causa da emissão de
elétrons provocada pelo aquecimento dos filamentos. O inventor não fez nenhum
uso prático do fenômeno, que se tornou conhecido como efeito Edison.
Posteriormente confirmou-se que a eletricidade pode-se propagar mesmo
na ausência de um meio material transmissor. Essas descobertas confluíram nos
trabalhos do engenheiro inglês John Ambrose Fleming, que idealizou uma aplicação
prática do efeito Edison (emissão termoiônica) na recepção de ondas de rádio.
Quando o pólo negativo de um tubo a vácuo, alimentado por uma bateria, se
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aquecia, estabelecia-se uma corrente contínua de elétrons para o pólo positivo, ao
passo que não se produzia corrente se a polaridade era trocada. O dispositivo
resultante, que só permitia a passagem da corrente elétrica em um sentido,
denominado válvula termoiônica, ou diodo (que contém apenas dois eletrodos), foi
aperfeiçoado posteriormente com a incorporação de um terceiro eletrodo, dando
lugar aos triodos. Estes, junto com todos os demais tipos de tubos e válvulas a
vácuo, vieram formar os fundamentos da moderna técnica eletrônica.
A indústria eletrônica teve grande desenvolvimento a partir da segunda
guerra mundial. Em 1948, foi inventado o transistor - componente constituído por um
semicondutor que amplia, modula e detecta oscilações elétricas - que substituiu a
válvula e permitiu a fabricação de sistemas complexos que viriam a ser a base dos
computadores. O tamanho dos circuitos reduziu-se consideravelmente e essa
diminuição foi maior ainda após o surgimento, na década de 1970, dos circuitos
integrados, formados por elementos fixos instalados em um único suporte
semicondutor. Com os circuitos integrados abriram-se novos caminhos, em virtude
de sua miniaturização e da possibilidade de sua fabricação em série. Os anos
seguintes foram de desenvolvimento contínuo da eletrônica, que se transformou em
uma das mais pujantes indústrias dos países desenvolvidos.
2.5 Sinais
23
Denomina-se sinal a variável elétrica que contém informação. Essa
característica diferencia um sinal das demais variáveis físicas consideradas em um
circuito. A informação é introduzida num sinal ou dele extraída por meio de um
sistema denominado codificação. O conjunto de regras de interpretação de um sinal
chama-se código. Os sinais empregados em eletrônica dividem-se em três grupos:
periódicos, cuja forma se repete a intervalos determinados de tempo; analógicos, se
variam em função do tempo sem seguir uma regra determinada; e digitais, quando
assumem valores discretos a cada momento, sem apresentar valores intermediários.
Materiais eletrônicos. Em função de seu comportamento elétrico, os
materiais
usados
em
eletrônica
dividem-se
em
condutores,
isolantes
e
semicondutores. Os primeiros configuram redes de átomos que compartilham uma
nuvem de elétrons livres, como ocorre com os metais. Nos corpos isolantes, quase
todos os elétrons permanecem ligados aos átomos da estrutura, e a aplicação de um
campo elétrico quase não gera movimento nas cargas. Os semicondutores
apresentam um comportamento misto: a baixas temperaturas são isolantes,
convertendo-se em bons condutores quando se aquecem.
Os semicondutores desempenharam um papel fundamental no notável
avanço da eletrônica. São materiais que se apresentam ou em estado natural, caso
de elementos químicos como o germânio e o silício, ou que são elaborados
artificialmente, mediante o acréscimo de pequenas quantidades de impurezas ao
cristal semicondutor (semicondutores dopados). Os semicondutores artificiais podem
ser do tipo n, se a impureza tem cargas negativas livres e cargas positivas fixas, e
do tipo p, se ocorre o contrário. A natureza dessas substâncias constitui o campo da
física do estado sólido.
24
Componentes, dispositivos e circuitos. Chama-se componente qualquer
dos elementos básicos que servem à construção de circuitos. Exemplos de
componentes são as resistências, as bobinas e os condensadores. O avanço nas
técnicas de fabricação possibilitou o aperfeiçoamento de outros tipos de circuito, cuja
existência seria inconcebível sem os semicondutores. É o caso dos diodos e dos
transistores.
Já os transdutores são dispositivos que servem para transformar a
informação (fenômeno físico qualquer) em um sinal elétrico. O termo foi introduzido
tardiamente na prática eletrônica, razão pela qual criaram-se discrepâncias quanto a
seu campo de validez. Os transdutores trocam variáveis físicas por variáveis
elétricas e podem medir deslocamentos, velocidades, acelerações ou temperaturas.
Exemplos de transdutores são as células de carga, o termopar, o sensor indutivo, o
sensor capacitivo, os giroscópios, os medidores de arcos e velocidades angulares,
os microfones e os acelerômetros.
A eletrônica emprega grande número de circuitos, de diversos tipos. Os
retificadores, por exemplo, convertem corrente alternada em contínua, e são
constituídos de transformadores, diodos e condensadores. Já os filtros são utilizados
para selecionar tensões dentro de uma margem estreita de freqüências, e em geral
são formados por resistências, bobinas e condensadores, agrupados em função da
finalidade visada.
Os amplificadores destinam-se a incrementar a amplitude ou potência de
um sinal, e classificam-se em lineares e não-lineares, segundo a natureza da
resposta
dos
componentes
às
polarizações
a
que
são
submetidos.
Os
amplificadores não-lineares, além de aumentar o sinal de entrada, podem mudar a
forma de sua onda.
25
Nos circuitos de comutação empregam-se componentes cujos sinais de
saída só assumem valores discretos. Entre eles podem-se citar os flip-flop, de
grande utilidade nos circuitos de computador para o tratamento do código binário; os
circuitos lógicos, que empregam diodos; e os geradores de dentes de serra. Na área
das telecomunicações destacam-se por seu grande uso os circuitos moduladores
(que fazem variar a amplitude ou a freqüência das ondas), os detectores e os
conversores.
Um dos parâmetros mais importantes usados na eletrônica é a freqüência
dos sinais, que é uma função do tempo. Se o sinal é periódico, chama-se freqüência
o número de vezes que ele se repete em um tempo determinado. Os elementos
condutores de freqüência vão dos fios comuns e dos cabos coaxiais, que diminuem
as perdas, até os guias de onda, próprios de freqüências muito altas do transmissor
à antena, ou desta ao receptor. Esses guias podem apresentar formas distintas,
sendo as mais comuns as de seções circular e retangular.
Os sinais propagam-se no vácuo ou no ar na forma de ondas
eletromagnéticas, que são geradas e captadas por dispositivos denominados
antenas. Uma antena é um condutor por onde circula uma intensidade elétrica que
varia no tempo segundo uma função senoidal. Ao redor da antena forma-se um
campo magnético que, por sua vez, gera um campo elétrico. Ambos os campos se
propagam no espaço e induzem correntes também senoidais nas antenas
receptoras. As antenas podem ter forma linear, parabólica, cilíndrica etc. Seu
emprego estende-se ao campo das comunicações e adquire uma importância
especial no aperfeiçoamento dos sistemas de radar, localização, apoio à navegação
aérea e marítima, recepção e intercomunicação com satélites orbitais de
comunicações. Nesse contexto, a antena é o elemento destinado a emitir a energia
26
eletromagnética fornecida por um sistema gerador e a receber a das ondas que
provêm do meio circundante.
2.6 Tecnologia em eletroeletrônica
Em razão do crescimento econômico, observado na Região Sul do Brasil,
com o conseqüente aumento de demanda no consumo de energia elétrica, a
saturação do sistema de geração e distribuição de energia de outras regiões do
país, observa-se a tendência de crescimento da geração e distribuição de energia,
através da implantação de usinas geradoras de energia elétrica.
Em santa Catarina podemos destacar as termoelétricas de Guaramirim
com 300MW, Siderópolis com 400 MW, as pequenas Hidroelétricas de Portobello
com 15 MW e Braço do Norte com 12 MW (em projeto). Ainda a instalação de um
parque Eólico com potência de 12 MW na região de Laguna e Bom Jardim da Serra.
Não bastasse estes investimentos, em andamento ou previstos na construção de
usinas geradoras e por conseqüência construção de redes de transmissão e
distribuição de energia elétrica, temos que considerar também o grande potencial
industrial da região.
Na região Sul de Santa Catarina, concentra-se o mais moderno pólo
cerâmico do Brasil, o maior produtor de molduras a América latina, além de uma
variada gama de indústrias, como por exemplo, a indústria têxtil, química, plásticos
etc. As quais requerem uma mão-de-obra extremamente qualificada, principalmente
na área eletroeletrônica. Por estas razões, justifica, a criação do curso superior de
tecnologia na área eletroeletrônica com ênfase em geração, distribuição e
transmissão de energia elétrica. Este profissional vem suprir uma deficiência no
27
mercado de trabalho, vindo ao encontro das necessidades da região contribuindo de
forma a qualificar pessoas para exercer com competência e confiabilidade as
funções que lhes sejam atribuídas nestas empresas.
O Objetivo geral do curso é Capacitar os profissionais para o
desenvolvimento de atividades técnicas e administrativas, intervindo nos processos
produtivos de manutenção e instalação de sistemas elétricos de potência e
dimensionamento de circuitos elétricos.
Como Objetivos específicos o curso apresenta a ideologia de fornecer
sólidos conhecimentos nas áreas básicas, de modo que o estudante domine os
elementos e técnicas fundamentais da profissão, com conhecimentos teóricos e
práticos, dos assuntos de conteúdo, sintonizado com as inovações tecnológicas e
exigências do mercado globalizado. Pretende despertar o espírito empreendedor
nos alunos do curso, capacitar os alunos para conceber, montar e operar sistemas
de alta complexidade tecnológica; despertar o espírito de pesquisa nos alunos;
proporcionar aos alunos condições para realizarem visitas técnicas a empresas das
áreas de geração distribuição e transmissão de energia, assim como empresas
consumidoras; envolver os docentes e alunos em atividades de pesquisa e extensão
nas áreas afins.
É claro que o curso tende a proporcionar aptidões especiais como habilitar
os alunos para trabalhos em equipe e liderança de grupos; proporcionar aos alunos
experimentações em laboratórios, participações em seminários, conferências
exposições etc.
Este curso pretende despertar os futuros profissionais sobre as
necessidades de preservação, buscando novas formas de desenvolvimento sem a
destruição da natureza imbuindo o aluno de uma forte postura ética.
28
Segundo a Unisul (2005), a habilitação de tecnólogo em Eletroeletrônica
possui um período mínimo de Conclusão de 3 anos, com carga horária composta por
um número de créditos de 172 e um número de horas-aula de 2580.
A Proposta curricular do Curso de Tecnologia em eletroeletrônica –
Sistemas de Potência e Eletrônica Industrial está direcionada para formação de
profissionais especializados na área de geração, transmissão e distribuição de
Energia Elétrica e também em Eletrônica industrial, capazes de utilizar seus
conhecimentos em Sistemas Elétricos de Potência, para condução de equipes de
montagem e manutenção de sistemas de Geração, Transmissão e distribuição de
energia elétrica; propor intervenções nos processos de fabricação eletroeletrônica,
visando à sua otimização, com racionalização de recursos e o conseqüente aumento
da produtividade, através de análise do processo como um todo, identificação dos
problemas que interferem no processo e apresentação de soluções; utilizar os
conhecimentos, os recursos e as técnicas da área de eletroeletrônica para a gestão
de processos produtivos, desenvolvimento de produtos, definição de processos de
fabricação e controle de máquinas e equipamentos; receber, montar, testar e
acompanhar a instalação de máquinas e equipamentos em geral, através da análise
das especificações técnicas, observação das normas técnicas e de segurança;
planejamento das atividades, leitura e interpretação de desenhos, esquemas
elétricos e eletrônicos.
Para coordenar e assistir tecnicamente os profissionais que atuam na
instalação, montagem, operação de máquinas e equipamentos em geral o curso
dispõe de uma organização hierárquica para assessorar equipes de engenharia na
operacionalização e manutenção dos processos produtivos, através de: montagem,
análise e teste de dispositivos e sistemas eletro-eletrônicos; realização de estudos
29
sobre o comportamento dos processos produtivos; elaboração de relatórios;
execução de desenhos técnicos na área eletroeletrônica; prestar assistência técnica
aos setores de compra e/ou venda na especificação de materiais, componentes e
equipamentos em geral; na análise de propostas de fornecimento e no
acompanhamento do processo de instalação e entrega técnica do equipamento;
realizar estudos sobre padronização, mensuração e controle de qualidade, visando à
organização, simplificação e otimização do trabalho, segundo as técnicas de
melhoria de qualidade e produtividade, através de: definição de arranjos físicos de
oficinas, laboratórios ou postos de trabalhos; utilização de normas e na elaboração
de procedimentos de produção, testes, inspeção e manutenção; proporção de
medidas necessárias ao aperfeiçoamento das atividades de produção e manutenção
em geral; ter condições de identificar nichos de mercado utilizando seu espírito
empreendedor, contribuindo para a criação de novos postos de trabalho.
A sociedade atual delineia a necessidade de desenvolver novos valores
que venham ao encontro, anseios e às reais necessidades sociais e das relações
comerciais, que se estabelecem, nesse universo globalizado, que se descortina.
Entre as novas demandas destacam-se:
• O
movimento
transformador
fundamentado
na
tecnologia
da
informação, da comunicação e da própria educação, acompanhado por uma
profunda revolução tecnológica e uma crise de paradigmas. A imagem e a
informação rápida destroem o interesse por informações centradas nos textos de
livros e a prática de mestres ortodoxos.
•
O indicativo para o desenvolvimento sustentável que, hoje, está
centrado no conhecimento tecnológico e nas relações interpessoais. A escola, no
novo século, desperta para essa nova realidade social, onde o conhecimento deve
30
ser concebido como algo dinâmico, construído pelo sujeito humano, com valor de
práxis.
• O processo tecnológico com ênfase: na informática, impulsionadora da
revolução nas áreas do conhecimento. Ela será capaz de produzir os meios para
difusão e atualização do conhecimento e possibilitar, a todos, o mesmo acesso;
•
Nas novas formas de energia, entre tantas, o lazer na medicina, a
energia solar e a nuclear;
• Nos novos, materiais, como supercondutores, fibras de carbono e as
várias formas de plásticos.
2.7 Grade curricular
Para o curso de Tecnologia em Eletroeletrônica da Unisul (2005) a grade
curricular utilizada é apresentada abaixo (Tabela 01).
Tabela 01 – Grade Curricular
Fase
1
Disciplina
Química Geral
Créditos
H/A
4
60:00
31
1
Física Geral I
4
60:00
1
Álgebra Linear e Geometria Analítica I
4
60:00
1
Circuitos Elétricos I
4
60:00
1
Cálculo Diferencial e Integral I
4
60:00
1
Geometria Descritiva I
4
60:00
1
Metodologia da Pesquisa
2
30:00
2
Física Geral II
4
60:00
2
Desenho Técnico
4
60:00
2
Mercado de Energia Elétrica
2
30:00
2
Circuitos Elétricos II
4
60:00
2
Cálculo Diferencial e Integral II
4
60:00
2
Resistência dos Materiais
4
60:00
2
Informática Aplicada
4
60:00
3
Medidas Elétricas
4
60:00
3
Eletromagnetismo
4
60:00
3
Instalações Elétricas I
4
60:00
3
Probabilidade e Estatística
4
60:00
3
Fundamentos de Administração
4
60:00
3
Circuitos Elétricos III
6
90:00
4
Instalações Elétricas II
4
60:00
4
Livre I
6
90:00
4
Sistemas de Potência
4
60:00
4
Instrumentação Industrial I
4
60:00
4
Geração de Energia Elétrica I
8
120:00
5
Transmissão de Energia Elétrica
4
60:00
5
Higiene e Segurança do Trabalho
3
45:00
5
Geração de Energia Elétrica II
4
60:00
5
Estágio Supervisionado em
Eletroeletrônica
12
0180:00
5
Livre I
4
60:00
5
Eletrônica Industrial II
6
90:00
32
5
Instrumentação Industrial II
4
60:00
6
Tecnologia de Equipamentos de
Distribuição de Energia Elétrica
4
60:00
6
Distribuição de Energia Elétrica
4
60:00
6
Proteção de Sistemas Elétricos
3
45:00
6
Automação e Controle
6
90:00
6
Gestão de Recursos Humanos
4
60:00
6
Eletrônica Industrial III
4
60:00
3 METODOLOGIA DE ENSINO APLICADA NA DISCIPLINA DE INSTALAÇÕES
ELÉTRICAS II
A construção do saber na Educação superior, com enfoque na disciplina
de Instalações Elétricas apresenta por finalidade o ensino, a pesquisa, em uma
pauta ampla que envolve a formação do profissional associada à metodologia da
didática de ensino.
O presente trabalho vem observar como pode ser realizada a metodologia
do Ensino diante da disciplina de Instalações elétricas. É de maneira simples e
objetiva que abordaremos os conteúdos da disciplina, procurando enfatizar os
métodos de ensino-aprendizagem, a fim de motivar o aluno nessa disciplina visando
o ensino, a pesquisa e a profissionalização. No que diz respeito à metodologia do
Ensino segue-se uma preocupação social quanto à exigência na diversificação dos
estudos em contrapartida a atual crise econômica, social e emocional que a
humanidade vem passando.
Os principais métodos estão compreendidos em didáticas de aulas
expostas pelo professor, intuitivo, demonstrativo e bibliográfico, e ainda métodos
ativos com atividades independentes, com elaboração conjunta e trabalho em grupo.
33
Para atrair o interesse do aluno utilizam-se estratégias como a utilização de
computadores com recurso multimídia associado a catálogos e manuais de
fabricantes de equipamentos, acrescentado de aulas praticas em laboratório.
Os conteúdos a serem aplicados bem como plano de ensino adotado
serão vistos nos subcapítulos a seguir.
3.1 Proposta de plano de ensino: instalações elétricas 2
Para elaborar o plano de ensino precisamos definir a ementa da disciplina,
o objetivo geral e os objetivos específicos que nortearão o professor em sala de
aula. O plano de ensino deve ser escrito conforme o padrão adotados por cada
faculdade e ou Universidade. Em nosso caso procuraremos delimitar os principais
itens que devem constam neste plano de ensino para a disciplina proposta neste
trabalho.
I – Ementa
Instalação de motores monofásico, trifásico e de corrente contínua, com
chave reversora bipolar manual, de motor trifásico rotor gaiola com chave reversora
manual, de motor trifásico com chave estrela-triângulo/manual; instalação de motor
trifásico com chave compensadora manual, de motor Dahlander com chave de
comutação polar manual, de motor trifásico comandado por disjuntor industrial, de
motor trifásico com chave magnética para partida com reversão, de motor trifásico
com chave magnética para partida estrela-triângulo, de motor trifásico com chave
magnética para partida compensada, partida eletrônica (Soft-Starter).
34
II – Justificativa
Disciplina considerada fundamental e indispensável ao curso, onde
possibilitará ao aluno, contato com equipamentos relacionados a instalações
elétricas industriais, obtendo noções e conhecimentos sobre motores, seus tipos de
acionamentos e suas aplicações.
III – Objetivo
Iniciar os alunos, no manuseio e interpretação de catálogos dos produtos,
bem
como
o
dimensionamento
e
especificação
destes,propiciando-lhes
o
conhecimento prático e familiaridade com alguns dos diversos componentes
utilizados na indústria, em seu processo fabril.
IV – Conteúdo programático
1. MOTOR ELÉTRICO DE INDUÇÃO (Definição dos motores; Principais
tipos; Características típicas).
2. CURTO-CIRCUITO (tipos de curto-circuito; Análise da corrente de
curto-circuito; Efeitos do curto-circuito; Cálculo do curto-circuito).
3. DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO (Fusíveis; Dimensionamento dos
fusíveis; Disjuntores; Tipos de Disjuntores; Classe de disjuntores; Curvas;
Dimensionamento; Relés de sobrecarga; Classificação; Dimensionamento; Curvas
de disparo).
4. DISPOSITIVOS
DE
COMANDO
(Contatores;
Funcionamento;
Categoria de emprego; Diagrama elétrico;
5. CHAVES DE PARTIDA Partida direta; Dimensionamento; Partida
Estrela-triângulo; Dimensionamento; Diagrama elétrico; Partida Compensadora;
35
Dimensionamento; Diagrama elétrico; Partida Suave (Soft Start); Dimensionamento;
Diagrama Elétrico; Partida Série-Paralela; Dimensionamento; Diagrama elétrico).
6. CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA (Causas do baixo fator de
potência; Cálculo do fator de potência; Dimensionamento dos capacitores).
7. PROJETO DE C.C.M (Centro de Controle de Motores), Trabalho de
pesquisa.
V – Metodologia de ensino
No processo ensino-aprendizagem, serão utilizados recursos tecnológicos
(data-show, retroprojetores, trabalhos em rede), aulas expositivas e laboratórios de
de instalacoes eletricas.
VI – Procedimentos de avaliação
As avaliações dos conteúdos ministrados em aula serão realizadas de
forma individual e em grupos, constando de três avaliações no semestre.
3.2 Conceitos a serem ministrados na disciplina de instalações elétricas II
No ambiente atual das operações de manufatura, os motores contribuem
com a maior parte da energia necessária para converter matérias primas em
produtos acabados. Na verdade, os motores são responsáveis por mais de 50% do
trabalho realizado atualmente nas fábricas (WEG, 2004). A previsão é de que esse
percentual continuará a aumentar no futuro. Devido a essa alta dependência da
capacidade de manufatura nos motores elétricos, é importante garantir que os
motores e seus circuitos sejam protegidos adequadamente, para maximizar o tempo
de operação e minimizar o as paradas. Nas fábricas modernas, a presença de
36
motores ou circuitos desprotegidos poderá resultar em perdas que variam de
centenas de milhares de dólares por hora, sem contar o custo do material sendo
processado, que poderá ser destruído. Não se admira, portanto, os enormes
esforços empreendidos e os recursos utilizados nos últimos anos pelos fabricantes
da área de controle, para desenvolver e melhorar dispositivos econômicos de
proteção contra curto-circuito e contra sobrecarga.
Esta proposta aborda várias questões essenciais ao atendimento dos
dispositivos de proteção contra curto-circuito e sobrecarga, indicando como obter
uma “proteção coordenada” para os motores e seus circuitos. Os seguintes tópicos
serão discutidos a seguir:
3.3 Definições de termos técnicos usuais
As definições a seguir estão baseadas nas normas VDE (Norma alemã de
eletrotécnica) e Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Termilogia
Brasileira (TB).
Acionamento Manual: componente mecânico de acionamento de um
equipamento. Ex.: botão de comando, punho, alavanca.
Acionamento por botão (ou tecla): comando de um circuito por meio de
um dispositivo de comando por botão (ou tecla). Com esse tipo de acionamento são
dados apenas impulsos de comando de curta duração.
Acionamento por Corrente Alternada (CA): circuito de comando
alimentado por corrente alternada.
Acionamento por Corrente Contínua (CC): os equipamentos de
comando à distância podem, independentemente da natureza da corrente do circuito
37
principal em que operam, ser acionado por corrente alternada ou corrente contínua;
no caso de acionamento por corrente contínua (CC), o circuito de comando através
do qual o equipamento é ligado e desligado, possui uma fonte de alimentação em
corrente contínua. Evidentemente, a bobina magnética de um contador deve ser,
então, apropriada para corrente contínua ou ser um sistema magnético em corrente
alternada (ligação por resistência) próprio para acionamento em corrente contínua.
Acionamento por impulso: ligação e desligamento instantâneos por meio
de um dispositivo de comando, com repetição dentro de curtos intervalos de tempo.
O acionamento por impulsos, na operação de motores, leva a elevada solicitação do
dispositivo de comando. O motor não alcança a sua rotação nominal, de forma tal
que o dispositivo de comando tem que ligar e desligar continuamente a corrente de
partida do motor e, com isso, várias vezes o valor de sua corrente nominal. O
acionamento por impulsos está incluído na utilização AC4 (ver definição mais
adiante).
Botão de comando de fim do curso: botão acionado mecanicamente,
para sinalização, comando e limitação de curso. O miolo da botoeira é que contém
os contatos e os terminais do dispositivo de fim de curso.
Botão sinalizador: botoeira com botão transparente de forma tal que se
obtenha, assim como no sinalizador luminoso, indicação ótica dada por uma
lâmpada nele embutida.
Capacidade de interrupção: máxima corrente que um dispositivo de
manobra (contador, disjuntor, chave seccionadora, etc.) pode interromper sob
condições definidas (VDE0660, parte 1/3.68).
Capacidade de ligação: a capacidade de ligação indica a grandeza da
corrente de ligação com a qual o dispositivo de manobra (contador, disjuntor, chave
38
seccionadora, etc.) ainda pode operar com segurança. Caso a corrente de ligação
ultrapasse a capacidade de ligação, os contatos do dispositivo de manobra podem
fundir-se.
Chave principal: dispositivo destinado a comandar o circuito principal de
alimentação, ligado diretamente ao consumidor, passando através desse a corrente
elétrica de operação.
Chave seccionadora: chave que, na posição aberta, satisfaz as
exigências de distância de isolação especificadas para um seccionador (TB 1915/20-205).
Chave seccionadora sob carga: dispositivo de manobra que preenche
os requisitos de uma chave sob carga e de uma chave principal.
Circuito auxiliar ou de comando: circuito pelo qual são acionados os
dispositivos de manobra. Além disso, ele é usado para fins de medição, comando,
travamento e sinalização (TB 19-15/10-60). Esse circuito engloba a fonte de
alimentação (tensão de comando), os contatos do dispositivo de comando, os
acionamentos elétricos (bobina) dos dispositivos de manobra, assim como os
elementos auxiliares de manobra.
Circuito principal: é formado das partes mais importantes, dos contatos
principais e dos terminais. Tais partes são destinadas a conduzir a corrente de
operação.
Contato: parte de um dispositivo de manobra, pelo qual um circuito é
ligado ou interrompido. Há os contatos fixos e móveis e, de acordo com a utilização,
contatos principais e contatos auxiliares (TB26/2.2.2).
39
Contato NF (normalmente fechado): contato que abre, quando do
estabelecimento e, que fecha, quando da interrupção de um dispositivo de manobra
(TB 19-15/10-045).
Contato auxiliar: contato de chave auxiliar. Contato inserido em um
circuito auxiliar e operado mecanicamente pelo dispositivo principal (contator, rele
térmico, disjuntor motor) (TB 26/2.2.9).
Contato de selo: contato fechador auxiliar, encontrado particularmente
nos contatores e, que é comandado simultaneamente com os contatos principais
fechados e através do qual é selada a alimentação da bobina do contator. Este
contato é ligado em paralelo com o botão de ligação do contator.
Contato NA (normalmente aberto): contato que fecha quando do
estabelecimento e que abre quando da interrupção de um dispositivo de manobra.
Em literatura antiga, designado por normalmente aberto (TB 19-15/10-040).
Contato principal: contato no circuito principal de um dispositivo de
manobra. Contato inserido no circuito principal de um contator, previsto para
conduzir, na posição fechada, a corrente desse circuito (TB 26/2.2.6)
Corrente de interrupção: corrente que pode ser interrompida por um
dispositivo de manobra (contator, disjuntor, chave seccionadora, etc) em condições
normais de operação. Da amplitude dessa corrente depende, principalmente, a vida
útil dos contatos.
Corrente de partida: corrente que um motor consome, quando ligado,
porém ainda em repouso (na partida ou na frenagem). Seu valor médio é cerca de
seis a nove vezes, a corrente nos motores de gaiola.
40
Corrente de pico: máximo valor instantâneo de corrente, por exemplo, no
ato da ligação. É a corrente que a bobina do contator consome, por exemplo, em
curto espaço de tempo, durante a fase de ligação do contator.
Corrente Nominal (In): corrente que é função das condições de operação
de um circuito, determinado pelas condições de emprego em função da qual são
escolhidos os diversos dispositivos. Um dispositivo de manobra pode possuir várias
correntes nominais, dependendo do regime de operação. Não se deve confundir
corrente nominal com corrente de regime permanente.
Curto-circuito: ligação, praticamente sem resistência, de condutores sob
tensão. Nestas condições, através de uma resistência transitória desprezível, a
corrente assume um valor muitas vezes maior do que a corrente de operação; assim
sendo, o equipamento e parte da instalação poderão sofrer esforços térmicos e
eletrodinâmicos excessivos. Três são os tipos de curto-circuito: o trifásico, entre três
condutores de fase; o monofásico, entre dois condutores de fase; e o para a terra,
entre condutor de fase e a terra ou um condutor aterrado (falta para a terra).
Curva característica Tempo corrente: é a curva que indica em quanto
tempo, a uma determinada corrente, um relé ou um fusível opera.
Extinção de Arco: interrupção da corrente após a abertura das peças de
contato. Há diversas formas de extinção:
¬ O arco de corrente alternada pode auto extinguir-se pela passagem da
corrente pelo ponto zero; deve ser evitado um restabelecimento do arco, devido à
presença da tensão (uso da câmara de aletas extintoras).
¬ O arco de corrente contínua pode ser extinto prolongando-o e
resfriando-o intensivamente (uso da câmara em cunha e da bobina de sopro).
41
Frenagem por contracorrente: método de frenagem de motores
trifásicos, invertendo-se a polaridade de dois condutores, com que o motor passa a
ter um momento de torção de sentido contrário. Interrompendo-se a contracorrente
no instante exato (com sensores de frenagem) evita-se que o motor passe ao
sentido de rotação inverso. Forma de frenagem regenerativa na qual é invertida a
corrente principal de uma máquina de corrente contínua (TB19-10/5-035).
Frenagem por corrente continua: método de frenagem de motores
trifásicos, utilizado com inversores de freqüência que aplica um percentual de
corrente continua no circuito de alimentação do motor para frenar o movimento do
eixo do motor elétrico.
Freqüência de operações (manobras ou ligações): indica quantas
manobras por unidade de tempo podem ser utilizadas por um dispositivo.
Ligação em paralelo: tipo de ligação na qual mais de um dispositivo de
manobra, contatos ou condutores são ligados paralelamente no mesmo circuito.
Aplicado em um dispositivo de manobra, onde contatos ligados em paralelo elevam
a corrente de regime permanente do dispositivo, porém não a capacidade de
operação e nem a tensão nominal.
Ligação em série: tipo de ligação na qual mais de um dispositivo,
componente ou contato, são ligados consecutivamente no mesmo circuito. Ligandose os contatos de um dispositivo de manobra em série, o arco de corrente da
interrupção pela abertura simultânea dos contatos é dividido em vários e reduzidos
arcos. Com isso eleva-se a tensão.
Limitação de corrente: limitação de corrente de curto-circuito, calculada
em função das impedâncias do circuito. É conseguido com a utilização de fusíveis e
disjuntores que, perante correntes muito elevadas de curto-circuito operam em um
42
intervalo de tempo tão curto que a corrente de curto-circuito não atinge o seu valor
máximo.
Linha elétrica: instalação elétrica, destinada ao transporte de energia
elétrica, compreendendo um conjunto de condutores com seus suportes e
acessórios (terminais e contatos TB 19-25/15/045).
Nível de isolamento: conjunto de valores de tensões suportáveis
nominais, que caracterizam o isolamento de um equipamento elétrico em relação a
sua capacidade de suportar solicitações dielétricas (TB 19-25/55-010).
Painéis de Distribuição CCM: painéis que contém os Centros de
Controles de Motores. São conjuntos de armários modulados, com gavetas ou racks
onde são instalados os respectivos comandos de acionamentos dos motores.
Partida Lenta: são partidas em que a inércia da carga é alta, provocando
um tempo de partida acima de:
¬ 5s – partida direta
¬ 10s – partida estrela-triângulo
¬ 15s – partida compensadora
¬ 10s – partida estrela-série-paralelo
Potência de retenção: potência permanente de alimentação da bobina de
um sistema eletromagnético (ex. um contator), destinado a fornecer o fluxo
magnético necessário para manter o núcleo móvel atraído pelo fixo. Distinguem-se
as potências de retenção no fechamento e potência de retenção em serviço normal.
Proteção de motor: proteção contra os efeitos de sobrecarga e curtocircuito sobre o motor, isto é, proteção da isolação do enrolamento contra
aquecimentos e esforços eletrodinâmicos inadmissíveis, por meio de:
43
¬ relés térmicos de sobrecarga
¬ sondas térmicas
¬ fusíveis
¬ disjuntores
Tensão nominal de comando: é a tensão de valor padrão (geralmente)
segundo a qual se especificam os equipamentos auxiliares de comando, proteção e
sinalização.
3.4 Noções fundamentais de motores elétricos
Motor elétrico é a maquina destinada a transformar energia elétrica em
energia mecânica. É o mais utilizado de todos os tipo de motores, pois, combina as
vantagens da utilização de energia elétrica – baixo custo, facilidade de transporte,
limpeza e simplicidade de comando – com sua construção simples, custo reduzido,
versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores
rendimentos. Os tipos mais comuns de motores elétricos são:
a. Motores de corrente continua – são motores de custo mais elevado e,
além disso, precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que
converta a corrente alternada comum em contínua. Podem funcionar com velocidade
ajustável entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e
precisão. Por isso, seu uso é restrito a casos especiais em que estas exigências
compensam o custo muito mais alto da instalação.
b. Motores de corrente alternada – são os mais utilizados, porque a
distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada. Os
principais tipos são:
44
• Motor síncrono: funciona com velocidade fixa; utilizado somente para
grandes potencias (devido ao seu alto custo em tamanhos menores) ou quando se
necessita de velocidade invariável.
• Motor de indução: funciona normalmente com uma velocidade
constante, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo. Devido a
sua grande simplicidade, robustez e baixo custo, é o motor mais utilizado de todos,
sendo adequado para quase todos os tipos de máquinas acionadas, encontradas na
prática. Atualmente é possível controlarmos a velocidade dos motores de indução
com auxilio de inversores de freqüência.
Apresentaremos a seguir os conceitos de algumas grandezas básicas,
cuja compreensão é necessária para melhor acompanhar as explicações das outras
partes do programa.
3.5 Conjugado
O conjugado (também chamado de torque, momento ou binário) é a
medida do esforço necessário para girar um eixo. É sabido, pela experiência pratica
que, para levantar um peso por um processo semelhante ao usado em poços a força
F que é necessário aplicar à manivela depende do comprimento
l
da manivela.
Quanto maior a manivela, menor será a força necessária.
Podemos exemplificar o conjugado através da operação de retirar água de
um poço (Figura 01), com as seguintes características: um balde pesa 20N e o
diâmetro do tambor é de 0,20m, a corda transmitirá uma força de 20N na superfície
do tambor, isto é, a 0,10m do centro do eixo. Para contrabalançar esta força,
45
precisam 10N na manivela, se o comprimento
l
for de 0,20m. Se
l
for o dobro, isto
é, 040m, a força F será a metade, ou seja, 5N.
Como vemos, para medir o “esforço” necessário para girar o eixo, não
basta definir a força empregada: é preciso também dizer a que distância do eixo a
força é aplicada. O esforço é medido pelo conjugado, que é o produto da força pela
distância, F x l. No exemplo citado, o conjugado vale:
C = 20N x 0,10m = 10N x 0,20m = 5N x 0,40m = 2,0N.m.
C = F . l (N . m)
Figura 01 – Exemplo água do poço
Fonte: WEG, 2004, p. 20.
Um outro exemplo seria o fechamento de uma porta, tomando-se como
ponto de aplicação da força próximo à fechadura da porta e um ponto próximo a
dobradiça, no segundo caso a força será bem maior que o primeiro caso, pois o
braço de alavanca é menor.
3.6 Energia e potência mecânica
46
A potência mede a velocidade com que a energia é aplicada ou
consumida. No exemplo anterior, se o poço tem 24,5 metros de profundidade, a
energia gasta, ou trabalho realizado para trazer o balde do fundo até a boca do poço
é sempre a mesma, valendo 20N x 24,5m = 490Nm (note que a unidade de medida
de energia mecânica, Nm, é a mesma que usamos para o conjugado – trata-se, no
entanto, de grandezas de naturezas diferentes, que não devem ser confundidas).
W = F . d (N m)
Obs.: 1Nm = 1J = W . ∆ t
Fonte: WEG, 2004, p. 20.
A potência exprime a rapidez com que esta energia é aplicada e se calcula
dividindo a energia ou trabalho total pelo tempo gasto para realizá-lo. Assim, se
usarmos um motor elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos, a
potência necessária será:
P¹ = 490 = 245W
2,0
Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de realiza o trabalho
em 1,3 segundos, a potencia necessária será:
P² = 490 = 377 W
1,3
A unidade mais usual para medida de potência mecânica é o cv (cavalovapor), equivalente a 736W. Então as potências dos dois motores acima serão:
47
P¹ = 245 = 1
736 3
cv
P ² = 377 = 1
736
2
cv
P mec = F . d (cv)
736.t
como, 1 cv = 736W
então,
Pmec = F .d
736.t
(cv)
Para movimentos circulares:
C = F . r (Nm)
V = π . d . n (m/s)
60
Pmec = F .d
736
(cv)
Fonte: WEG, 2004, p. 20.
onde:
C = conjugado em Nm
F = força em N
L = Distância entre fonte e aplicação da força (braço da alavanca) em m
r = raio da polia em m
v = velocidade angular em m/s
d = diâmetro da peça em m
n = velocidade em rpm
Relação entre unidades de potência:
P (k W) = 0,736 . P (cv)
P (cv) = 1,359 P(k W)
Fonte: WEG, 2004, p. 20.
48
3.7 Energia e potência elétrica
Embora a energia seja uma só, ela pode se apresentar em formas
diferentes. Se ligarmos uma resistência a uma rede elétrica com tensão, passará
uma corrente elétrica que irá aquecer a resistência. A resistência absorve a energia
elétrica e a transforma em calor, que também é uma forma de energia. Um motor
elétrico absorve a energia elétrica da rede e a transforma em energia mecânica
disponível na ponta do eixo.
3.7.1 Circuitos de corrente contínua
A potência elétrica, em circuitos de corrente contínua, pode ser obtida por
meio da relação da tensão (U), corrente (I), e resistência (R) envolvidas no circuito,
ou seja:
P = U . I (W)
ou,
P = U²
R
(W)
P = RI²
(W)
ou,
Fonte: WEG, 2004, p. 21.
onde:
U = tensão em volt
I = corrente em ampére
R = resistência em ohm
49
P = potência média watt
3.7.2 Circuitos de corrente alternada
a) Resistência: no caso de resistências, quanto maior a tensão da rede,
maior será a corrente e mais depressa a resistência irá se aquecer. Isto quer dizer
que a potência será maior. A potência elétrica absorvida da rede, no caso da
resistência, é calculada multiplicando-se a tensão da rede pela corrente, se a
resistência (carga), for monofásica. P = U x I (W).
No sistema trifásico a potência em cada fase da carga será P¹ = U¹ x I¹,
como se fosse um sistema monofásico independente. A potência total será a soma
das potências das três fases, ou seja:
P = 3P¹ = 3 x U¹ x I¹
Fonte: WEG, 2004, p. 07.
Lembrando que o sistema trifásico é ligado em estrela ou triângulo, temos
as seguintes relações:
Ligação estrela: U =
3 xU e I = I¹
Ligação triângulo: U = U¹ e I =
3 xI
Assim, a potência total, para ambas as ligações, será:
P=
3 xUxI (W)
Fonte: WEG, 2004, p. 08.
50
b) Cargas reativas: Para as cargas reativas, onde existem defasagem,
como é o caso dos motores de indução, esta defasagem de que ser levada em conta
e a expressão fica:
P=
3 xU x I x cos ϕ (W)
Fonte: WEG, 2004, p. 07.
A unidade de medida usual para potencia elétrica é o watt (W),
correspondente a 1 volt x 1 ampére, ou seu múltiplo, o quilowatt = 1000 watts. Esta
unidade também é usada para medida de potência mecânica.
A unidade de medida usual para energia elétrica é o quilo-watt-hora (kWh)
correspondente à energia fornecida por uma potência de 1 kW funcionando durante
uma hora – é a unidade que aparece, para cobrança, nas contas de luz.
3.8 Rendimento
O motor elétrico absorve energia da linha e a transforma em energia
mecânica disponível no eixo. O rendimento define a eficiência com que é feita esta
transformação.
Chamando potência útil Pu a potência mecânica disponível no eixo, e potência
absorvida Pa a potência elétrica que o motor retira da rede, o rendimento será a
relação entre as duas, ou seja:
η = Pu(W) = 736 x P (cv) = 1000 x P (kW)
ν3.U.I.cos ϕ
Pa (W) ν3.U.I.cos ϕ
ou,
η% = 376 x P (cv) x 100
ν3.U.I.cos ϕ
51
Fonte: WEG, 2004, p. 07.
É importante frisar que o momento em que vivemos aponta para a
economia na utilização dos recursos naturais, e, portanto é de fundamental
importância o aumento da eficiência dos equipamentos elétricos, para a redução do
consumo de energia elétrica. No caso dos motores elétricos as empresas investem
na utilização de novos materiais, com menor índice de perdas, e aumento da
condutividade elétrica dos bobinados, para diminuir a perda nos motores.
3.9 Velocidade síncrona
A velocidade síncrona do motor é definida pela velocidade de rotação do
campo girante, a qual depende o número de pólos (2p) do motor e da freqüência (f)
da rede, em hertz (Tabela 02).
Os enrolamentos podem ser construídos com um ou mais pares de pólos,
que se distribuam alternadamente (um norte e um sul) ao longo da periferia do
núcleo magnético. O campo girante percorre um par de pólos (p) a cada ciclo.
Assim, como o enrolamento tem pólos ou “p” pares de pólos, a velocidade do campo
será:
ns = 60 x f
p
= 120 x f
2p
rpm
Exemplos.:
a. Qual a rotação síncrona de um motor de 6 pólos, 50Hz?
ns = 120 x 50 = 1000 rpm
6
52
b. Motor de 12 pólos?
Ns = 120 x 60 = 600 rpm
12
Fonte: WEG, 2004, p. 10.
Note que o numero de pólos do motor terá que ser sempre par, para
formar os pares de pólos. Para as freqüências e polaridades usuais, as velocidades
são síncronas.
Tabela 02 – Velocidade de Rotação de Motores
Nº de pólos
Rotação Síncrona por minuto
2
60 Hertz
3.600
50 Hertz
3.000
4
1.800
1.500
6
1.200
1.000
8
900
750
10
720
600
Fonte: WEG, 2004, p. 10.
Para motores de dois pólos, o campo percorre uma volta a cada ciclo.
Assim, os graus elétricos equivalem aos graus mecânicos. Para motores com mais
de dois pólos, teremos de acordo com o número de pólos, um giro geométrico
menor, sendo inversamente proporcional a 360º em dois pólos.
Por exemplo: para um motor de seis pólos teremos, em um ciclo completo,
um giro de campo de 360º x 2/6 = 120º geométricos. Isto equivale, logicamente, a
53
1/3 da velocidade em dois pólos. Conclui-se, assim, que: graus geométricos = graus
mecânicos x p.
3.10 Características da rede de alimentação
No Brasil, o sistema de alimentação pode ser monofásico ou trifásico. O
sistema monofásico é utilizado em instalações do tipo domésticas, comerciais e
rurais, enquanto o sistema trifásico, em aplicações industriais, ambos em 60Hz.
3.10.1 Sistema trifásico
As tensões trifásicas mais usadas nas redes industriais são:
• Baixa tensão: 220V, 380V e 440V
• Media tensão: 2.300 V, 4.160 V e 6.600 V
O sistema trifásico estrela de baixa tensão, consiste de três condutores de
fase (L1, L2, L3) e o condutor neutro (N), sendo este, conectado ao ponto estrela do
gerador ou secundário dos transformadores.
3.10.2 Sistema monofásico
54
As tensões monofásicas padronizadas no Brasil são as de 115V
(conhecidas como 110V), 127V e 220V.
Os motores monofásicos são ligados a duas fases (tensão de linha UL) ou
a uma fase e o neutro (tensão de fase Uf). Assim, a tensão nominal do motor
monofásico deverá ser igual à tensão UL ou Uf do sistema.
Quando vários motores monofásicos são conectados ao sistema trifásico
(formados por três sistemas monofásicos), deve-se tomar o cuidado para distribuílos de maneira uniforme, evitando–se assim, desequilíbrio entre as fases.
3.11 Tensão nominal
É a tensão para qual o motor foi projetado.
3.11.1 Tensão nominal múltipla
A grande maioria dos motores é fornecida com terminais do enrolamento
religáveis, de modo a poderem funcionar em redes de pelo menos duas tensões
diferentes. Os principais tipos de religação de terminais de motores para
funcionamento de mais de uma tensão são:
a) Ligação série paralela: o enrolamento de cada fase é dividido em duas
partes (lembrar que o número de pólos é sempre par, de modo que este tipo de
ligação é sempre possível). Ligando duas metades em série, cada metade ficará
com a metade da tensão de fase nominal do motor. Ligando as duas metades em
paralelo, o motor poderá ser alimentado com uma tensão igual à metade da tensão
anterior, sem que se altere a tensão aplicada a cada bobina. Este tipo de ligação
55
exige nove terminais no motor e a tensão nominal (dupla) mais comum, é 220/440V,
ou seja, o motor é religado na ligação paralela quando alimentado com 220V e na
ligação série quando alimentado em 440V. O mesmo esquema serve para outras
duas tensões quaisquer, desde que uma seja o dobro da outra, por exemplo, 230V
/460V.
b) Ligação estrela-triângulo: o enrolamento da cada fase tem as duas
pontas trazidas para fora do motor. Se ligarmos as três fases em triangulo, cada fase
receberá a tensão da linha. Se ligarmos as três fases em estrela, o motor pode ser
ligado a uma linha de tensão igual a 220 x ν3 = 380 volts sem alterar a tensão no
enrolamento que continua igual a 220 volts por fase. Este tipo de ligação exige seis
terminais no motor e serve para quaisquer tensões nominais duplas, desde que a
segunda seja igual a primeira multiplicada por ν3.
Exemplos: 220/380V – 380/660V – 440/760V
Nos exemplos 380/660V e 440/760V, a tensão maior declarada só serve
para indicar que o motor pode ser acionado por meio de uma chave de partida
estrela-triângulo. Motores que possuem tensão nominal de operação acima de 660V
deverão possuir um sistema de isolação especial, apto a esta condição.
c) Tripla tensão nominal: podemos combinar os dois casos anteriores: o
enrolamento de cada fase é dividido em duas metades para ligação série-paralelo.
Além disso, todos os terminais são acessíveis para podermos ligar as três fases em
estrela ou triângulo. Deste modo, temos quatro combinações possíveis de tensão
nominal.
1.
Ligação triângulo paralelo;
2.
Ligação estrela paralela, sendo igual a ν3 vezes a primeira;
3.
Ligação triângulo série, valendo o dobro da primeira;
56
4.
Ligação estrela série, valendo ν3 vezes a terceira. Mas, como esta
tensão seria maior que 600V, é indicada apenas como referência de ligação estrelatriângulo.
Ex.: 220/380/440(760) V
3.12 Freqüência nominal (Hz)
É a freqüência da rede para qual o motor foi projetado.
3.13 Ligação em freqüências diferentes
Motores trifásicos bobinados para 50Hz poderão ser ligados também em
rede de 60Hz.
a) Ligando o motor de 50Hz, com a mesma tensão, em 60Hz.
• a potência do motor será a mesma;
• a corrente nominal é a mesma;
• a corrente de partida diminui em 17%;
• conjugado de partida diminui em 17%;
• conjugado máximo diminui em 17%;
• a velocidade nominal aumenta em 20%.
Deverão ser observados os valores de potência requeridas, para motores
que acionam equipamentos que possuem conjugados variáveis com a rotação.
b) Se alterar a tensão em proporção à freqüência:
• aumenta a potência do motor em 20%;
• a corrente nominal é a mesma;
57
• a corrente da partida será aproximadamente a mesma;
• conjugado de partida será aproximadamente o mesmo;
• conjugado máximo será aproximadamente o mesmo;
• a rotação nominal aumenta 20%.
Quando o motor for ligado em 60Hz com bobinagem 50Hz, poderemos
aumentar a potência em 15%para II pólos e 20% para IV, VI e VII pólos.
3.14 Curto-circuito
É um defeito no sistema elétrico. Provém da ligação intencional ou
acidental entre 2 ou 3 pontos de um sistema elétrico ou equipamento ou ainda de
um componente, através de uma impedância desprezível, quando os pontos
considerados se encontram sob potenciais diferentes.
3.14.1 Tipos de curto-circuito
• Curto-circuito tripolar – é um curto-cicuito simétrico (tensões e
correntes iguais nas três fases, é a situação que apresenta as correntes de maior
intensidade e, por isso decisivo para o dimensionamento dos equipamentos
elétricos.
• Curto-circuito unipolar a terra – é o mais freqüente nas redes de alta e
baixa tensão com neutro aterrado. É um defeito assimétrico (tensões e correntes nas
três fases). O curto-circuito bipolar sem contato com a terra também é assimétrico.
3.14.2 Corrente de curto-circuito
58
Quando em uma instalação, ocorre um curto-circuito, estabelece-se
instantaneamente um percurso de baixa impedância entre a fonte e o ponto de falta,
produzindo-se então uma corrente (de curto-circuito) bastante elevada em relação às
correntes normais da instalação, que pode atingir valores altíssimos, em um tempo
extremamente curto.
3.14.2.1 Corrente de curto-circuito presumida
Normalmente, nas instalações de baixa tensão, é desnecessária uma
grande precisão e são usados processos aproximados que envolvem diversas
hipóteses simplificadoras.
Admite-se uma falta direta entre condutores vivos, isto é, um curto-circuito,
o que não só simplifica os cálculos como também introduz um fator de segurança, já
que conduz os valores máximos. Admite-se também um curto-circuito trifásico.
Assim a corrente de curto-circuito presumida, representa a pior condição imaginável.
• Efeito dinâmico – são efeitos resultantes de um curto-circuito que estão
relacionados com a corrente de crista (Is), os equipamentos devem suportá-la sem
sofrer
danos
mecânicos
ou
elétricos
resultantes
das
enormes
forças
eletromagnéticas.
• Efeito térmico – são efeitos resultantes de curto-circuito, que estão
relacionados com a corrente eficaz, os equipamentos devem suportá-la sem sofrer
avarias devido a elevação de temperatura, em geral o tempo limite é de 1s.
Fórmulas Básicas para cálculo de corrente curto-circuito presumida:
59
• Para calcular o curto-circuito no ponto zero, utiliza-se a relação entre a
tensão e resistências e reatância transformador.
Icco =_____Uo___________
(RE² + XE²)
• Para calcular o curto-circuito em um ponto distante do transformados,
ou seja, ponto 1, a relação entre a tensão e resistências e reatância do ransformador
mais as resistências e reatâncias do cabo até o ponto 1
Icc1 =________Uo___________
(RE+R1)² + (XE+X1)²
• Para calcular o curto-circuito em um ponto distante do transformados,
ou seja, ponto 2, a relação entre a tensão e resistências e reatância do
transformador mais as resistências e reatâncias do cabo até o ponto 2.
Icc2 =____________Uo___________
(RE+R1 +R2)² + (XE+X1 +X2 )²
• Para calcular o curto-circuito em um ponto distante do transformados,
ou seja, ponto 3, a relação entre a tensão e resistências e reatância do
transformador mais as resistências e reatâncias do cabo até o ponto 3.
Icc3 =______________Uo___________________
(RE+R1 +R2 +R3 )² + (XE+X1 +X2 +X3 )²
(WEG, 2004, p. 308)
60
A resistência do cabo é calculada através do produto da resistência
específica vezes o comprimento do mesmo.
RL = r.l (mΩ)
A reatância do cabo é calculada através do produto da reatância
específica do cabo vezes o comprimento do mesmo.
XL = x.l (mΩ)
Onde:
Uo = tensão secundária de fase do trafo (V)
RE = resistência equivalente secundária (mΩ)
XE = reatância equivalente secundária do trafo (mΩ)
RL = resistência total das linhas a jusante do trafo (mΩ)
XL = reatância total das linhas a jusante do trafo (mΩ)
Icc = corrente de curto-circuito (KA)
3.14.2.2 Corrente de curto-circuito presumida mínima
No estudo da coordenação entre dispositivos de proteção e condutores
protegidos é muitas vezes importante conhecer o valor da corrente de curto-circuito
(lado da carga).
É a chamada corrente de curto-circuito presumida mínima - Icc min.
Para avaliação dessa corrente são feitas as seguintes hipóteses
simplificadoras:
61
-
Só é considerado o circuito em questão, e desprezados todos os
componentes a montante de sua origem, isto é, a montante do ponto de aplicação
do dispositivo de proteção;
-
A tensão na origem do circuito quando da ocorrência do curto-circuito,
vale 80% da tensão nominal do circuito;
-
Para condutores com seções até 95mm2 despreza-se a reatância;
-
Considera-se que, devido ao aumento de temperatura provocado pelo
curto-circuito, a resistência do condutor é majorada em 50%;
-
O curto-circuito é sempre entre dois condutores.
A expressão utilizada é:
Icc min = 0,8 . U S
1,5 δ 2. I
Onde: U em volts é a tensão entre fase e neutro, em circuitos monofásicos, bifásicos
e trifásicos com neutro, entre fases em circuitos monofásicos, bifásicos e trifásicos
sem neutro.
S = secção do condutor em mm2
δ=é
a resistividade do metal condutor a 20º C, valendo 0,018Ω.mm²/m
para cobre e 0,029Ω.mm²/m para alumínio;
l = é o comprimento do circuito em m
No caso de condutores de cobre a expressão pode ser escrita:
Icc min = 15.U.S
1,5 δ 2. I
62
Exemplo: corrente de curto-circuito presumida mínima num circuito
monofásico (FF) com condutor de 4mm², 15m de comprimento e tensão de 220V.
Icc = 15.220.4 = 880A
15
Obs.:Para condutores de seção superior a 95mm², a fim de levar em conta
a reatância dos condutores, o valor obtido na expressão Icc min deve ser
multiplicada por:
0,90 para 120mm²
0,85 para 150mm²
0,80 para 185mm²
0,75 para 240mm²
3.15 Proteção coordenada de circuitos de motor
No projeto de circuitos de motores, que serão utilizados em qualquer parte
do mundo, existem várias exigências básicas que são normalmente especificadas
para os circuitos de motores.
O artigo 430 do IEC (Internacional Eletrotecnical Comission) descreve as
exigências para instalações que incluem motores, circuitos de motores e
controladores. O artigo especifica as exigências de proteção contra curtos-circuitos
em instalações de motores, para falha de aterramento e para sobrecarga do motor.
3.15.1 Dispositivos de proteção contra curto-circuitos
Os dispositivos de proteção contra curto-circuito podem ser classificados
em dois grupos: fusíveis e disjuntores. O código NEC reconhece ainda quatro tipos
de dispositivos de proteção contra falhas e especifica seus limites dimensionais
baseado no tipo de motor usado no circuito.
63
• Fusível do tipo sem retardo de tempo
• Fusível de elemento duplo (com retardo de tempo)
• Disjuntor de desarme instantâneo (somente magnético)
• Disjuntor de tempo reverso (termomagnético)
A análise dos dispositivos de proteção contra curto-circuito não tem o
objetivo de recomendar um ou outro dispositivo ou fusível, já que cada tipo tem suas
vantagens e desvantagens. Nosso objetivo é permitir o entendimento preciso de
ambos os tipos de dispositivos, deixando que as exigências da própria aplicação
determinem o dispositivo de proteção que mais atende às necessidades do cliente.
3.15.1.1 Fusíveis
Os fusíveis são dispositivos de proteção contra sobrecorrente introduzidos
em um circuito elétrico para proteger os componentes de controle, a fiação, isolação
e o motor contra danos causados por corrente excessiva e o calor resultante.
Considera-se como sobrecorrente qualquer aumento da corrente acima do nível de
corrente normal de operação.
Nos circuitos com motores, as sobrecorrentes são classificadas em duas
categorias distintas (Anexo 01 e 02). As sobrecargas de motor são quaisquer
sobrecorrentes que atinjam ou ultrapassem ligeiramente a corrente do motor
bloqueado (de 6 a 8 vezes a corrente nominal). A proteção contra essa faixa de
sobrecorrente é realizada por meio de dispositivos de proteção com relé de
sobrecorrente, os quais serão discutidos detalhadamente mais adiante. As
sobrecorrentes de curto-circuito são aquelas produzidas por curto-circuito ou
64
condições de falha de aterramento, com níveis de corrente de falha superiores a 8
vezes a corrente nominal. Nas instalações industriais de hoje, as sobrecorrentes de
curto-circuito podem facilmente atingir 50.000A. Se as sobrecorrentes de curtocircuito não forem interrompidas em frações de segundo, podem ocorrer danos
graves à instalação elétrica, incluindo danos ao motor, condutor e controlador, e até
incêndios. Nos circuitos com motores, os fusíveis são a melhor proteção contra os
danos causados por correntes de curto-circuito.
Em todo mundo, são usados tipos diferentes de fusíveis para a proteção
contra curto-circuitos nos circuitos de motores. Apesar de que os métodos de
estrutura e fixação possam ser diferentes, todos os fusíveis realizam basicamente a
mesma função de proteção contra curto-circuito.
Os fusíveis são fabricados de forma a atender as exigências especificas
de padrões de desempenho. No caso dos fusíveis com classificação UL e CSA,
características especificas tais como faixas, corrente e tensão, dimensões do fusível,
características de rejeição, faixas de resistência, limites máximos de passagem I²T e
Ip, parâmetros de tempo de desarme (tempo de retardo) e outras são determinadas
pelas normas.
A Tabela 03 compara as exigências de desempenho das várias classes de
fusíveis UL e CSA. Os fusíveis de classes diferentes, com faixas similares de
corrente, podem apresentar resultados significativamente diferentes nos valores de
passagem das correntes I²T e Ip.
Exigências de Desempenho dos Fusíveis UL (de acordo com o UL 198,
600 Volts, 100kA).
65
Tabela 03 - Exigências de Desempenho dos fusíveis UL
Faixa de
corrente (A)
30
60
Classe de Fusível
UL
K5, RK5
K1, RK1
J
T
CC
K5, RK5
K1, RK1
J
T
Máx I²T x 10³(A2-seg)
Máx Ip x 103 (A)
50
10
7.0
7.0
7.0
200
40
30
30
11
10
7.5
7.5
7.5
21
12
10
10
Fonte: BUSSMAN, 2000, p. 91.
Exigências de Desempenho dos Fusíveis CSA (de acordo com o CSA
C22.2 Nº 106)* (Tabela 04).
Tabela 04 – Exigências de Desempenho dos Fusíveis CSA
Faixa de
corrente (A)
30
60
Classe de
Fusível CSA
HRCII-C
HRCI-R
HRCI-J
HRCI-T
HRCII-C
HRCI-R
HRCI-J
HRCI-T
Fonte: BUSSMAN, 2000, p. 91.
3.15.1.2 Dimensionamento
MáxI²Tx10³ (A2-seg)
Máx Ip x 103 (A)
50
50
7
7
200
200
30
30
14
14
12
12
26
26
16
16
66
No dimensionamento de fusíveis, recomenda-se, que sejam observados,
no mínimo, os seguintes pontos:
• Os fusíveis devem suportar, sem fundir, o pico de corrente (Ip), dos
motores, durante o tempo de partida;
• Os fusíveis devem ser dimensionados para uma corrente (IF), no
mínimo 20% superior à nominal (In) do circuito de alimentação do motor que irá
proteger. Este critério permite preservar o fusível do “envelhecimento” prematuro,
fazendo com que sua vida útil, em condições normais sejam mantidas.
IF > 1,2 In
•
O fusível de um circuito de alimentação de motores também devem
proteger os contatores e relés de sobrecarga. Ver Tabela 05 e 06.
IF < IF Max (tabelas B e C)
Tabela 5 - Fusíveis máximos admissíveis para contatores tripolares
CONTATORES
CW0
7
CW0
4
CW7
CW1
7
CW2
7
CW3
7
FUS.
RET.
(IF max)
16
25
25
35
50
63
Fonte: WEG, 2005, p. 23.
CW4 CW5
7
7
CW7
7
CW1
07
CW1 CW2
77
47
CW2
97
CW3
30
CW3
34
125
160
224
250
400
500
630
125
315
67
Tabela 6 – Fusíveis máximos admissíveis para relés de sobrecarga
ELÉ
FAIXA DE AJUSTE
27.1
27.2
67
207
407
Fonte: WEG, 2005, p. 23.
FUSIVEL DE RETARDO
(Ifmax)
0.28 a 0.4
0.4 a 0.6
0.56 a 0.8
0.8 a 1.2
1.2 a 1.8
1.8 a 2.8
2.8 a 4.0
4a6
0.28 a 0.4
0.4 a 0.6
0.56 a 0.8
0.8 a 1.2
1.8 a 2.8
1.8 a 2.8
2.8 a 4.0
4a6
5.6 a 8
8 a 12
11 a 17
15 a 23
22 a 32
22 a 32
30 a 46
42 a 62
42 a 62
56 a 80
80 a 120
2A *
A
2
A
2
A
4
A
6
A
6
A
10
A
16
2A *
A
2
A
2
A
4
A
6
A
6
A
10
A
16
A
20
A
25
A
35
A
50
A
63
63 A
100 A
125 A
125 A
160 A
200 A
120 a 180
160 a 240
204 a 300
240 a 360
306 a 450
360 a 540
476 a 700
560 a 840
300 A
355 A
500 A
500 A
800 A
800 A
1200 A
1200 A
68
3.15.1.3 Fusível de comando
Para a proteção dos circuitos de comando normalmente se utilizam
fusíveis com características de interrupção retardada e forma construtiva do tipo D.
As potências de regime e de pico dos circuitos de comando variam
conforme a seqüência de operação dos componentes, sendo assim, devemos
dimensionar os fusíveis para o instante de maior potência de consumo. Basicamente
existem duas situações para o dimensionamento dos fusíveis de comando (Tabela
07):
a) Circuito de comando sem transformador de comando.
Neste caso para dimensionamento de fusíveis é necessário que se
observem no mínimo duas condições:
a. Deve-se escolher um fusível com corrente nominal IF superior a
corrente de regime (IR) do circuito de comando.
IF > IR sendo: IR = SR/Uc onde: SR, somatória das potências aparentes
dos contatores ligados (em regime) no instante em referência.
Uc, tensão de comando do circuito
b. O fusível escolhido para a condição anterior deve suportar as correntes
de pico (Ip) do circuito de comando, durante o tempo de ligação (T) dos contatores.
Para se verificar esta condição entra-se no gráfico de fusíveis (3.11).
3.15.1.4 Corrente de pico
Ip = Sp/Uc
Fonte: WEG, 2004, p. 04.
69
Onde: Sp, somatória das potências aparentes de pico em regime dos contatores no
instante em referência.
Tabela 07 – Consumo dos contatores - resumo de atuação dos contatores e
transformador de comando
INSTANTE
T1
T2
T3
T4
ATUAÇÃO
POT. EM REGIME
POT. DE PICO
CONTATORES
CIRCUITO
CIRCUITO
COMANDO
LIGAR
LIGADO
COMANDO
K1(CW334)
K3(CW247)
_
_
_
K2(CW334)
_
K1(CW334)
K3(CW247)
K1(CW334)
K1(CW334)
K2(CW334)
SR = 200+84
SR = 284 VA
_
SR = 200+200
SR = 400 VA
SP = 5100+1100
SP = 6200 VA
_
SP = 5100 + 200
SP = 5300 VA
_
Fonte: WEG, 2005, p. 19.
3.15.1.5 Tempo mínimo de atuação do fusível
Em termos práticos e já considerando a redução no tempo de atuação dos
fusíveis quando pré-aquecidos (temperatura de trabalho). Segundo manual Weg
(2005) para os seus produtos foram generalizados os seguintes tempos:
0,1s até o CW 77
0,2 s até o CW334
Exemplo: Cálculo dos fusíveis para o circuito de comando, considerandose uma chave Y A (Estrela-Triangulo) de 300CV, com comando 220V.
a. 1) Deve-se analisar o instante de maior potência em regime. Neste caso
o instante T4.
70
IR = SR
Uc
IR = 400
220
IR = 1,82 A
IF > IR
IF > 1,82 A
IF = 2A
Fonte: WEG, 2004, p. 04.
O fusível de 2A permite a maior corrente em regime (instante T4)
a. 2) Instante T1, maior potência de pico.
Corrente de pico
Ip = Sp/Uc
Ip = 6200/220
Ip = 28,2A
tempo mínimo de atuação do fusível
T = 0,2s
Em função de TP e “T”, obtém-se o fusível de 6 A. O fusível 6 A atende as
duas condições.
b) circuito de comando com transformador de comando
Existem duas situações:
•
Fusíveis no primário: é necessário que se verifique as duas condições:
b.1)a corrente (IF) do fusível deve ser superior à corrente em regime (IR)
do circuito. IF> IR
71
IR = St________
U primário
Onde: ST = potência nominal do transformador
b. 2) o fusível deve suportar a corrente de pico (Ip) máxima admissível
pelo transformador, durante o tempo de ligação dos contatores.
• Fusíveis no secundário: devem ser considerados os mesmos critérios
de dimensionamento sem transformador. A potência máxima admissível pelo
transformador (Smax) é obtida em função do fator de potência do circuito (na
condição de pico) e da potência nominal do transformador.
IP = St_
U primário
Cálculo dos fusíveis para o primário de um transformador de 1.500VA
IR = 1.500
380
IR = 3,95A
Escolhe-se
imediatamente superior
o
fusível
de
IF > IR
capacidade
de
IF = 4A
O fusível 4A permite a maior corrente de regime
Corrente de pico, sendo: fp = 25%
Em função do fp e ST, obtem-se:
S Max = 9.000VA
Ip = S Max
U primário
p = 9.000
380
Ip = 23,7 A
Fonte: WEG, 2004, p. 04.
corrente
nominal
(IF)
72
Resumo do exemplo acima, ver Tabela 07.
3.15.1.6 Transformador de comando
O transformador de comando tem como objetivo principal compatibilizar a
tensão da rede com a tensão de comando. A norma assim como a experiência de
campo recomendam 220V. O uso deste componente possibilita que o circuito de
comando entre fase e terra, evitando o desequilíbrio do ponto neutro da ligação
estrela da rede. Este desequilíbrio causa a variação de tensão de comando.
O transformador isola (separa) eletricamente o circuito de comando do
principal. Com esta prática o circuito de comando estará isento de qualquer anomalia
(curto-circuito, sobrecargas) do circuito força.
3.15.1.7 Disjuntores
Um método cada vez mais comum para a proteção contra curto-circuitos
em circuitos de motores é por meio do uso de disjuntores. Os disjuntores se
popularizam pelo fato de que, após uma condição de falha, os mesmos podem ser
facilmente rearmados depois que os procedimentos de localização de falhas e
manutenção tiverem sido realizados. A possibilidade de rearmar um disjuntor, após
uma condição de falha, permite que o processo de fabricação recomece a operação
com um mínimo de tempo de parada.
•
Disjuntores magnéticos (desarme instantâneo)
73
Os disjuntores somente magnéticos ou de desarme instantâneo diferem
dos dispositivos termomagnéticos pelo fato de que somente incorporam elementos
de desarme magnético e nenhum elemento térmico. Nos circuitos de motores,
refere-se ao dispositivo somente magnético como um protetor do circuito de motor
(MCP). Esse dispositivo deve ser usado em combinação com um relé de sobrecarga
separado, o qual proporcionará a proteção contra sobrecorrente até o nível de
corrente de rotor travado no motor.
•
Disjuntores termomagnéticos (tempo reverso)
Os disjuntores termomagnéticos (de tempo reverso) oferecem tanto
proteção térmica (sobrecorrente) quanto magnética (curto-circuito) em um só
dispositivo. Para proteção térmica de sobrecorrente, os elementos térmicos
(bimetálicos ou eletrônicos) são usados para proteger os componentes do circuito
contra danos causados por níveis contínuos de sobrecorrente elevada. Na medida
em que a corrente atravessa os elementos térmicos, estes defletem até atingir o
ponto em que desarmam. Nesse momento, o disjuntor desarma, abrindo o circuito
do motor. A ação térmica também está associada à característica de tempo reverso,
já que as sobrecorrentes mais baixas exigem um tempo mais prolongado de
desarme e as sobrecorrentes mais altas resultam em tempos de desarme mais
curtos.
Para proteção contra curto-circuito, os disjuntores termomagnéticos
incorporam um elemento de desarme magnético. Durante uma condição de curtocircuito, uma corrente de falha elevada faz com que o elemento de alarme magnético
libere um mecanismo de trava, desarmando o disjuntor e abrindo o circuito de motor.
74
3.16 Relés de sobrecarga
Os relés de sobrecarga protegem o motor contra sobrecargas, inclusive
falta de fase e rotor bloqueado. E funcionam normalmente por meio de um elemento
bimetálico, que deforma-se com o excesso de corrente elétrica, desligando o circuito
principal.
3.16.1 Dimensionamento
Os relés devem ser dimensionados de forma que contenham em sua faixa
de ajuste a corrente (I), conforme Tabela 08, que circula no trecho onde estão
ligados.
Tabela 08 – Características típicas de relés de sobrecarga
TIPO
FAIXA DE
AJUSTE
(A)
RW 27.1
RW 27.2
RW 67
RW 207
RW 407
0.28-0.4
0.4-0.6
0.56-0.8
0.8-1.2
1.2-1.8
1.8-2.8
2.8-4
4-6
-
1.2 -1.8
1.8-2.8
8 – 8.4
4-6
5.6 - 8
8 - 12
11 - 17
15 - 23
22 - 32
22 - 32
30 - 46
42 - 62
-
42 - 62
56 - 80
80 -120
120 - 180
-
160-240
204-300
240-360
306-450
360-540
476-700
560-840
-
Fonte: WEG, 2005, p. 20.
75
3.16.2 Considerações importantes
Sempre que possível, o relé não deve ser dimensionado com a corrente
nominal do circuito situada no extremo superior de sua faixa de ajuste, pois se
houver necessidade do motor ser usado, com fator de serviço acima de 1, o relé não
permitirá tal corrente, mesmo que o motor suporte esta situação.
Análise semelhante é válida para o extremo inferior, onde o relé teria
dificuldade para detectar falta de fase, quando o motor estivesse trabalhando abaixo
de 60% da corrente nominal.
Em casos especiais, onde o tempo de partida é longo ou o volume de
manobras é elevado (acima de 15 manobras/hora), deve-se utilizar sondas térmicas
instaladas junto ao bobinado do motor.
Para obter-se a eficácia na proteção contra falta de fase, é necessário
regular o relé para a corrente de trabalho (corrente medida) no motor.
Em caso de dúvidas ou em situações específicas, pode-se verificar a
proteção do relé, comparando-se a curva de capacidade térmica (curva x tempo) do
motor com a curva do relé.
3.17 Contatores de força
76
São equipamentos de operação eletromagnética, que tem uma única
posição de repouso e são capazes de estabelecer, conduzir e interromper correntes
em condições normais e de sobrecarga no funcionamento.
Basicamente os contatores são usados para comandar motores.
Ex.: correntes de rotor bloqueado
Eles devem ser dimensionados para a corrente (i) que circula no trecho do
circuito onde estiverem inseridos, respeitando-se a categoria de emprego e outros
aspectos básicos importantes a seguir:
• Categoria de emprego: determina as condições para a ligação e
interrupção da corrente e da tensão nominal de serviço correspondente, para a
utilização normal do contator, nos mais diversos tipos de aplicação para CA e CC,
segundo definições extraídas das normas IEC 947-1 e 947-4. Demonstrado na
Tabela 09.
Tabela 9 – Categorias de emprego de contatores
EXEMPLOS DE
APLICAÇÃO
Aquecedores
Lâmpadas
incandescentes
Lâmpadas
fluorescentes
compensadas
Guinchos
Bombas
Compressores
Bombas
Ventiladores
Compressores
SERVIÇO NORMAL
CATEGORIA
AC 1
AC 2
AC 3
APLICAÇÕES
Manobras leves;
carga ôhmica ou
pouco indutiva.
LIGAR
1 x In
Comando de
motores com
rotor bobinado. 2,5xIn
Desligamento
em regime.
Serviço normal
de manobras de
motores com
rotor de gaiola.
6 x In
Desligamento
em regime.
SERVIÇO
OCASIONAL
DESLIGAR LIGAR
DESLIGAR
1 x In
1,5xIn
1,5 x In
1 x In
4 x In
4 x In
1 x In
10 x In
8 x In
77
Pontes rolantes
Tornos
AC 4
Manobras
pesadas;
acionar motores
com carga
plena; comando
intermitente
6 x In
(pusatorio);
reversão a plena
marcha e
paradas por
contra corrente.
6 x In
12 x In
10 x In
Fonte: WEG, 2005, p. 14.
3.17.1 Limitação da corrente de partida em motores trifásicos
A partida de um motor trifásico de gaiola, deverá ser direta, por meio de
contatores. Deve-se ter em conta de que para um determinado motor, as curvas de
conjugado e corrente são fixas, independente de carga, para uma tensão constante.
No caso em que a corrente de partida é elevada podem ocorrer as
seguintes conseqüências prejudiciais:
a) Elevada queda de tensão no sistema de alimentação da rede. Em
função disto, provoca a interferência em equipamentos instalados no sistema;
b) O
sistema
de
proteção
(cabos,
contatores)
deverá
ser
superdimensionado, ocasionando um custo elevado;
c) A imposição das concessionárias de energia elétrica que limitam a
queda de tensão da rede.
Caso a partida direta não seja possível, devido aos problemas citados
acima, pode-se usar sistema de partida indireta para reduzir a corrente de partida:
-
Chave Estela-triangulo (Anexo 03 e 04)
-
Chave compensadora
-
Chave série-paralela (Anexo 05 e 06)
-
Partida eletrônica (soft-starter)
78
3.17.1.1 Partida com chave estrela-triângulo
É fundamental para a partida que o motor tenha a possibilidade de ligação
em dupla tensão, isto é, em 220/380V ou 440/760V. Os motores deverão ter no
mínimo seis bornes de ligação. A partida estrela-triângulo poderá ser usada quando
a curva de conjugado do motor é suficientemente elevada para poder garantir a
aceleração da máquina com a corrente reduzida. Na ligação estrela, a corrente fica
reduzida para 25 a 33% da corrente de partida na ligação triângulo. O conjugado
resistente da carga não poderá ultrapassar o conjugado de partida do motor, nem a
corrente no instante da mudança para triângulo poderá ser de valor inaceitável.
Existem casos onde este sistema de partida não pode ser usado.
Se a partida for em estrela, o motor acelera a carga aproximadamente em
até 85% da rotação nominal. Neste ponto, a chave deverá ser ligada em triângulo.
Neste caso, a corrente, que era aproximadamente nominal (100%), salta
repentinamente pa 320%, o que não é nenhuma vantagem, uma vez que na partida
era somente 190%.
3.17.1.2 Partida de chave compensadora (auto-transformador)
A chave compensadora pode ser usada para partida de motores sob
carga. Ela reduz a corrente de partida, evitando uma sobrecarga no circuito,
deixando o motor com um conjugado suficiente para a partida e aceleração. A
tensão na chave compensadora é reduzida através de autotransformador que possui
normalmente taps de 50, 65 e 80% da tensão nominal. Para motores que partirem
79
com uma tensão menor que a tensão nominal, a corrente e o conjugado de partida
devem ser multiplicados pelos fatores K (fator de multiplicação da corrente) e K2
(fator de multiplicação do conjugado).
3.17.1.3 Partida com chave série-paralelo
Para a partida em série-paralelo é necessário que o motor seja religável
para duas tensões, a menor delas igual a da rede e a outra duas vezes maior.
Este tipo de ligação exige nove terminais no motor e a tensão nominal
mais comum é 220/240V; durante a partida o motor é ligado na configuração série
até atingir sua rotação nominal e, então, faz-se a comutação para a configuração
paralelo.
3.17.1.4 Partida eletrônica (soft-stater)
O avanço da eletrônica permitiu a criação da chave de partida a estado
sólido, a qual consiste de um conjunto de pares de tiristores (SCR) ou de
transistores de potência (IGBT) ou combinações de tiristores/diodos, um em cada
borne de potência de motor. O ângulo de disparo de cada par de tiristores é
controlado eletronicamente para aplicar uma tensão variável aos terminais do motor
durante a aceleração. No final do período de partida, ajustável tipicamente entre 2 e
30 segundos, a tensão atinge seu valor pleno após uma aceleração suave ou uma
rampa ascendente, ao invés de ser submetido a incrementos ou saltos repentinos.
80
Com isso, consegue-se se manter a corrente de partida (na linha) próxima da
nominal e com suave variação.
Além da vantagem do controle da tensão (corrente) durante a partida, a
chave eletrônica apresenta, também, a vantagem de não possuir partes móveis ou
que gerem arco, como nas chaves mecânicas. Este é um dos pontos mais fortes das
chaves eletrônicas, pois sua vida útil torna-se mais longa. A Tabela 10 apresenta um
resumo dos métodos de partidas que podemos utilizar.
Tabela 10 – Métodos de partida x motores
EXECUÇAO
DOS
ENROLAMENTOS
220/380
220/440/230/460
380/660
220/380/440/760
TENSAO
DE
SERVIÇO
PARTIDA
COM CHAVE
ESTRELATRIÂNGULO
PARTIDA
PARTIDA COM
COM CHAVE CHAVE SÉRIECOMPENPARALELA
SADORA
PARTIDA
COM SOFTSTARTER
220V
380V
220V/230V
440V/460V
SIM
NÃO
NÃO
NÃO
SIM
SIM
SIM
SIM
NÃO
NÃO
SIM
NÃO
SIM
SIM
SIM
SIM
380V
220V
380
440
SIM
SIM
NÃO
SIM
SIM
SIM
SIM
SIM
NÃO
SIM
NÃO
NÃO
SIM
SIM
SIM
SIM
Fonte: WEG, 2004, p. 17.
3.17.2 Dimensionamento dos componentes básicos de uma chave de partida
Os critérios práticos de dimensionamento apresentados neste capitulo
baseiam-se nas características dos componentes da chave.
• Fator de serviço (FS) considerado um (1). Caso seja necessário utilizar
um FS maior, este deverá ser considerado também no dimensionamento dos
componentes de força e dos cabos de alimentação do motor.
81
• Fator de segurança deve ser considerado um fator de segurança no
dimensionamento dos componentes básicos da chave para assegurar seu bom
desempenho e vida útil, que podem ser prejudicados por:
- oscilações na rede (queda de tensão)
- altas correntes de partidas (acima de 6 x a nominal)
- tempos de partida muito longos.
Fator de segurança considerado até 10% (1.1)
• tempo de partida (aceleração)
partida direta – 5s
partida estrela-triângulo - 10s
partida compensadora – 15s
Estes tempos foram considerados em função de dados práticos e também
respeitando-se o tempo máximo de rotor bloqueado dos motores. É importante dizer
que o tempo de partida varia conforme a carga.
Quando o tempo de aceleração for superior aos mencionado acima, o
motor deverá ser protegido por meio de sondas térmicas.
3.18 Fator de potencia
É a relação entre a potencia ativa e a potencia aparente. Utiliza-se
freqüentemente um triangulo retângulo para representar esta relação. Ele indica a
eficiência do uso da energia.
• Potencia ativa é a potencia consumida para realizar trabalho gerando
calor, luz, movimento, etc. É medida em KW.
82
• Potencia reativa é a potencia consumida apenas para criar e manter os
campos eletromagnéticos das cargas indutivas. É medida em KVAr.
É o fator que indica o quanto de potencia ativa, está se aproveitando do
sistema. Um alto fator de potencia indica uma eficiência alta e inversamente um fator
de potencia baixo, indica baixa eficiência. É importante salientar que o alto fator de
potência de uma instalação elétrica demonstra um maior aproveitamento de sistema
de distribuição e geração de energia da concessionária pública.
3.18.1 Causas do baixo fator de potencia
• Motores e transformadores operando “em vazio” ou com pequenas
cargas;
• Motores e transformadores superdimensionados;
• Grande quantidade de motores de pequenas potencias;
• Máquinas de solda;
• Lâmpadas de descarga fluorescentes, vapor de mercúrio, e vapor de
sódio sem reatores de alto fator de potencia.
3.18.2 Conseqüências do baixo fator de potencia
• Acréscimo na conta de energia elétrica por estar operando com baixo
fator de potencia;
• Limitação na capacidade dos transformadores de alimentação;
• Quedas e flutuações de tensão nos circuitos de distribuição;
83
• Sobrecarga nos equipamentos de manobra, limitando sua vida útil;
• Aumento das perdas elétricas na linha de distribuição pelo efeito Joule;
• Necessidade de aumento do diâmetro dos condutores;
• Necessidade de aumento da capacidade dos equipamentos de
manobra e de proteção.
Uma forma econômica e racional de se obter a energia reativa necessária
para a operação adequada dos equipamentos é a instalação de capacitores
próximos desses equipamentos. A instalação de capacitores, porém, deve ser
procedida de medidas operacionais que levem à diminuição da necessidade de
energia reativa, como o desligamento de motores e outras cargas indutivas ociosas
ou superdimensionadas.
As desvantagens de tensões abaixo da nominal em qualquer sistema
elétrico são bastante conhecidas. Embora os capacitores elevem os níveis de
tensão, é raramente econômico instalá-los em estabelecimentos industriais apenas
para este fim. A melhoria da tensão deve ser considerada como um benefício
adicional dos capacitores.
Quanto à melhoria do desempenho na indústria, pode-se dizer que
empresas de tecnologia de ponta sabem que o treinamento proporciona um dos
maiores retornos de investimento. O sucesso destas empresas em relação aos seus
concorrentes será obtido pelo investimento em treinamento de seus funcionários
responsáveis pela instalação, operação e serviços de equipamentos sofisticados.
84
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A transmissão do saber no Ensino Superior por vezes torna-se uma
missão exaustiva, pois, mesmo estando presentes as ferramentas-chave se faz
necessário o uso destas concomitantemente à recíproca dos alunos, muitas vezes
advindas como fator negativo.
Este trabalho foi fundamental para estudar os conceitos que envolvam a
implantação de novos cursos superiores, enfatizando a importância de levantar as
reais necessidades da sociedade para o novo curso. O trabalho concentrou no
levantamento de dados para a implementação de uma [única disciplina dentro deste
universo, o que permite de antemão levantar todos os problemas necessários antes
de aplicação de aulas a turma do curso curricular.
O processo de Educação do Ensino Superior voltado às Universidades
tem como enfoque o ensino, a pesquisa e a extensão. Para satisfazer esta
necessidade, as instituições do ensino superior reconhecem a importância da
qualificação do professor e os métodos que utiliza para a aprendizagem. Nesse
contexto, o ensino e a aprendizagem constituem uma unidade dialética, que tem no
85
professor o papel de condutor, onde mediante o ensino provoca-se a aprendizagem
com conseqüente atividade do aluno.
Cabe ao professor produzir e dirigir atividades e ações, necessárias para
que o aluno desenvolva um processo de assimilação, construção e reconstrução do
conteúdo em questão (ANASTASIOU, 1998).
Para tomar este processo como positivo, o professor dispõe de um amplo
conjunto de ferramentas auxiliares a qual caracterizamos de Metodologia do Ensino
Superior que, conforme Gil (1997) se incumbe de esclarecer o professor acerca da
elaboração de planos de ensino, formulação de objetivos, seleção de conteúdos,
escolha de estratégias de ensino e instrumentos de avaliação da aprendizagem. Os
métodos ou técnicas utilizados pelo professor devem ser selecionados e
organizados conforme a característica de cada disciplina. Porém o processo envolve
aspectos externos (conteúdos de ensino) e aspectos internos (condições mentais e
físicas dos alunos para assimilação).
Tradicionalmente, os principais métodos de ensino descritos por Martins
(1993), Libânio (1994) e Tosi (1996) constituem de métodos didáticos (expositivo,
intuitivo) e os métodos ativos (trabalho independente do aluno, elaboração conjunta
e trabalho em grupo). No método didático expositivo, o professor faz a explanação
do conteúdo e os alunos exercem atividade receptiva. Associado ao método
expositivo, o professor apresenta objetos ou imagens, para que o aluno, após
percepção promova a elaboração de conceitos.
Libânio (1994) ressalta que, a atividade mental envolve o trabalho
independente do aluno, podendo ser adotado na aula como tarefa preparatória (os
alunos expressam o que pensam por meio de questionário ou redação), em seguida
são
realizadas
tarefas
de
assimilação
de
conteúdo
com
exercícios
de
86
aprofundamento. E, na seqüência, são feitas tarefas de elaboração pessoal, nas
quais os exercícios realizados pelos alunos produzam respostas a partir de seu
pensamento.
As atividades em grupos apresentam-se sob forma de debates (grupos de
discussão), mesa redonda, grupo de verbalização-grupo de observação e
seminários.
Tosi
(1996),
descreve
socializadoras com fundamentos
esses
métodos
como
sendo
técnicas
na transmissão de conteúdos de forma
participativas.
É do grupo que nasce a motivação para o estudo. A aplicação de
metodologias é potente em um ambiente fértil, receptivo entre alunos que se
dispõem a inovar, a aprender, a crescer. Construir o grupo é tarefa precípua e
fundamental.
Tendo em vista, a gama de recursos e métodos que podem ser utilizados
nos parece de ato simples fazer uso desta metodologia. Porem, em uma reflexão
sobre desinteresse dos alunos frente ao estudo e as atividades desenvolvidas para
construção do conhecimento, nos cabe dar ênfase a utilização de métodos
psicológicos, estratégias por meio de motivação e criatividade.
O processo de aprendizagem compreende uma complexidade aspectos
como: as diferenças individuais, motivação, concentração, reação, realimentação,
memorização e retenção.
Inicialmente, para transmitir a metodologia, se tem por base fazer o
planejamento do conteúdo a ser passado. A efetivação do planejamento implica
considerar como interdependentes as partes que constituem o conjunto sistêmico e
também garantir o fornecimento de feedback ao longo do processo. Em cima do
planejamento pedagógico é possível elaborar o plano de ensino tendo como
87
elemento central os objetivos, determinando assim, o conteúdo, os recursos e as
estratégias de aprendizagem.
A eficiência desta metodologia se dá, principalmente, pelo fato de se usar
manuais, catálogos e tabelas técnicas do próprio produto que se vai aplicar, tendo a
vantagem de estarem sempre atualizados, melhorando a relação teoria/prática, uma
vez que é exatamente esta a forma, com que se dimensionam os componentes para
a montagem de qualquer painel elétrico ou centro de controle de motores (CCM).
Portanto, uma vez sabendo-se utilizar, manusear e interpretar, estes
materiais não importa a marca dos componentes e/ou equipamentos, pois, serão
equivalentes para todos os projetos e dimensionamentos.
88
REFERÊNCIAS
ANASTASIOU, Lea das Graças Camargo. Metodologia do ensino superior.
Curitiba: IBPEX, 1998.
CATALOGO COOPER BUSSMANN, Electrical Protection Handbook, St. Louis-USA,
2000.
GIL, Antonio Carlos. Metodologia do ensino superior. 3. ed. São Paulo: Atlas,
1197.
Grade Curricular. UNISUL. Disponível em: http://www.unisul.br. Acesso em 01 maio
2005.
LAKATOS, E. M.; MARCONI, M. de Andrade. Metodologia científica. 3. ed. São
Paulo: Atlas, 2000.
LAVILLE, Cristian. A construção do saber. Porto Alegre: Artes Médicas, 1999.
LIBÂNEO, José Carlos. Didática. São Paulo: Cortez, 1994.
LUCIANO, Fábia Liliã. Metodologia científica e da pesquisa. Criciúma: UNESC,
2001.
MAMEDE FILHO, João. Instalações elétricas industriais. 5. ed. Rio de Janeiro:
LTC, 1994.
MARTINS, José do Prado. Didática geral: fundamentos, planejamento, metodologia
e avaliação. 2. ed. São Paulo: Atlas, 1993.
MARTIGNONI, Alfonso. Máquinas elétricas de corrente contínua. 5. ed. Rio de
Janeiro: Globo, 1987.
89
WEG. Catálogo geral de motores elétricos. Jaraguá do Sul, 2004.
_____. Módulo 1 comando e proteção. CD-ROM. Jaraguá do Sul, 2005.
TOSI, Maria Raineldes. Didática Geral: um olhar para o futuro. Campinas: Alínea,
1996.
ANEXOS
90
ANEXO 01 – CURVA TEMPO X CORRENTE DE FUSÍVEIS TIPO “D”
FUSÍVEIS TIPO ”D”
Curva tempo x corrente de Fusíveis tipo D
Fonte: WEG, 2005.
91
ANEXO 02 – CURVA TEMPO X CORRENTE DE FUSÍVEIS TIPO “NH”
Curva tempo x corrente de Fusíveis tipo “NH”
Fonte: WEG, 2005.
92
ANEXO 03 – LIGAÇÃO ESTRELA-TRIÂNGULO E DIAGRAMA CHAVE ESTRELATRIÂNGULO
Ligação estrela- triângulo
93
Chave estrela- triângulo – diagrama de força e comando
Fonte: WEG, 2005.
ANEXO 04 – LIGAÇÃO TRIÂNGULO-SÉRIE E TRIÂNGULO-PARALELO
Ligação triângulo-série
94
Ligação triângulo-paralelo
Fonte: WEG, 2005.
ANEXO 05 – LIGAÇÃO ESTRELA -SÉRIE E ESTRELA-PARALELO
Ligação estrela-série
95
Ligação estrela-paralelo
Fonte: WEG, 2005.
ANEXO 06 – DIAGRAMA DE FORÇA/CHAVE ESTRELA-SÉRIE-PARALELO E
DIAGRAMA DE COMANDO LIGAÇÃO ESTRELA-SÉRIE-PARALELO
96
Diagrama de força - Chave estrela-série-paralelo
Diagrama de comando - Ligação estrela-série-paralelo
Fonte: WEG, 2005.