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MOTORES ELÉTRICOS E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ACIONAMENTOS
ELÉTRICOS E PARTIDAS DOS MOTORES
Preprint · August 2019
DOI: 10.13140/RG.2.2.11880.21762
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Gilson F Lima
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia (IFBA)
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2. MOTORES ELÉTRICOS E EFICIÊNCIA
ENERGÉTICA
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS E PARTIDAS DOS MOTORES
Gilson Ferreira Lima
Engenheiro Eletrônico, UPE (1992), Recife, PE.
gilson.lima@ifba.edu.br
ABSTRACT
Energy efficiency is one of the areas in Engineering that has been most prominent with research in the
current academic context, because it is fundamentally concerned with the possibility of obtaining more
efficients processes with the use of fewer resources employed.
In the industrial production environment, electric induction motors (MIT) are the electrical equipment
that participates most, as a portion, in the electric power consumption of an industrial production plant.
Implementing an improvement in the energy efficiency of a set of MITs is essentially to coordinate
more effectively the way these engines operate: to make efficient the different starting modes of these
motors, according to the power class in which they can be classified.
The present article aims to present a brief discussion about energy efficiency in the area of electric
machines and present a set of techniques used for industrial MITs departures and their influence on the
consumption of electric energy in industries and commercial installations in which the motors are densely
employed. The vision of how the electric current participates in the operation of the motor will allow us
the knowledge of how to operate it in a more adequate way.
RESUMO
A eficiência energética é uma das áreas em Engenharia que mais se tem destacado com pesquisas no
contexto acadêmico atual, por preocupar-se, fundamentalmente, com a possibilidade de obtenção de pro-
cessos mais eficazes com utilização de menos recursos empregados.
No ambiente industrial de produção, os motores elétricos de indução (MIT) são os equipamentos elé-
tricos que mais participam, como parcela, no consumo de energia elétrica de uma unidade de produção
industrial.
Executar uma melhoria da eficiência energética de um conjunto de MITs é essencialmente coordenar
de forma mais eficaz a maneira como estes motores operam: tornar eficiente, principalmente, os diferen-
tes modos de acionamento de partida destes, segundo a classe de potência em que os mesmos possam ser
classificados.
3. O presente artigo objetiva apresentar uma breve discussão acerca de eficiência energética na área de
máquinas elétricas e apresentar um conjunto de técnicas empregadas para partidas de MITs industriais e
suas influências quanto ao consumo de energia elétrica nas indústrias e instalações comerciais em que os
motores são densamente empregados. A visão de como a corrente elétrica participa do funcionamento do
motor nos permitirá o conhecimento de como operá-lo de forma mais adequada.
Palavras-chave: Motor de Indução; Motores - acionamento; Eficiência Energética; Modos de Partidas de
um Motor; Correntes do Motor.
EFICIÊNCIA ELÉTRICA NAS INDÚSTRIAS
Os motores elétricos de indução (MIT) são os equipamentos elétricos que contribuem por maior parcela
de peso no computo geral da conta de energia em uma unidade de produção industrial.
Na Figura 1 é apresentada a contribuição de diversas cargas (as mais frequentes de serem utilizadas
em locus de produção) nas diversas indústrias pelo Brasil afora.
Considerando-se as cargas com finalidade de refrigeração, como ventiladores e refrigeradores, estas
correspondem a 6% do consumo energético. Lâmpadas correspondem a 2% do consumo total.
Embora haja ultimamente uma forte tendência na substituição de lâmpadas incandescentes, no ambi-
ente industrial, por lâmpadas eletrônicas - que são mais econômicas - a eficientização obtida é pequena e
insuficiente para a gestão das contas de energia com fins de conservação e redução de custos industriais.
Para cargas elétricas empregadas para fins de aquecimento, o consumo corresponde a 18% do total.
Processos como eletrólise e outros processos eletroquímicos correspondem a apenas 19% do consumo
energético, ao passo que motores elétricos de diversos princípios de funcionamento correspondem a 55%
do consumo total.
Figura 1: Distribuição média de consumo nas indústrias. Fonte: [1].
Energicamente falando, então, a maior contribuição para eficientização dos insumos de máquinas e
equipamentos elétricos industriais fica a cargo de cargas do tipo motor elétrico.
E por que motores elétricos elevam tanto as contas de energia elétrica?
Os motores de indução durante sua partida solicitam da rede de alimentação altas correntes de partida,
que podem chegar de 6 a 10 vezes o valor de sua corrente nominal [2].
TABELA 1: Correntes nominais de operação para alguns motores de indução trifásicos (f = 60 Hz).
TENSÕES ALIM. 220 V 380 V 440V
POTÊNCIA
NOMINAL(CV)
CORRENTES NOMINAIS (A)
20 52,0 30,0 26,0
25 64,0 37,0 32,0
30 78,0 45,0 39,0
40 104,0 60,0 52,0
50 125,0 73,0 63,0
Fonte: Tabelas do National Electrical Code, Estados Unidos (1956).
4. A Tabela 1 apresenta diferentes correntes nominais de operação para diferentes motores quando ligados
em diferentes tensões trifásicas de alimentação e que produzem diferentes consumos de potência elétrica da
rede e diferentes impactos sobre a conta de demanda elétrica, a depender da forma em que são utilizados
em uma instalação industrial.
Tomando-se por referência um conjunto de motores de 50 CV (≈ 36,77 kW), que sejam postos em fun-
cionamento sequencialmente, um após outro, torna-se mensurável o impacto da partida dos mesmos no
consumo de energia da instalação em que operam.
O impacto sobre o consumo de energia é visto na Figura 2:
Figura 2: Corrente total solicitada da rede durante os acionamentos sequencialmente executados numa mesma rede de alimentação.
Fonte: Autor.
Pela Figura 2 é possível notar que a corrente solicitada da rede cresce exponencialmente após cada
novo acionamento de um outro motor que embora tendo igual potência nominal não introduz para o con-
sumo apenas sua corrente nominal de 125 A (Vide Tabela 1); mas que durante o transitório de sua partida,
que requer pelo menos 6 a 10 vezes a corrente nominal, eleva consideravelmente a corrente solicitada da
rede de alimentação.
Matematicamente, a corrente nominal do motor em função de sua potência é calculada pela Fórmula
[3]:
(1)
Em que: P é a potência nominal do motor, Vf é a tensão da rede elétrica, Cos ρ é o fator de potência
(relação entre a potência ativa pela potência aparente) do motor e η é o rendimento (relação entre potência
mecânica no eixo e a potência elétrica consumida) do mesmo.
Para este gráfico da Figura 2 foi considerado uma relação de Ip / In = 8, em que IP = corrente de par-
tida e In é a corrente nominal do motor, após o alcance da velocidade nominal de rotação do mesmo [4].
Por outro lado, o pior dos cenários de acionamento é a partida simultânea de todos os cinco motores
envolvidos.
Assim, depreende-se que para uma indústria com um volume considerável de motores elétricos em
seus processos faz-se necessário estabelecer um controle de consumo e demanda de energia elétrica de-
nominado plano de gestão do uso eficiente e racional da energia, que é a razão de ser da filosofia da
busca da eficiência energética e de como administrar competitivamente o uso da eletricidade em indús-
trias [5].
Estabelecer um plano de gestão do uso eficiente e racional de energia em uma indústria, especialmente
voltado para a área elétrica, segundo [6], requer:
- Um alto grau de competência técnica (teórica e prática);
- Capacidade de conscientizar e motivar as pessoas, em todos os níveis empresariais; e até modificar
suas atividades e comportamentos em longa data arraigados;
- Pleno conhecimento do mercado energético, bem como da Legislação regulatória e demais Leis que
se aplicam ao controle e normatização do Setor Elétrico.
5. ASPECTOS REGULATÓRIOS DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Mergulhando na Legislação regulatória para a área de eficiência energética de consumidores de ener-
gia no Brasil, numa visão histórica, temos que entre 1985 e os anos 90 funcionaram no Brasil dois pro-
gramas voltados para eficiência energética: o Procel (Programa de Conservação de Energia Elétrica) em
1985 e o Conpet (Programa de Racionalização do Uso de Petróleo e Gás Natural) em 1990 [7].
O Procel voltado para residências, comércio e indústria na área elétrica e o Conpet para o segmento
industrial nas áreas de petróleo e gás.
“As ações do Procel contribuem para o aumento da eficiência dos bens e serviços, para o desenvolvi-
mento de hábitos e conhecimentos sobre o consumo eficiente da energia e, além disso, postergam os in-
vestimentos no setor elétrico, mitigando, assim, os impactos ambientais e colaborando para um Brasil
mais sustentável” [8].
O Selo Procel foi instituído em 1993 e anualmente é conferido aos equipamentos que possuem os me-
lhores índices de eficiência energética de cada categoria de equipamento, de acordo com os resultados dos
ensaios de avaliação da etiqueta do Programa Brasileiro de Etiquetagem - PBE [9].
A economia de energia e de capacidade decorrentes do Selo Procel nos principais produtos que rece-
bem essa distinção (geladeiras e congeladores, lâmpadas fluorescentes compactas e reatores eletrônicos,
coletores solares e tanques de armazenamento, motores elétricos trifásicos, aparelhos de ar condicionado -
tipo janela e Split - e ventiladores de teto) tem sido objeto de discussão e aperfeiçoamento [9].
Avançando no tempo, o governo federal sanciona a Lei 9.991 de 24 de julho de 2000: “Dispõe sobre
realização de investimentos em pesquisa e desenvolvimento e em eficiência energética por parte das em-
presas concessionárias, permissionárias e autorizadas do setor de energia elétrica, e dá outras providên-
cias” [10].
O espírito desta Lei emanada do Congresso Nacional foi despertar nas empresas geradoras, transmis-
soras e distribuidoras de energia elétrica o interesse em desenvolvimento de pesquisas para a área e que
estas empresas viessem a estimular financeiramente o desenvolvimento de projetos de pesquisas acadê-
micas voltados para a redução do consumo de energia e eficientização de processos produtivos.
Adicionalmente, foi promulgada a Lei 10.295 de 2001:” Dispõe sobre a Política Nacional de Conser-
vação e Uso Racional de Energia e dá outras providências” [11].
Concebida sob o entendimento de que a conservação de energia deve ser finalidade da Política Ener-
gética Nacional, a Lei estimula o desenvolvimento tecnológico, a preservação ambiental e a introdução de
produtos mais eficientes no mercado nacional [8].
Em 11 de dezembro de 2002 foi promulgado o Decreto nº 4.508: “Dispõe sobre a regulamentação es-
pecífica que define os níveis mínimos de eficiência energética de motores elétricos trifásicos de indução
rotor gaiola de esquilo, de fabricação nacional ou importados, para comercialização ou uso no Brasil, e dá
outras providências” [12].
Na atualidade, temos em cada concessionária de energia em cada estado um programa de eficiência
energética que visa despertar nos consumidores uma proatividade no uso racional de energia e redução de
desperdícios “que é a diferença entre a quantidade de energia produzida e a que realmente é usada e ne-
cessária numa dada atividade” [13].
FUNCIONAMENTO DO MOTOR DE INDUÇÃO
O motor elétrico de indução trifásico (MIT) é uma máquina que, utilizando-se dos fenômenos eletro-
magnéticos que ocorrem em seu interior, faz a conversão de energia elétrica em energia mecânica.
Seu funcionamento é devido aos efeitos obtidos por campos girantes oriundos de enrolamentos defa-
sados em 120° no espaço que produzem correntes induzidas defasadas em 120° no tempo.
A Figura 3 apresenta uma representação construtiva de um motor de indução de 3 polos e as correntes
induzidas no rotor que estão defasadas de 120° no tempo.
6. Figura 3: Estator e rotor de um motor de indução e correntes induzidas pelo estator no rotor. Fonte: [14].
Na realidade, o campo girante que ocorre no rotor é o resultado da interação entre cada par
de polo do enrolamento estator, cujo campo interage com a bobina do enrolamento motor [15].
Esta interação, para o motor de indução de 3 polos, é mostrada na Figura 4:
Figura 4: Mudança temporal do campo girante do motor de indução. Fonte: [15].
Um campo girante e de amplitude constante, com velocidade síncrona é produzido por um conjunto
polifásico de enrolamentos que se encontrem espacialmente deslocados na armadura (estator) se as cor-
rentes que circulam por estes enrolamentos também estão deslocadas no tempo, como apresentado na
Figura 3 [15].
“Todas as máquinas de indução trifásicas, portanto, a fim de produzirem um campo magnético de am-
plitude constante e que gire à velocidade síncrona, necessitam de três enrolamentos individuais e idênti-
cos, deslocados de 120° no tempo, ou na fase” [16].
Por consequência, a Figura 4 é o resultado temporal de como varia o campo magnético. Então, o fun-
cionamento de um motor elétrico depende da tensão de alimentação aplicada aos seus enrolamentos:
quanto à amplitude e à frequência.
Em um motor trifásico, dado que a frequência da rede de alimentação tem um valor aproximadamente
constante; a amplitude da tensão a ele aplicada é um elemento de grande importância para sua partida e
funcionamento; isso quando observado pelo ponto de vista da eficiência energética do sistema ao qual o
motor de indução faz parte.
Identicamente, a forma como estão conectados seus enrolamentos à fonte de alimentação, diferencia
sobremaneira como o valor da tensão de alimentação influencia a forma de funcionamento do motor [17].
A grande maioria dos motores de indução é fornecido com terminais dos enrolamentos disponibiliza-
dos para conexões elétricas, de modo a que estas máquinas possam ser postas a funcionar em redes de
alimentação com pelo menos dois valores de tensões diferentes: uma através da ligação dita estrela e
outra de ligação dita delta (ou triângulo).
O enrolamento de cada fase do estator de um motor de indução tem cada uma das suas duas pontas
disponibilizadas através de terminais conectáveis na caixa de ligação. Como o motor é trifásico, existirão
6 terminais de conexão disponíveis na caixa de ligação de cada motor.
Ligando-se o início de cada enrolamento a uma das fases da rede de alimentação (R, S e T) e unindo-
se cada um dos terminais finais dos três enrolamentos entre si teremos a ligação estrela dos enrolamentos
de um motor de indução.
7. Figura 5: Conexão dos terminais de um motor de indução em estrela. Fonte: Autor.
A Figura 5 ilustra como obter-se uma ligação na configuração estrela dos enrolamentos de um motor.
Recomenda-se a ligação em estrela quando a tensão da rede é maior √3 (raiz de 3 ou 1,73 vezes mai-
or) que a tensão nominal do motor. Neste caso, cada enrolamento estará submetido à sua tensão nominal
de 220 V, embora a tensão nominal da rede seja em 380 V e a corrente de cada enrolamento seja numeri-
camente igual à corrente nominal do motor [17].
Visto pelo outro lado da moeda, entretanto, tendo-se a tensão da rede de alimentação idêntica ao valor
nominal da bobina do enrolamento do motor, quando os enrolamentos do motor são ligados em estrela, a
tensão de fase medida no enrolamento é 1/√3 da tensão da linha (aproximadamente 57,8 % do valor no-
minal) [18].
Como o torque varia com o quadrado da tensão aplicada por fase, a redução da tensão quando da liga-
ção em estrela produzirá aproximadamente um terço do torque normal de partida à plena tensão [18].
Tpartida [Nm] = kc · VL
2
[V] (2)
Em que Kc é uma constante e é decorrente da simplificação dos valores da resistência efetiva do rotor
e da reatância a rotor bloqueado, tomadas constantes para uma específica tensão de armadura (VL). VL é a
tensão de fase aplicada ao enrolamento.
Já a ligação em delta é recomendada quando se dispõe de tensão da rede igual à tensão nominal do
enrolamento.
A Figura 6 ilustra o modo como a ligação dos terminais dos enrolamentos do motor devem ser interli-
gados.
Figura 6: Conexão dos terminais de um motor de indução em delta. Fonte: Autor.
Para a ligação em delta, o final de cada terminal do enrolamento deve ser conectado ao início do enro-
lamento da fase subsequente, conforme apresentado pela Figura 6.
Partidas diretas de motores de indução de grandes potências, em geral, causam afundamento de tensão
indesejado na rede de alimentação e perturbações elétricas em outros equipamentos eletroeletrônicos
ligados a esta mesma rede.
Controlar estas oscilações e demais perturbações indesejadas, decorrentes da partida de motores de
indução, devem ser objetivos contidos no plano de gestão do uso eficiente e racional de energia.
Para tanto, assim como na indústria de bens de consumo existem diretrizes para a qualidade total de
produção, tipo Norma ISO 9000, no segmento de eficiência energética a Norma ISO 50001:2011 existe
para auxiliar os especialistas da área a como se guiar na implantação de sistema de gestão de energia [19].
8. PARTIDA DE MOTORES DE INDUÇÃO
Existem várias maneiras de realizar o acionamento (ou partida) de um motor elétrico trifásico.
Porém, definir qual é a melhor ou a mais adequada solução para cada tipo de aplicação nem sempre é
uma tarefa muito fácil. Ainda que esta solução deva fundamentar a formatação do sistema de gestão de
energia da planta industrial que se deseja eficientizar.
A partida de um motor de indução trifásico deve, sempre que possível e as condições elétricas da rede
de alimentação permitirem, ser feita a plena tensão nominal, por meio de contatores elétricos ou dispositi-
vos de comando eletrônico de partida [15].
O uso da partida direta é mais interessante em situações em que, por demanda da carga acionada pelo
motor, deseja-se obter o desempenho máximo do motor logo no momento da partida [20].
As principais características técnicas que definem um motor elétrico são sua potência nominal, tensão
de alimentação, corrente nominal e torque mecânico de partida.
Destas, é o torque de partida a característica técnica que melhor define o tipo de carga a ser acionada
pelo motor.
Outros fatores importantes são: controlabilidade de posição, velocidade ou torque. Corrente de partida
e característica do regime de funcionamento do motor [17].
E, dependendo da relação torque/velocidade requerida, da potência elétrica solicitada e da tensão dos
enrolamentos do motor verifica-se a viabilidade ou não da ligação deste motor em partida direta.
Contudo, dependendo da situação, algumas vezes é recomendada a aplicação da partida indireta.
Em relação à partida direta, a utilização de motores de indução trifásicos é aconselhável a partir de 2
kW de potência [20]. Para motores de potências nominais inferiores, recomenda-se o emprego de motores
monofásicos [20].
Para motores trifásicos de potência nominais médias e grandes (acima de 15 CV), recomenda-se a
aplicação da partida indireta [17].
A Figura 7 ilustra a forma em que contatores elétricos fazem o acionamento de partida direta do motor
de indução trifásico.
Figura 7: Circuito de alimentação e de controle de partida direta do MIT por contatores. Fonte [15].
Como anteriormente observado na descrição da ligação dos motores de indução, sabe-se que a partida
direta dos mesmos pode vir a ser contraindicada nos casos em que a corrente de partida afete desfavora-
velmente a rede de alimentação.
Quando a corrente de partida é elevada em relação à corrente nominal da rede de alimentação, os se-
guintes problemas podem ocorrer [15]:
- Elevada queda de tensão no sistema de alimentação da rede, provocando interferência e mau funcio-
namento dos aparelhos instalados na planta;
- O sistema de proteção, cablagem (fios e cabos) e os contatores deverão ser bem dimensionados para
não sofrerem sobreaquecimentos, o que normalmente os leva a serem superdimensionados;
9. - Os motores devem dar a partida sem carga; ou seja, a vazio, para somente depois de se ter atingido a
rotação nominal ter a carga acionada acoplada ao eixo dos mesmos;
- Problemas de harmônicos e má qualidade de energia no sistema de alimentação da rede podem ocor-
rer;
- Imposição de multas e outras penalidades por parte das concessionárias e distribuidoras de energia
elétricas envolvidas podem onerar ainda mais a conta de energia.
Outra forma de gerenciar a partida de motores de indução é a ligação dos mesmos sob a configuração
da partida estrela-triângulo.
Este método de partida indireta consiste no acionamento do motor com ligação estrela (com torque re-
duzido) e logo após o atingimento da velocidade nominal, opera-se a comutação da ligação dos enrola-
mentos do motor para a ligação em delta, levando o motor a funcionar em seu torque máximo e velocida-
de nominal.
A ligação em estrela inicial, provê uma redução da tensão aplicada ao motor a 1/√3 da sua tensão no-
minal. Como o torque mecânico do motor varia com o quadrado da tensão das bobinas do estator [14],
isto produz redução na corrente de partida (cujo valor pode chegar a ser de 6 a 10 vezes a corrente nomi-
nal de operação) [2]; redução esta que é um dos objetivos do plano de gestão energética.
O método de acionamento através de partida estrela-triângulo aumenta a vida útil de um motor, dimi-
nuindo a corrente de partida, gerando menos aquecimento por efeito joule, conservando o isolamento do
motor, permitindo que o isolamento elétrico de seus enrolamentos seja conservado por muito mais tempo
de operação [15].
A Figura 8 ilustra a forma de ligação do motor elétrico no acionamento estrela-triângulo. Inicialmente
os contatores K1, K2 e K3 e o temporizador D1 encontram-se desenergizados e o motor parado.
Ao ser pressionada a botoeira B1 energiza D1 e o contator K2 (que põe o motor em funcionamento
via contator K1), estabelecendo-se a ligação estrela de seus enrolamentos.
Decorrido um espaço de tempo em que a velocidade do motor esteja com valores maiores que 90% da
sua velocidade nominal, o temporizador D1 abre seu contato normalmente fechado desenergizando K2. E,
ao mesmo tempo, fecha seu contator K3 que irá alimentar os enrolamentos agora em delta, pondo o motor
a plena tensão.
Figura 8: Ligação do motor elétrico em estrela-triângulo. Fonte: Autor.
A partida estrela-triângulo poderá ser utilizada quando a curva de torque do motor é suficientemente
elevada para poder garantir a aceleração da máquina com corrente reduzida.
Este tipo de ligação só deve ser executado em partidas do motor em vazio, isto é, sem carga. Somente
após o atingimento da rotação nominal do motor, a carga poderá ser aplicada.
Na ligação em estrela, a corrente de partida do motor fica reduzida de 25 a 33% da corrente de partida
na ligação em triângulo. Também a curva do torque fica reduzida na mesma proporção [17].
Matematicamente, teremos que [20]:
Torque = k * Best * Brot * senα (3)
10. Em que: k é uma constante de ajustes das unidades SI (Sistema Internacional de Medidas), Best é a in-
dução magnética criada pelo estator e Brot é a indução magnética gerada por correntes induzidas no rotor e
α é o ângulo formado entre Best e Brot.
No entanto, no momento da comutação da ligação dos enrolamentos do estator de estrela para triângu-
lo, a corrente do motor pode alcançar, repentinamente, até 320% da corrente nominal [21], que ainda é
muito menor do que a que viria a ser alcançada pela partida direta.
A partida estrela-triângulo está recomendada para motores de indução com potências nominais entre
15 e 30 CV.
Outra forma indireta de partida de motores de indução é o emprego de um autotransformador trifásico,
denominado auto compensador, a chamada partida de motores com chave compensadora.
O autotransformador proporciona, no seu secundário, saídas em taps de tensões correspondentes a
50%, 65%, 85%, 90% e 100% da tensão nominal da rede elétrica. Mais frequente são encontrados os taps
de 50%, 65% e 85%. A escolha do tap é definida pela corrente de partida máxima que a rede suporta.
No tap de 65% a corrente de linha é aproximadamente igual à obtida na ligação estrela-triângulo, en-
tretanto, na passagem da tensão reduzida para a tensão plena da rede o motor não é desligado e o segundo
pico é bem reduzido (as espiras do autotransformador, por um breve espaço de tempo, funcionam como
uma reatância conectada ao circuito de alimentação do motor) [21].
A corrente de partida no motor, acionado por partida com chave compensadora, é limitada na mesma
proporção da redução da tensão provocada pelo autotransformador. O torque é limitado com o quadrado
da redução da tensão obtida. Porém, faz-se necessário lembrar que, graças ao efeito transformador, a
corrente primária é diminuída na mesma relação. Logo, usando-se a chave compensadora na partida, a
corrente do estator do motor ficará reduzida com o quadrado da relação V1/V2 (tensões antes e depois do
autotransformador), obtida pelo tap escolhido [21].
O autotransformador age de duas maneiras para reduzir a corrente de partida do motor [22]:
a) Reduz a corrente de partida do motor pela redução da tensão aplicada;
b) Reduz pela relação de espiras do transformador, na qual a corrente de linha primária (lado de en-
trada do autotransformador) é menor do que a corrente secundária que é entregue ao motor.
A Figura 9 apresenta a forma ligação do autotransformador para a obtenção da partida do motor com
chave compensadora:
Figura 9A: Circuito trifásico de força. Figura 9B: Circuito de comando à contatores.
Figura 9: Ligação do motor elétrico em partida com chave compensadora, uso de autotransformador. Fonte: [21].
Deduz-se da Figura 9 que um mecanismo automático de comutação de taps para a comutação dos va-
lores secundários de tensão do autotransformador deve ser utilizado neste tipo de ligação. Isso quando se
deseja uma comutação automática desde o menor tap utilizado até o tap de plena tensão.
Isto tem como desvantagem uma diminuição na confiabilidade da operação do motor. O uso de comu-
11. tador em transformadores eleva os custos industriais por conta do volume de manutenção preditiva e
corretiva adicionais necessárias.
Na uma vez que o autotransformador é usado somente durante o período de partida, na ligação com
chave compensadora automática faz-se necessário saber a sua frequência de manobras, para só então
escolher o mecanismo de comutação automática dos taps do autotransformador.
Então, este método tem como desvantagem em relação aos outros anteriores, o fato do aumento dos
custos: devido ao autotransformador, devido à necessidade de quadros maiores e mais volumosos e muito
mais manutenção a ser executada [15].
Por isso, houve a necessidade de avanços tecnológicos nos sistemas de acionamento de motores de in-
dução, sendo que o estado da arte atual em acionamento é o emprego de soft starters e dispositivos varia-
dores de frequência (VFDs), como os conversores eletrônicos de frequência.
Acerca da partida de motor com soft starter é importante se ressaltar que:
a) Não existe alteração da ligação de fios e cabos elétricos neste método de ligação;
b) Proporciona partida com tensão reduzida e correntes de partidas ajustáveis;
c) Efetua uma controlabilidade eficaz do torque mecânico necessário para movimentação da carga
associada ao eixo;
d) Faz uso de tiristores e outros dispositivos semicondutores eletrônicos para o acionamento, em
substituição aos contatores eletromecânicos anteriormente descritos.
Devido ao grande volume de informação associada ao uso de dispositivos variadores de frequência e
aos diversos modos de operação em que os mesmos podem bem realizar suas funções técnicas, este artigo
não irá adentar nestes tópicos do funcionamento dos soft starters.
Artigos voltados para conversores e inversores de frequência podem melhor explorar a dinâmica com
que tais equipamentos contribuem para a conservação de energia e eficiência de motores no ambiente
industrial. Para fins de comparação, a Figura 10 registra os resultados obtidos pela experimentação do uso
de dispositivos variadores de velocidade como meio de acionamento de motores elétricos e similares
mecânicos, quando empregados para fins de controle de vazão de fluídos.
Figura 10: Comparação entre as potências elétricas consumidas por um motor quando a vazão do fluído é controlada por con-
versor de frequência ou por válvula de controle. Fonte: [23].
Quando o controle de vazão é exercido por meio de restrições imposta pelo fechamento de válvulas de
controle, por exemplo, há uma maior demanda por torque mecânico imposto ao eixo do motor pelo au-
mento da perda de carga no fluído.
Por sua vez, o motor tem redução do torque ofertado e diminuição da velocidade de rotação do eixo.
Observando-se na Figura 10 a curva da potência apresentada em azul (quando confrontada pela curva
em vermelho) é perceptível que o VFD não somente corrige a alimentação do motor para o novo valor
desejado, como também resulta em um consumo menor de potência elétrica no motor (≈ 39%), em rela-
ção à consumida quando da atuação da válvula de controle.
Comprova-se por meio deste exemplo que o uso de dispositivos variadores de frequência (VFDs) po-
de ser empregado com eficiência para todos os acionamentos de partida de motores de indução.
12. CONCLUSÃO
O presente trabalho buscou mostrar o plano de gestão do uso eficiente e racional da energia como
referencial teórico para a busca da eficientização do uso de motores de indução no ambiente industrial. [7]
Neste sentido, enfocou os diversos métodos de partida de motores em uso. E, procurou identificar a
forma em que a corrente de partida do motor, condicionada aos diferentes meios de redução da tensão de
alimentação aplicada aos enrolamentos, pode ser diminuída para redução do consumo e da demanda.
E envolveu as diversas implicações destas tensões para a característica técnica do torque de partida
dos motores. Isto viabiliza a análise do atendimento ou não do torque que a carga do motor demanda
durante seu acionamento de partida. [20]
Em modo resumido, a Tabela 2 apresenta, de forma complementar, um conjunto de possíveis falhas
que podem ocorrer ao motor por ocasião de seus acionamentos de partida:
Tabela 2: Avarias mais frequentes na partida de motores de indução. Fonte [20].
AVARIAS CAUSAS PROVÁVEIS
Marcha trepidante
do motor.
- Carcaça mal fixada.
- Acoplamento mal
equilibrado.
- Corpo estranho no
entreferro.
- Condutor de ligação
interrompido.
O motor não gira ao
ser acionado.
- Interrupção da alimen-
tação.
- As escovas não assen-
tam sobre os anéis.
- Tensão de alimentação
insuficiente ou excessi-
vamente baixa.
O motor arranca
bruscamente.
- Resistência demasiado
baixa no arranque (rotor
bobinado).
- Curto-circuito entre
espiras do enrolamento
do rotor.
O motor arranca
com dificuldade.
- Tensão da rede de
alimentação muito
baixa.
- Excessiva queda de
tensão nos condutores
de alimentação.
- Carga demandando
excessivo torque de
partida.
O motor produz
ruído excessivo
durante o arranque
- Curto-circuito entre
espiras do rotor.
- Possível interrupção
em um dos enrolamen-
tos do rotor.
- Existência de resistên-
cias diferentes no reosta-
to de arranque.
13. Aquecimento ex-
cessivo do motor
após arranque
- Carga demandando
excessivo torque mecâ-
nico.
- Tensão elevada (perdas
elevadas no ferro).
- Condutor de fase
partido (consumo exces-
sivo de corrente nas
fases sobreviventes).
As possíveis avarias ou falhas acima relatadas devem ser devidamente explicadas ao corpo operacio-
nal da indústria para fins de diminuição no tempo de resposta em casos de falhas no motor durante pro-
cesso de acionamento.
Sempre que for possível o investimento em monitoramento em tempo real das condições operacionais
de motores e outros equipamentos elétricos de alto consumo de energia elétrica, o plano de conservação
de energia deve prevê-lo e recomendar o seu uso.
A cultura do combate de perdas e desperdícios exige uma permanente avaliação de que componentes
do processo produtivo precisam de melhorias e como estas modificações eficientizadoras podem contri-
buir para melhorar os outros processos subsequentes no atingimento da qualidade total de produção.
REFERÊNCIAS
[1] Adaptado de (ANEEL 2010) em citação de Alexandre Carlos de Azevedo et Al., em “Proteção de
Motores Elétricos”, disponível em https://www.ebah.com.br/content/ABAAAfTLcAK/atc-revisao2.
[2] Kosow, Irving I, "Máquinas Elétricas e Transformadores", pg. 333, 9ª Edição, Editora Globo,
São Paulo. Tradução Felipe Luiz Ribeiro Daiello e Percy Antônio Pinto Soares.
[3] Umans, Stefens D., "Máquinas Elétricas de Fitzgerald e Kinsley", Apêndice A, 7ª Edição, Editora
Bookman, Porto Alegre, 2014. Tradução: Anatólio Laschuk.
[4] Everton Moraes em “Dimensionamento de Partida Direta de Motores”,
https://www.saladaeletrica.com.br/dimensionamento-partida-direta-de-motores/, acesso em 01/10/2018.
[5] Musser, Roberto de Miranga, “Contribuições da Energia Elétrica para a competitividade em clusters
industriais”, Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Energia e Ambiente, UFBA, Salvador,
2013.
[6] Jacek P. Goreki, “Gestão do uso de Energia”, in Apostila do Curso de Economia de Energia na
Indústria, IBP, Rio de Janeiro, 1985.
[7] Tonin, Gilberto, “A Gestão de Energia Elétrica na Indústria – Seu Suprimento e Uso Eficiente”,
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Energia Elétrica, USP, São Paulo, 2009.
[8] Website oficial do Procel, em http://www.procelinfo.com.br/main, acesso em 01/10/2018.
[9] Viana, Augusto Nelson carvalho et Al, “Eficiência Energética – Fundamentos e Aplicações”,
Elektro, 1ª Edição, Campinas, SP, 2012.
[10] Lei 9.991 de 24 de julho de 2000, em http://www2.camara.leg.br/legin/fed/lei/2000/lei-9991-24-
julho-2000-359823-normaatualizada-pl.html, acesso em 01/10/2018.
[11] Lei 10.295 de 17 de outubro de 2001, em
http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/LEIS/LEIS_2001/L10295.htm, acesso em 01/10/2018.
14. [12] Decreto de 11 de dezembro de 2002, em http://www2.camara.leg.br/legin/fed/decret/2002/decreto-
4508-2002-491076-publicacaooriginal-1-pe.html, acesso em 01/10/2018.
[13] Programa Coelba de Eficiência Energética, em http://servicos.coelba.com.br/a-
coelba/Paginas/Eficiência%20Energética/
eficiencia-energetica.aspx, acesso em 01/10/2018.
[14] Lima, Gilson Ferreira; Artigo “Motores Elétricos e Eficiência Energética – Uma Abordagem
Conceitual”, V26E Ano 10, abril - 2018, pág. 24-34, Revista Politécnica, Salvador, Bahia.
[15] Almeida, Antônio Tadeu; Apostila “Manutenção de Máquinas Elétricas Rotativas”, Curso
FUPAI / EFEI, Itajubá, MG, 1985.
[16] Kosow, Irving I, "Máquinas Elétricas e Transformadores", pg. 296, 9ª Edição, Editora Globo,
São Paulo. Tradução Felipe Luiz Ribeiro Daiello e Percy Antônio Pinto Soares.
[17] Manual de Motores Elétricos, Catálogo 511.11/1089 PE, 11ª Edição, pág. 9, WEG Motores Ltda,
Jaraguá do Sul, SC, 1999. Autor não identificado.
[18] Kosow, Irving I, "Máquinas Elétricas e Transformadores", pg. 335, 9ª Edição, Editora Globo,
São Paulo. Tradução Felipe Luiz Ribeiro Daiello e Percy Antônio Pinto Soares.
[19] Website oficial da ABESCO, em http://www.abesco.com.br/pt/iso-50001-gestao-de-energia/, aces-
so em 01/10/2018.
[20] Matias, Juliano, Artigo “Motores Elétricos”, Revista Mecatrônica Atual Nº 7, dezembro 2002, pag 16-23,
Editora Saber Ltda, São Paulo.
[21] Falcone, Áureo Gilberto - "Motores de Indução: Manutenção e Instalação", págs 14-15, LVBA
Comunicação, São Paulo, 1995.
[22] Kosow, Irving I, "Máquinas Elétricas e Transformadores", pg 330, 9ª Edição, Editora Globo, São Paulo.
Tradução Felipe Luiz Ribeiro Daiello e Percy Antônio Pinto Soares.
[23] Lins, Zanoni Dueire et Al, "Análises de Eficiência Energética em Métodos de Controle de Vazão", 18°
Congresso Nacional de Distribuição de Energia Elétrica, 06 a 10 de Outubro de 2008, Olinda - Pernambuco.
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