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Motores elétricos.




Motores elétricos.

Os motores eletricos estão presentes no dia a dia de todas as pessoas. Em linhas gerais, eles são definidos como quaisquer máquinas que fornecem energia mecânica a partir de energia elétrica.


É interessante observar que todas as fontes de energia não produzem a energia, mas a convertem em outras formas, o que resume uma frase famosa de Lavoisier: Na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma.


É possível dividir esses dispositivos em duas grandes categorias: os de corrente contínua e os de corrente alternada.


Respectivamente, uma é constante com fluxo de elétrons ordenado e outra possui variações cíclicas, mudando magnitude e direção.


Uma curiosidade é que existem aparelhos eletrônicos chamado de inversores de tensão, cujo objetivo é alterar uma corrente contínua para uma corrente alternada.


Eles permitem que se utilizem baterias ou pilhas para um aparelho que foi feito para ter a rede elétrica como fonte de energia.


Dispositivos mecânicos

Existem dispositivos mecânicos acionados por motores elétricos, como é o caso do hidráulico e pneumático.


A hidráulica diz respeito ao uso de fluidos pressurizados para obter trabalho, geralmente a água ou algum óleo.


A pneumática é uma das formas de funcionamento para equipamentos e ferramentas mais populares. Por exemplo, é através dela que as portas de ônibus do transporte público abrem e fecham.


Baseada no uso de ar comprimido para gerar trabalho, as aplicações são diversas, desde a área de construção civil até o transporte de partículas em indústrias.


Dentro desse contexto, os motores elétricos possuem um papel de grande importância, permitindo que os sistemas pneumáticos sejam usados: eles compõem o chamado atuador pneumático.


Sendo a última etapa para o acionamento pneumático, esses atuadores são formados por motores elétricos, cilindros e ferramentas.


Os movimentos gerados por eles podem ser rotativos ou lineares e eles apresentam diversas vantagens quando comparados a outros atuadores, como:


Baixa rigidez;
Leveza;
Tamanho reduzido;
Proteção contra explosões;
Segurança à sobrecarga;
Facilidade de inversão.


Entretanto, também existem algumas desvantagens que esse tipo de equipamento propicia, como a produção de ruído, vibrações e a falta de precisão na parada de posições intermediárias.


Há casos de pessoas que tiveram sua saúde prejudicada com o uso constante de equipamentos pneumáticos, sobretudo na área de construção civil.


Mas isso pode ser facilmente evitado pelo uso de Equipamentos de Proteção Individual (EPIs) e escolhendo produtos com maior qualidade, que apresentem menos vibração e ruído.


Dispositivos eletromecânicos


Também existem dispositivos eletromecânicos acionados por motores elétricos, como é o caso motor de passo, motor de indução, servo motor e motor linear.


O servo motor é usado em controles de precisão na indústria de automação. Essa indústria é responsável por tornar processos independentes em indústria, através de softwares de controle do chão de fábrica.


Ele serve para controle de movimento, o que exige posicionamento de alta precisão, reversão rápida e desempenho excelente. Ao pesquisar por servo motor preço, nota-se que seu custo é mais elevado que o de outros dispositivos eletromecânicos, mas isso se justifica por sua alta qualidade.


Para entender de fato o que são os servos, basta ter um pensamento simples: são motores comuns com controladores e encoders (conversores de código, capazes de gerar informações interpretáveis) acoplados.


O funcionamento esperado do servo motor só pode acontecer se todas as suas peças estiverem em perfeitas condições, desde o servo drive até o encoder.


Ainda assim, a manutenção desses motores é fácil, eles possuem um imã permanente que garante eficiência e performance e não precisam de escovas. Outro benefício é que seus níveis de ruído e vibração são muito baixos.


O cenário do ramo industrial contribui para que esse tipo de motor seja muito mais utilizado. Isto é, as vantagens da automação industrial são muitas.


Consegue-se maior controle dos processos, aumenta-se a produtividade, há redução de custos, análises de desempenho passam a ser possíveis através do banco de dados e muito mais.


Por isso, a indústria de automação cresce cada vez mais, o que torna esse tipo de motor cada vez mais relevante.


Em resumo, os motores elétricos são fundamentais para a vida moderna., nas indústrias no uso doméstico e mais, é impossível não entrar em contato com eles em algum momento.


Com funções e aplicações diversas, o que todos têm em comum é a conversão de energia elétrica para energia mecânica.




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Hospital economiza com instalação de inversores.




Hospital economiza com instalação de inversores.

Motores de indução trifásicos passaram a ser supervisionados por 58 painéis de controle com inversores de frequência.

Quase 130 anos depois da inauguração, o centro assistencial privado mais importante da ilha que conta com grande variedade de especialidades médicas, mais de 700 médicos, cerca de 20 mil sócios e perto de mil funcionários – tinha um consumo de energia elétrica altíssimo e, por isso, foi feita uma auditoria externa, que concluiu ser possível gerar economia de energia de 11 mil kW hora/dia. As medidas para obter essa economia se concentraram em três focos importantes:

Substituição de lâmpadas fluorescentes por lâmpadas LED em aproximadamente 7 mil luminárias e no controle da iluminação.

Renovação do sistema de controle de mais de 140 aparelhos de ar condicionado e de seis chillers com capacidade total nominal de 4 mil toneladas de refrigeração, além da instalação de um novo Sistema de Gestão Predial.

Instalação de 58 painéis de controle com inversores de frequência, para controle dos motores de indução trifásicos que acionam as bombas de água e os ventiladores das torres de resfriamento do sistema de água refrigerada.

O projeto específico no sistema de ar condicionado contou com a aquisição de uma série de inversores de frequência para cada um dos 60 motores de indução convencionais trifásicos (de 208 e de 480 Volts), que fazem parte do sistema de água refrigerada do hospital.

Para o fornecimento e a instalação dos painéis de controle dotados de inversores de frequência, o hospital fez uma concorrência. Especializada em obras de engenharia mecânica, controles automáticos, sistemas de bombeamento de água e sistemas de tratamento de água para consumo humano e para águas residuais.

Implementação

A proposta consistiu da fabricação e instalação de 58 painéis de controle utilizando inversores de frequência PowerFlex 400.

Uma das principais razões que levou o hospital a escolher esta proposta foi o tipo de inversor de frequência sugerido, já que era preciso uma solução com qualidade industrial e outros concorrentes ofereciam somente qualidade comercial.


Alguns dos painéis estão localizados em ambientes com muito pó e umidade e quase todos estão bem próximos das tubulações de água gelada. Em caso de gotejamento por condensação na tubulação, os gabinetes oferecem um grau de proteção adicional em relação ao que oferecem os gabinetes convencionais do tipo NEMA 1.


Resultados

Os inversores de frequência CA PowerFlex 400 estão otimizados para o controle dos ventiladores e de bombas comerciais e industriais. Características incorporadas, tais como entrada de purga e regulador, proporcionam uma solução rentável para o controle da velocidade em uma ampla gama de aplicações com ventilador e bomba de torque variável.

Em relação aos benefícios tangíveis que a solução integrada trouxe, a direção do hospital afirma que, dos 11 mil kW hora/dia economizados no consumo de energia do hospital, os inversores PowerFlex 400 contribuem diretamente com uma redução média de 4210 kW hora/dia em operação automática. Com um custo médio de US$ 15,7 centavos por kW/hora nos últimos 14 meses, isso representa uma economia de cerca de US$ 241 mil por ano.

Em cada inversor PowerFlex 400, foi instalada uma placa de comunicação BACnet, com a qual cada um deles se integra ao novo Sistema de Gestão Predial, para monitorar continuamente os parâmetros de frequência, corrente e potência em kW, entre outros. Isso permite ver o comportamento de cada motor do sistema em tempo real e fornecer os dados necessários para a administração tomar decisões sobre a operação e a manutenção do sistema.

Para o usuário, uma das grandes vantagens que esse dispositivo possui tem a ver com a facilidade de programação que ele oferece. Sua tela de configuração simples permite selecionar os parâmetros de interesse que se deseja apresentar ao operador.

Desafio

Reduzir o consumo de energia elétrica do hospital por meio de uma série de modificações no sistema de ar condicionado.


Solução

Instalação de vários painéis de controle e de 58 inversores de frequência PowerFlex 400 para cada um dos motores de indução convencionais trifásicos do sistema de água refrigerada.

Resultados

Com a partida desse sistema, em conjunto com a implementação de outras medidas, foi possível obter economia de 11.000 kW por hora por dia, dos quais cerca de 38% são resultado direto da instalação desses inversores.



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Motores com um único inversor de frequência.




Motores com um único inversor de frequência.

Em algumas aplicações, um inversor de frequência pode ser usado para controlar vários motores, se considerações corretas de projeto tiverem sido feitas e se cada motor tiver a proteção adequada. Isso pode oferecer vantagens, como reduzir custos e espaço no painel, além de reduzir a complexidade do controle.

Considerações de projeto e seleção dos componentes

Se a aplicação se encaixar nessas condições – e cada motor puder ser operado com a mesma rotação e ter um inversor de frequência como ponto único de falha, o próximo passo é examinar as considerações de projeto e selecionar os componentes corretos. O inversor de frequência deve ser dimensionado corretamente e cada motor precisa de uma proteção. Entre as diretrizes recomendadas, temos:

Para selecionar o tamanho do inversor de frequência, totalize a corrente de carga plena em amperes de todos os motores e acrescente 20% (para acomodar uma pequena fuga por indutância).
Defina os valores nominais de corrente.
Em alguns inversores, não é recomendado dimensionar abaixo de 3Hp devido a problemas de acoplamento capacitivo (corrente de carga no cabo).
A adição de um toróide de modo comum e o uso de cabo de polipropileno (XLPE) ajudarão a minimizar a corrente de carga no cabo.
Os inversores devem ser configurados para atuar com controle de motor do tipo V/Hz.
Não é recomendado ligar ou desligar os motores quando o inversor de frequência estiver funcionando.
Forneça proteção contra sobrecarga para cada motor individualmente.


Em aplicações com vários motores, é necessário uma proteção contra sobrecarga para cada motor, com função de sobrecarga (térmica), no lado da carga de um inversor de frequência. Isso é necessário porque um inversor de frequência pode detectar apenas a sua carga total conectada, mas ele não consegue detectar se um determinado motor está consumindo corrente elevada.

Portanto, o inversor não consegue fornecer a proteção de sobrecarga apropriada.

Uso adequado do inversor de frequência
Muitas aplicações usam vários motores da mesma capacidade operando em paralelo na mesma rotação. Nesse caso, vale perguntar:

Posso usar um único inversor de frequência para controlar vários motores?
Isso ajuda a otimizar o painel em termos de custo e de espaço?
Eu tenho os componentes corretos para ajudar a proteger os motores individualmente nesse tipo de configuração?

Nem todos os tipos de dispositivos de proteção contra sobrecarga são adequados para aplicação na saída de um inversor de frequência. Devido aos pulsos de tensão modulados (PWM) e à impedância de pico do motor, ocorrem reflexos dos pulsos de tensão nos terminais do motor. A amplitude desses pulsos depende de:

Tensão do sistema.
Tempo de subida da tensão do inversor de frequência.
Corrente nominal do disjuntor de proteção do motor (impedância de pico).
Tensão de operação.
Localização do disjuntor, tipo do cabo e seu comprimento entre o disjuntor e o motor (impedância de pico).
Desafios
Há alguns desafios para a proteção contra sobrecarga na saída dos inversores de frequência:

No caso de relés de sobrecarga eletrônicos, sua tecnologia de detecção de corrente pode ser incapaz de medir a corrente de carga e as harmônicas corretamente, ao operar em frequências fora da sua faixa de detecção nominal.

Para um disjuntor padrão, os desafios estão relacionados ao reflexo dos pulsos de tensão que causam alto esforço no dielétrico das bobinas de disparo magnético do disjuntor, resultando em envelhecimento precoce.

É uma boa prática restringir o comprimento do cabo entre o disjuntor e o motor, abaixo do valor máximo permitido onde se acentua o fenômeno de onda refletida.



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