Autor do Dossier: Helena Paulino
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Colaboraram no Dossier: Sérgio Manuel da Cruz, Professor do Dept. de Eng. Electrotécnica e de Computadores da Univ. Coimbra Fernando Estêvão Ferreira, Instituto de Sistemas e Robótica, Dept. de Eng. Electrotécnica e de Computadores da Univ. Coimbra Carlos Vasco, Resp. do Dept. de Serviços de Automação da Divisão Automation Products da ABB Portugal David Braga, Eng. Mecânico, colaborador do Dept. Comercial focado nas áreas dos serviços Pós-Venda da SEW-EURODRIVE Portugal Equipa técnica da ATEC do Porto
Limpeza e lubrificação previnem avarias nos motores eléctricos Valorizar a manutenção nos motores eléctricos
Não existem melhores ou piores técnicas de diagnóstico, mas uma série de técnicas mais direccionadas para a detecção de uma avaria específica de um motor eléctrico. A selecção de motores eléctricos passa sempre pelo tipo de aplicação que se pretende dar ao mesmo, como esclarece a equipa técnica da ATEC do Porto. Para além disso existem diversos parâmetros a ter em linha de conta como a escolha de correntes, tensões, potências, rendimentos, classes de operação, protecções, isolamentos, volume, consumo energético, o binário, não descurando o factor económico. David Braga, engenheiro mecânico e colaborador do Departamento Comercial focado nas áreas dos serviços de pósvenda da SEW-EURODRIVE Portugal, acrescenta “a potência e rotação, o tipo de fixação do motor necessárias à aplicação, o tipo de carga, as características do serviço e/ou aplicação (necessidade de freio, anti-retorno, entre outros), o meio ambiente e as condições de trabalho, o sistema de alimentação (utilização ou não de conversor de frequência) e a classe de rendimento solicitada.” Carlos Vasco, responsável pelo Departamento de Serviços de Automação da Divisão Automation Products da ABB Portugal enumera outras características de um motor eléctrico e explica algumas já referencia-
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das: “classe de serviço, velocidade e controlo (variação de velocidade), curva binário-velocidade da carga, as características de arranque (duração e frequência, entre outras), a capacidade de sobrecarga necessária, a inércia da carga (massas arrastadas) e ainda a forma de montagem (na horizontal ou na vertical).” Tipicamente a parcela dominante no custo de vida (life-cycle cost) dos motores eléctricos industriais passa pelo consumo energético, como referenciou Carlos Vasco da ABB e David Braga da SEW-EURODRIVE Portugal. A equipa da ATEC acrescentou que “supondo um regime de trabalho fora de sobrecargas e excluindo aqueles que são os custos directos por consumo energético num motor energético industrial sem colector e escovas, os elementos mecânicos de substituição, como rolamentos, são os mais flagrantes. No entanto, nos que possuem escovas estas são a par dos anteriores, concorrentes. A partir de um nível de maturidade e desgaste a pronunciar-se, há outros elementos que entretanto começam a entrar em linha de conta, como por exemplo, a integridade de enrolamentos.”
Para o Professor do Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores da Universidade de Coimbra (DEEC-UC), Sérgio Cruz, “existem diversas técnicas de diagnóstico de avarias em serviço de motores, sendo algumas delas mais vocacionadas para detectar um determinado tipo de avaria do que outras.” Quando as avarias são de natureza mecânica, sobretudo aquelas que ocorrem nos rolamentos do motor, Sérgio Cruz revela que “a análise das vibrações da carcaça do motor é uma técnica bastante eficaz na sua detecção por comparação com outros métodos de diagnóstico, baseados na análise de grandezas de natureza electromagnéticas, como a corrente eléctrica absorvida pelo motor, o fluxo magnético e o binário electromagnético, entre outras.” No caso dos rolamentos com baixas velocidades de rotação, a análise de ultra-sons é também um método bastante eficaz na detecção de anomalias dos mesmos. Quando as avarias são de natureza eléctrica, nomeadamente aquelas que ocorrem nos enrolamentos estatóricos do motor ou no respectivo circuito magnético, Sérgio Cruz explica que “as técnicas de natureza eléctrica tendem a produzir melhores resultados pois permitem uma detecção de tais falhas, quando elas ainda estão no seu estádio inicial de desenvolvimento.” E reforça que “devem ser privilegiadas as técnicas de diagnóstico que usam informação proveniente das três fases do motor e não apenas de uma, sendo pois de evitar o uso de técnicas como a análise espectral da corrente eléctrica para este fim em detrimento de técnicas - como a medição da componente de sequência negativa da corrente ou o Vector de Park da corrente eléctrica absorvida pelo motor.” Além disso, Sérgio Cruz também determinou que a “análise espectral da corrente eléctrica (assim como, a análise das vibrações da carcaça) pode, no entanto, ser usada com bastante sucesso na detecção de desalinhamentos entre o motor e a carga mecânica a ele acoplada.” Acrescentou que “as avarias que ocorrem no rotor dos motores de indução (com rotor em gaiola de esquilo), apesar de serem pouco frequentes na prática, podem ser detectados através da análise espectral da corrente eléctrica, desde que o nível de carga do motor seja mantido relativamente constante durante o período de aquisição dos sinais da corrente.” Este método de diagnóstico, nas aplicações onde estão instaladas cargas mecânicas de natureza pulsante ou oscilatória, deve ser excluído em detrimento de outros, como o Vector de Park da corrente eléctrica num referencial síncrono, para evitar falsas detecções da avaria. Sérgio Cruz também assinala que a termografia por infravermelhos é uma boa técnica de manutenção de motores eléctricos, quando “surgem problemas na sala de quadros a partir do qual o motor é alimentado.” Este é um método que pode ser utilizado na detecção de maus contactos eléctricos, que
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rolamentos isolados em motores de elevada potência que trabalham com uma variação electrónica, e quando não é utilizada a ventilação forçada em motores que trabalham com baixas frequências.” Carlos Vasco da ABB realçou que “os VSDs ao criarem uma alimentação “especial” para o motor, conseguem filtrar ocorrências negativas para os motores.” E acrescentou que “os VSDs, além de permitirem efectuar arranques suaves, proporcionam um menor desgaste mecânico e eléctrico do equipamento, e implementam uma série de protecção ao motor como uma protecção contra curto-circuitos, sobreintensidades, sobretensões e falta de fase.” E deste modo, não precisam de ser adquiridas separadamente. Sérgio Cruz, Professor da Universidade de Coimbra, explicou que “a proliferação na indústria de variadores electrónicos de velocidade, cujo sistema de controlo do motor se baseia na orientação do campo magnético (FOC), ou no controlo directo do binário electromagnético (DTC), onde há uma realimentação dos sinais da corrente, tensão e velocidade do motor, obriga a ter precauções especiais no uso das técnicas de diagnóstico tradicionalmente desenvolvidas para motores ligados directamente à rede eléctrica.” Isto acontece porque, continua Sérgio Cruz, “o sistema de controlo do variador de velocidade tende a atenuar ou a corrigir os efeitos que as avarias do motor pos-
suem nas grandezas realimentadas.” Assim sendo, metódos como a análise espectral da corrente eléctrica não podem ser utilizados da mesma forma quando o motor é alimentado directamente pela rede eléctrica. E Sérgio Cruz avisa que “mesmo que este método de diagnóstico continue a permitir a detecção da avaria, a avaliação da severidade da mesma fica irremediavelmente comprometida. Esta limitação é comum a quase todas as técnicas de diagnóstico que se baseiam na análise simples de sinais de natureza electromagnética.” Segundo dita a investigação actualmente a decorrer nesta área, num futuro relativamente próximo, “o próprio variador electrónico de velocidade vai incorporar técnicas de diagnóstico especificamente desenvolvidas para este tipo de sistemas, desempenhando o variador de velocidade, nesse caso, e em simultâneo, as funções de um equipamento de controlo e de diagnóstico de avarias no motor.” Fontes das imagens: Manual das Boas Práticas da Eficiência Energética, editado pelas seguintes entidades: - BCSD Portugal (Concelho Empresarial para o Desenvolvimento Sustentável, Associação sem Fins Lucrativos, criada em 2001 pelas empresas Sonae, Cimpor e Soporcel, associadas ao World Business Council for Sustainable Development; - Universidade de Coimbra (ISR - Dept. de Eng. Electrotécnica e Computadores); - Co-patrocinado pela ABB em Novembro de 2005. PUB
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