Tipos padronizados de cargas

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Tipos padronizados de cargas

  1. 1. Acionamentos Elétricos Angelo Alfredo Hafner | Marconi Januário Especialização em Automação Industrial - UNOESC
  2. 2. Acionamentos Elétricos Ex. Motivacional Excel Angelo Alfredo Hafner | Marconi Januário Especialização em Automação Industrial - UNOESC
  3. 3. Cadeia Cinemática Um motor elétrico aciona por meio de uma transmissão por engrenagens o tambor de um guincho de içamento com diâmetro de 400mm. O guincho deve erguer um peso de 20 kN à velocidade de 0,5m/s demorando a partida 0,9 s. engrenagemd d engrenagemb engrenagemc Acoplamento engrenagema m
  4. 4. Cadeia Cinemática Conjugados wcarga w2 wm it C m it = 0, ( p + C m ) 45 C C carga C2 = d = mg 2 C carga (eb /ec )hab C2 C m it = (ea /eb )hab
  5. 5. Cadeia Cinemática Momentos de inércia Jed wcarga Jeb w2 J m it wm it Ja Jea Jec 1 2 1 2 Jw = m v 2 2 2 æv ÷ ö Jcarga = m ç ÷ ç ø çw ÷ è J2 = Jcarga 2 (ec /ed ) Jm it = J2 2 (ea /eb )
  6. 6. Descrição Variável Valor Unidade tempo de aceleração dt 900.00E-03 s velocidade da elevação v 500.00E-03 m/s Peso a ser elevado P 20.00E+03 N diâmetro do tambor d 400.00E-03 m Momentos de Inércia acoplamento Ja engrenagem "a" J ea engrenagem "b" J eb engrenagem "c" J ec engrenagem "d" J ed tambor Jt 2 75.00E-03 Kg.m 2 50.00E-03 Kg.m 2 525.00E-03 Kg.m 2 159.00E-03 Kg.m 2 1.38E+00 Kg.m 2 275.00E-03 Kg.m relação de engrenagens "ab" e a /e b 6.00E+00 relação de engrenagens "cd" e c /e d 10.00E+00 rendimento da redução "ab" h ab h cd rendimento da redução "cd" 950.00E-03 950.00E-03
  7. 7. Resolução Descrição Variável conjugado da carga Cc conjugado da carga visto pelo motor C c,eixo rotação do tambor wt wm rotação que o motor deveria acionar o conjunto Valor Unidade 4.00E+03 N.m 73.87E+00 N.m 2.50E+00 rd/s 150.00E+00 rd/s 1.43E+03 rpm número de pólos do motor potência do motor p Pm 4.00E+00 13.92E+03 W P nm 18.66E+00 hp 14.92E+03 W w nm 20.00E+00 hp 185.88E+00 rd/s conjugado nominal do motor pré escolhido C nm 1.78E+03 rpm 80.27E+00 N.m rotação da carga wc 3.10E+00 rd/s velocidade da carga vc 619.59E-03 m/s Momentos de Inércia rotor Jr acoplamento Ja engrenagem "a" J ea engrenagem "b" J eb engrenagem "c" J ec engrenagem "d" J ed tambor Jt carga Jc potência escolhida do motor pré escolhido rotação do motor pré escolhido 2 95.35E-03 Kg.m 2 75.00E-03 Kg.m 2 50.00E-03 Kg.m 2 14.58E-03 Kg.m 2 4.42E-03 Kg.m 2 381.94E-06 Kg.m 2 76.39E-06 Kg.m 2 22.68E-03 Kg.m total J total conjugado de aceleração necessário para partir a máquina no tempo dtC a,necessário 2 262.48E-03 Kg.m conjugado necessário para partir e manter a carga C total da carga 128.08E+00 N.m conjugado de partida do motor escolhido C p,motor 3.00E+00 pu conjugado máximo do motor escolhido C m,motor 3.50E+00 pu conjugado de aceleração que o motor disponibiliza C a,disponível 54.21E+00 N.m 234.78E+00 N.m
  8. 8. Acionamentos Elétricos Conceitos Básicos Angelo Alfredo Hafner | Marconi Januário Especialização em Automação Industrial - UNOESC
  9. 9. Acionamento Elétrico • Sistema capaz de converter energia elétrica em energia mecânica, produzindo trabalho e mantendo controle sobre tal processo de conversão • Composto de: – Motor elétrico – Equipamento de comando/controle – Órgãos de transmissão
  10. 10. Aceleração da Carga dv FR  m a  m dt CR  J   J dw dt t2 1  dt  FR t1 t2  dt  t1 1 CR v2  m dv v1 w2  w 1 J dw m t  v FR t  J w CR
  11. 11. Conjugados padronizados de conjugados Curva: CONSTANTE LINEAR PARABÓLICO HIPERBÓLICO Conjugado X Rotação Exemplos de Aplicação • Compressores à pistão • Talhas • Bombas à pistão • Britadores • Transportadores contínuos • Calandras • Bombas de vácuo • • • • Bombas cent. Ventiladores Misturadores cent. Compressor cent. Categoria do motor N H N H N H Conjugado de Carga médio (Ccméd ) C cn C 0 + C cn 2 2 0 + C cn C 3 • Bobinadeira de fios, panos e papel; • Descascador de toras; • Tornos. Corrente Contínua æ c÷ ö C cn nc çn ÷ lç ÷ n nc - n1 çn1 ÷ è ø
  12. 12. Potência, fator de potência e rendimento ì F Dx ï ïP = = Fv ï DW ï Dt P = í Dt ï ï P = C Dq = C w ï ï Dt ï î Pentrada FP = S Pútil h= Pentrada MIT Sistema Ativa Aparente Reativa Útil
  13. 13. Conjugado X Rotação – motores elétricos CA CM CM CP Cm CN nN nS nS s ns - n s= ns
  14. 14. Conjugado X Velocidade – motores CC Excitação Série Conjugado Conjugado Excitação Paralela Rotação Rotação
  15. 15. Conjugado X Velocidade – comparativo CC Paralelo C Síncrono n
  16. 16. Resistência Rotórica R aumenta
  17. 17. Resistência Rotórica
  18. 18. Design do Rotor Classe A Classe B NEMA Classe C Classe D
  19. 19. Fluxo em rotores de barras profundas
  20. 20. NEMA e ABNT NBR 7094 N EB 120 A B H D C C D D H N n
  21. 21. Gaiola simples x gaiola dupla Características torque-velocidade de um MIT 600 500  ind 400 300 200 Gaiola Simples Gaiola Dupla 100 0 0 200 400 600 800 1000 n m 1200 1400 1600 1800
  22. 22. Acionamentos Elétricos Exemplos Numéricos Angelo Alfredo Hafner | Marconi Januário Especialização em Automação Industrial - UNOESC
  23. 23. Talha Dimensionar um motor que aciona uma talha: – Alimentação: 220 V, 60 Hz, partida direta – Ambiente: 40 °C, 1000 m – Construção: horizontal, ambos os sentidos de rotação, isolamento B – Rend. 0,9600 – Classe de Oper. 1 Cm (120 ciclos/h – 20% de ED) C LA SSE 1 Dm 1 Cm 1 Bm 1 Am 2m 3m 4m 5m R E G IM E IN T E R M IT E N T E P E R IÓ D IC O ED % M anobras/h 15 20 25 30 40 50 60 60 90 120 150 180 240 300 360 360 D E T E M P O LIM IT A D O P erí odo de O peração (m i n) 7. 5 7. 5 15 15 30 30 60 > 60
  24. 24. Talha Esquemático R = 0,041 MOTOR acopamento REDUT OR Jr = 0,0001 kgm² Jac = 0,0002 kgm2 Jr = 0,01191 kgm2 0,22 m 0,8 m/ s 400 kgf
  25. 25. Talha Cálculos Preliminares • Potência solicitada F v 400 ×9, ×0, 81 8 P = = = 3, 27kW Þ 3, 7kW h 0, 96 • Rotação da polia 0, 8 v = wR w = = 7, 273r s = 69, ad 449r pm 0, 2 22 • Rotação do motor n= 69, 449 = 1698r Þ 4 pól pm os 0, 041
  26. 26. Talha Motor pré-escolhido • 3,7 kW, IV polos Cp I n  15 A J m  0, 01191 kg m Cn 2 Cn  2, 0 kgf m  19, 62 N m Ip In  3, 0 nn  1710 rpm  8, 0 Cm  3, 0 Cn classe B
  27. 27. Talha Tempos trabalho e de repouso % ED = T = A ltura 2 ×t t F F = 2 ×(t + t ) t + t F R F R 3600 = 30s 120 ì t = 0, ×15 = 3 s 2 ï F T = 2 ×(t + t ) Þ t + t = 15 s ® ED 20% Þ ï í F R F R ï t = 15 - 3 = 12 s ï R î 1o ciclo T empo T tF tR 2o ciclo tF tR
  28. 28. Talha Momentos de Inércia • Carga 2 2 ö æ 0, ö 8 ÷ ÷ = 400 ×ç ÷ 82kgm 2 ÷ = 4, ç ÷ ç2 ×p ×1 16÷ ÷ , ø è ø c æ v Jc = m ×ç ç ç2 ×p ×n è JcRe = Jc ×R 2 = 4, ×0, 2 = 7. ´ 10- 6 kgm 2 82 04 712 • Polia JpRe = Jp ×R 2 = 0, ×0, 2 = 48´ 10- 6 kg ×m 2 03 04 • Total JtRe car pol acopl ent r 44444 ot 644447ga 4 64447ia 8 6444447or 4 44448 444 8 64444 am44448 47 o 4 = 7. ´ 10- 6 + 48´ 10- 6 + 11. ´ 10- 6 + 2. ´ 10- 6 712 190 000 JtRe = 21, ´ 10- 3 kgm 2 67
  29. 29. Talha Conjugados do motor e carga e tempo de aceleração C m = 0, × 62× 3, + 3, ) = 52, N m 45 19, ( 0 0 97 C= P w no ei do m ot xo or 644447 44448 64444447 4444448 na car ga 3 } 3, ´ 10 27 Cc = = 449, ×m Þ C cR m = 449, ×0, = 18, N m 8N 8 04 0 7, 273 ö 1710 æ , ´ 10- 3 ÷ ç21 670 ÷ = 0, s t = 2p 11 ç a ç 52, - 18, ÷ ÷ 60 è 97 0ø
  30. 30. Talha Corrente equivalente C orrent e Ip t t a F } } æ eq ÷ I ö 8, 2 ×0, + 12 ×2, 11 89 ç ÷ = 0 ç ÷ ç ÷ 3 + 12 / 3 æ t asse ö è In ø { { çD cl ÷ 2 2 æ eq ÷ ö çI ÷ < ç ç ÷ ç ç In ÷ è ø è Dt n ÷ ÷ ÷ ø t +t a F 2 æ eq ÷ ö çI ÷ = 1, 41 ç ÷ çI ø ÷ è n  Se 1,00  (Ieq / In)²  1,25  Utilizar motor classe F  Se 1,25  (Ieq / In)²  1,56  Utilizar motor classe H IN T empo 0,11 s 2,89 12 s 15 s t R
  31. 31. Ventiladores e Bombas Dimensionar um motor que aciona um ventilador: – 440V, 60Hz, partida direta. – Classe B, 1780rpm, 20kgm2 – Acoplamento direto, conjugado nominal Cc = 320 [N.m] com o registro (damper) aberto e Cc = 160 [N.m] com o registro fechado.
  32. 32. Ventiladores e Bombas Cálculos preliminares 1780 n= = 1780r = 186, ad/s Þ I pól s pm 4r V o 1 wC 186, ´ 320 4 P = = = 59, 7kW = 81, 2cv Þ 100cv hac 1 100 cv IV pólos
  33. 33. Ventiladores e Bombas Conjugado médio da carga Co  0,11Cc  0,11 320  35, 2 N m Conjugado (%) 2 o + Cc C 2 ×35, + 320 2 Cc = = = 130, N m 1 3 3 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Conjugado com o registro fechado Conjugado com o registro aberto 0 20 40 60 Rotação (%) 80 100
  34. 34. Ventiladores e Bombas Conjugado médio do motor C m m éd æ part C m áx ÷ ö çC ÷ = 0, ç 45. C ç C + C ÷ 0n ÷ è n n ø C m m éd = 1. 140, N m 48
  35. 35. Ventiladores e Bombas Tempo de aceleração F = m aÞ C = Ja = J t = w a dw C Þ D t= Dw dt J Jm + Jce 0, 9483 + 20 = 186, × 4 = 3, s 86 C m , éd - C r, éd 1. 140, - 130, 48 1 m m Menor que 0,8 vezes o tempo de rotor bloqueado!
  36. 36. Compressores C c = R (1, C cn ) 15
  37. 37. Compressores Cálculos preliminares • Velocidade do motor nc 1. 125 n= = = 1. 730 r Þ I pól s pm V o R 0, 5 6 • Potência nominal da carga wC cn Pc = h æ ö p÷ ç1. ç 125 30÷24 ÷ è ø = = 2, kW Þ 3 kW 95 0, 96
  38. 38. Compressores Conjugados • Conjugado médio do motor C m = 0, (C partida + C m áxim o ) 45 = 0, ´ (2, + 2, )´ 1, ´ 9, 45 5 8 69 81 = 39, N m 54 • Conjugado médio da carga C c = R (1, C cn ) 15 = 0, (1, ´ 24) 65 15 = 0, ´ 27, 65 6 = 17, N m 94 3 kW - IV pólos Cp / Cn = 2,5 Cmáx / Cn = 2,8 Cn = 1,69 kgf m
  39. 39. Compressores Tempo de aceleração æJm + Jc ö ÷ t = wn ç ÷ ç a ÷ çC m - C c ø ÷ è æ 00918 + 2, (0, )2 ö 5 65 ÷ p ç0, ÷ = 1. 730 ç ÷ ç ÷ 30 ç 39, - 17, 54 94 ÷ è ø æ 00918 + 1, ö 06÷ ç0, = 181, ç 165 ÷ ç 39, - 17, ø 54 94 ÷ è = 8, s 96
  40. 40. Compressores Escolha de motor de maior potência æJm + Jc ö ÷ t = wn ç ÷ ç a ÷ çC m - C c ø ÷ è æ 00995 + 2, (0, )2 ö 5 65 ÷ p ç0, ÷ = 1. 730 ç ÷ ÷ 30 ç 55, - 17, 62 94 ç ÷ è ø æ 00995 + 1, ö 06÷ ç0, = 181, ç 165 ÷ ç 55, - 17, ø 62 94 ÷ è = 5, s 14
  41. 41. Compressores Trocar classe de isolamento de “B” para “F” t , = 1, 3846t , rb F rb B = 1, 3846´ 6 = 8, s 31 t = 8, s (t po de acel ação do m ot 1) 96 em er or a Conclusão: O motor empregado para acionar o compressor deverá ser o da opção 1, ou seja:
  42. 42. Acionamentos Elétricos Ex. Motivacional MatLab Angelo Alfredo Hafner | Marconi Januário Especialização em Automação Industrial - UNOESC
  43. 43. Partida sem carga Partida com carga linear Partida com carga quadrática (exercício)

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