PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS APLICADO EM … · PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS APLICADO EM UM COMPLEXO DE SILOS DE ARMAZENAMENTO DE GRÃOS - Londrina,

GUSTAVO RIBAS ROESLER

PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICASINDUSTRIAIS APLICADO EM UM COMPLEXO DE

SILOS DE ARMAZENAMENTO DE GRÃOS

Londrina2018


PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICASINDUSTRIAIS APLICADO EM UM COMPLEXO DE

SILOS DE ARMAZENAMENTO DE GRÃOS

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado aoDepartamento de Engenharia Elétrica da Universi-dade Estadual de Londrina.

Orientador: Professora Dra. Silvia Galvão deSouza

Coordenador: Me. Jaime Laelson Jacob

Londrina2018

FICHA CATALOGRÁFICA

Gustavo Ribas Roesler

PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS APLICADO EM UM COMPLEXODE SILOS DE ARMAZENAMENTO DE GRÃOS - Londrina,2018

Orientadora: Dra. Silvia Galvão de Souza.

1. Instalações Elétricas. 2. Eficiência Energética. 3. Máquinas Elétricas. 4 Silos Agrícolas.Universidade Estadual de Londrina. Curso de Engenharia Elétrica. II. .


PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAISEM UM SISTEMA DE ARMAZENAMENTO DE GRÃOS

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado aoDepartamento de Engenharia Elétrica da Universi-dade Estadual de Londrina.

BANCA EXAMINADORA

Prof. Dra. Silvia Galvão de SouzaUniversidade Estadual de Londrina

Prof. Dr. Carlos Henrique Gonçalves TrevisoUniversidade Estadual de Londrina

Prof. Me. Osni VicenteUniversidade Estadual de Londrina

Londrina, 12 de dezembro de 2018.

Dedico este trabalho à minha mãe, ao meu pai e

ao meu irmão.

AGRADECIMENTOS

Para cada etapa que termina encontro motivos e pessoas pra agradecer, foram 5 anos devivencias, alegrias, dificuldades e conquistas foram 5 anos da minha vida dedicados a chegaronde estou chegando agora e de forma alguma teria chegado aqui sozinho. Agradeço primeira-mente a Deus, pela minha saúde, por me manter leve em momentos bons e assim poder ver ascoisas boas que aconteciam ao me redor e por me manter firme nos momentos difíceis.

Agradeço principalmente a minha mãe, ao meu pai e ao meu irmão, eles sempre mederam todo o apoio possível em todas as decisões, sempre me fizeram sentir alguém especial ecapaz de conseguir qualquer coisa sem eles eu jamais seria quem sou hoje, os três me mante-ram aqui as vezes com dificuldade e todos os dias com saudade, vocês são meu porto seguro.Agradeço a Ludmila que sempre esteve comigo, companheirismo define muito do que temosum pelo outro nessa etapa com tantas reviravoltas mas sempre com muito amor e cuidado quenos fez superar a correria do dia a dia e encontrar paz, obrigado por entender todas as noitesviradas estudando, os finais de semana sem tempo pra nada, em meio a todo o caos você sempretrouxe alegria agradeço por toda a ajuda no TCC e obrigado por você ser você.

Agradeço a toda minha família e familiares que sempre fizeram parte de mim, cadaum do seu jeito acrescentando tanto no minha vida, o amor de duas famílias grandes que sepreocupam com os seus e que conseguem se manter tão próxima é uma dádiva de Deus pela qualagradeço todos os dias. Agradeço em especial aos meus Tios João e Márcia que me acolheramaqui em Londrina durante todos esses anos, sempre com muito cuidado e carinho, sem vocêsnão teria como nada disse acontecer.

Agradeço ao Rafael e ao meu tio Volmir que me deram a oportunidade deste projeto,pelos ensinamentos e pela possibilidade de adquirir conhecimentos que complementaram imen-samente a minha formação profissional.

Agradeço a UEL como um todo, toda a sua estrutura que me permitiu realizar tudo, todosos professores, aos técnicos do laboratório e a toda a equipe da UEL, em especial a professoraSilvia que aceitou com entusiasmo o projeto proposto e me auxílio sempre que a procurei meajudando sempre em minhas indecisões, agradeço aos professores Osni e Treviso que na análiseda pré banca puderam me indicar o caminho certo.

Por fim, agradeço aos meus amigos, aos que já tinha comigo desde antes de tudo come-çar (Duds, João...) e tantas pessoas que encontrei nesse caminho. Tantas ajudas com o estudo(Frimi, Karina, Omar...), o caderno que deveria ser o livro do curso (Kuerten T.), momentos dealegrias e sonhos a parte (Germano, André...) tantos nomes e momentos que nem cabem emuma folha de papel sem vocês eu não teria chego até aqui, com certeza não em 5 anos. Somosmuito do que cada um contribuiu nas nossas vidas, acredito que me tornei uma pessoa melhore tenho certeza que me tornei uma pessoa mais feliz pela oportunidade de conhecer pessoas tãoincríveis, se nada tivesse sentido, vocês ainda teriam feito tudo valer a pena.

"Dos cegos do castelo me despeço e vou

A pé até encontrar

Um caminho, o lugar

Pro que eu sou"

Nando Reis

Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) - UniversidadeEstadual de Londrina, Londrina, 2018.

RESUMO

Este Trabalho de Conclusão de Curso apresenta o desenvolvimento de um projeto de instalaçõeselétricas industriais, voltado para o estudo de caso da aplicação de um silo de armazenamentode grãos, com uma característica abrangente e o objetivo de realizar um projeto completo compropostas de eficiência. Em cada etapa do projeto foi utilizado como guia a normativa vigentee realizando a conexão entre conceitos teóricos e a prática. Partindo de uma planta e do fun-cionamento de um sistema real, foi desenvolvido todo o projeto elétrico, partindo da alocaçãodos motores, construção dos circuitos, dimensionamento dos cabos, definição de proteção epartidas elétricas, quadro geral e todas as etapas culminando em um projeto final. Analisandoo resultado e propondo métodos de otimização do projeto com formas específicas de eficiênciaenergética, obtendo resultados satisfatórios com relação a propostas de economia de energiaconsumida pelo sistema.

Palavras-chave:Instalações Elétricas Industriais, Eficiência Energética, Máquinas Elétri-cas, Silos Agrícolas

Monograph in - State University of Londrina, Londrina, 2018.

ABSTRACT

This Work under graduation thesis presents the development of an industrial electrical installa-tions project, focused on the study of the application of a grain warehouses, with a comprehen-sive characteristic and the objective of carrying out a complete project with efficiency proposals.At each stage of the project, using as a guide the current regulations and making the connec-tion between theoretical concepts and practice. Starting from a plant and the operation of areal system, all the electrical design was developed, starting from the allocation of the motors,construction of the circuits, dimensioning of the cables, definition of protection and electricaldepartures, general framework and all the stages culminating in a complet project . Analyzingthe result and proposing methods of optimization of the project with specific forms of energyefficiency.

Keywords: Industrial Electrical Installations, Energy Efficiency, Electric Machinery, GrainWarehouses

LISTA DE FIGURAS

2.1 Enrolamentos CC e CA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.2 Ilustração referente a construção e detalhes de um motor elétrico de indução . . 182.3 Relação entre partida direta e soft starter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.4 Diagrama simplificado da alocação do inversor de frequência . . . . . . . . . . 232.5 Relação de tensão nominal, corrente e torque em função da frequência . . . . . 242.6 Componentes dos cabos elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.7 Fatores de correção para temperaturas ambientes diferentes de 30 graus celcius

para linhas não-subterrâneas e de 20 graus celcius para linhas subterrâneas . . . 282.8 Porcentagens toleráveis de queda de tensão para cada estágio do circuito . . . . 302.9 Triangulo de potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.1 Visualização de máquina de pré limpeza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.2 Sistema de armazém em construção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.3 Fluxograma do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.4 Corte do sistema de armazenamento de grãos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.5 Planta baixa do sistema sistema de armazenamento de grãos . . . . . . . . . . 38

4.1 Planilha de cálculo da taxa de ocupação para eletrodutos . . . . . . . . . . . . 434.2 Planilha de cálculo de queda de tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454.3 Projeto elétrico do sistema planta baixa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.4 Projeto elétrico do sistema corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.5 Diagrama unifilar do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504.6 Painel centro controle de máquinas e quadro geral . . . . . . . . . . . . . . . . 524.7 Painel centro de controle de máquinas e quadro geral . . . . . . . . . . . . . . 524.8 Diagrama do fluxo de gãos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534.9 Painel de acionamento de máquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554.10 Foto painel de acionamento das máquinas: chaves de seleção e botão de emer-

gência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554.11 Visão externa completa do painel de acionamento das máquinas . . . . . . . . 564.12 Banco de capacitores instalados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574.13 Planilha de consumo de energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594.14 Planilha de consumo de energia, relação economia e custo para cada escolha de

cabeamento dos motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604.15 Planilha de consumo de energia e relação de custos para motores comum e de

alto rendimento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

ABNT Associação Brasileira de Normas.NBR Norma Brasileira Aprovada.CA Corrente Alternada.CC Corrente Continua.CCM Centro de Controle de Máquinas.QDG Quadro Geral.FP Fator de Potência.QT Queda de Tensão.SPDA Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas.

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.1 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.2 Contextualização Motivação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.3 Estrutura do trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.1 Normas para Projetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.2 Motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.2.1 Características dos Motores Trifásicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.2.2 Partida de Motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.3 Proteção de Circuitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.4 Dimensionamento de Cabos Elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.4.1 Condutores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.4.2 Condutor de proteção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.4.3 Fatores de correção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.4.4 Tubulação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.5 Queda de tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.5.1 Queda de tensão para sistema trifásico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.6 Fator de potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.7 Análise e eficiência energética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.7.1 Consumo de energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.8 Sistema de proteção contra descargas Atmosféricas (SPDA) . . . . . . . . . . . 33

3 DESENVOLVIMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.1 Sistema a granel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.2 Instalações elétricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

4 RESULTADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.1 Cabeamento e dutos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.1.1 Iluminação e Tomadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.1.2 Eletrodutos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424.1.3 Fatores de correção e cálculo de queda de tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . 444.1.4 Plantas e finalização dos cabos e dutos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454.2 Sistema de proteção e partidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474.2.1 Seleção e dimensionamento de partidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474.2.2 Dimensionamento de disjuntores e diagrama unifilar . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.2.3 Quadro geral CCM e diagrama unifilar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514.3 Controle de fluxo de máquinas e painel de comandos . . . . . . . . . . . . . . . 534.4 Correção do fator de potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564.5 Análise Energética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574.5.1 Case WEG aplicado a um sistema de armazenamento de grãos . . . . . . . . . 62

5 CONCLUSÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

ANEXOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

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1 INTRODUÇÃO

Este trabalho foi desenvolvido como um estudo de caso de um projeto elétrico indus-trial aplicado em um sistema de armazenamento de grãos em todas as etapas. O projeto foidesenvolvido por intermédio da empresa ANIEL Engenharia localizada em Londrina-PR, comsupervisão do engenheiro responsável Rafael Assalin. O projeto foi desenvolvido ao longo doano de 2018 e sua análise e estudo do trabalho em questão realizado de forma paralela. A exe-cução do projeto está prevista para o início do ano de 2019 momento em que a estrutura físicado sistema já estará finalizada, na cidade de Rio Verde, Goiás.

1.1 OBJETIVOS

Realizar o projeto elétrico industrial de um sistema de armazenamento de grãos, execu-tando todas as etapas do projeto com foco nas máquinas elétricas, desde o dimensionamento dosmotores, sistema de proteção, partida e cabeamento, seguindo os critérios das normativas emvigor e com o objetivo final de obter um projeto com a plena possibilidade de implementaçãode forma eficiente e adequada, conectando conceitos teóricos com a aplicação prática. Analisaras formas convencionais da realização deste serviço propondo em cada etapa possíveis otimi-zações e por fim uma análise energética e possibilidades de eficiência e redução no consumo deenergia.

1.2 CONTEXTUALIZAÇÃO MOTIVAÇÃO

A agricultura brasileira, é uma das grandes forças da economia no país e esta se desen-volvendo de forma cada vez mais eficiente. Com o uso da tecnologia no campo, os processosveem se tornando mais inteligentes e assim aumentando a produtividade.

A soja é o principal commodit comercializado no país, sendo o Brasil um grande consu-midor e exportador. Em um mercado gigantesco e globalizado, este "simples grão"movimenta einfluência de formas direta ou indireta a agroindústria como um todo, movimentando bilhões dedólares anualmente. O Brasil é o segundo maior produtor de soja do mundo, tendo produzidoem 2017, 117,208 milhões de toneladas (EMBRAPA, ). Mesmo com o aumento da tecnolo-gia a produção ainda é dependente do clima e das intemperes, fazendo com que na hora dacomercialização, produtor dependa do preço no momento da colheita.

Com um volume de produção tão grande e um mercado volátil e internacional, a necessi-dade de armazenamento dos grãos se mostra evidente. Quando realizado de maneira correta esteprocesso pode, além de preservar a matéria prima, aumentar seu valor econômico através dosprocessos de limpeza e secagem, obtendo um produto de maior qualidade e com a possibilidadede ser comercializado em um momento favorável do mercado. O sistema de armazenagem mais

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utilizado é a granel, composto por um complexo de conjunto de silos metálicos, o qual buscanão só armazenar os grãos mas seleciona-los e seca-los e mantendo-os na qualidade e umidadeideal para venda futura.

O sistema como um todo funciona a partir de máquinas elétricas, mostrando a necessi-dade de um projeto elétrico bem executado para o correto funcionamento do todo. O projetoelétrico deste sistema é considerado um projeto industrial e são os motores que fazem o sistemafuncionar, desde a chegada do grão até sua expedição.

1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO

Este documento está organizado em cinco capítulos, por meio dos quais serão descri-tos o projeto proposto, a fundamentação dos conceitos de instalações elétricas industriais, odesenvolvimento e os resultados obtidos.

No presente capítulo é apresentada uma introdução à respeito dos objetivos do trabalho,os conceitos gerais relacionados ao seu desenvolvimento, a importância da aplicação e a estru-tura utilizada para a sua execução. São apresentadas a relevância e a importância do trabalhodentro do âmbito nacional e a conexão com a Engenharia Elétrica.

No segundo capítulo, são apresentados os fundamentos teóricos necessários para o de-senvolvimento do projeto, as normativas referentes a cada estágio de desenvolvimento, junta-mente com as expressões matemáticas para realização dos cálculos. Envolvendo desde o con-ceito de motores com suas principais características, os conceitos para aplicação do projeto porinteiro e questões referentes a análise energética.

Em seguida, no terceiro capítulo, é apresentado o funcionamento do sistema de armaze-namento de grãos, juntamente com o desenvolvimento e a metodologia de cada etapa aplicadano projeto. Apresentando as plantas obtidas, diagrama de fluxo do sistema, alocação e relaçãodos motores. Os conhecimentos e dados necessários para o desenvolvimento do projeto dosquais é possível desenvolver todo o projeto.

No capitulo referente aos resultados, é apresentado todo o procedimento realizado embusca dos objetivos. Aplicando a teoria existente para cada etapa, demonstrando os resultadosparciais e através da junção de destes a projeção completa do projeto desejado. Apontando eexibindo os resultados reais alcançados, por fim a análise do projeto como um todo e possíveisformas de alcançar uma maior eficiência.

Por fim, no quinto capítulo, discute-se à respeito da relevância da execução do projeto,por meio da conexão entre o ambiente teórico e prático. A efetividade das melhorias propostase principalmente o aprendizado referente a realização do projeto.

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2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 NORMAS PARA PROJETOS

Todo projeto elaborado tem como base e parâmetro de qualidade os documentos norma-tivos, no Brasil estes documentos são de responsabilidade da Associação Brasileira de Normase Técnicas (ABNT). Tratando do objetivo do trabalho como um projeto de instalações elétricasde baixa tensão, a norma vigente utilizada é a, NBR-5410 Instalações elétricas de Baixa tensão,a qual se aplica em todas as etapas das instalações elétricas de baixa tensão de modo a ser con-sultada especificamente em cada âmbito do projeto. Os itens das normas utilizados no projetoserão descritos de forma detalhada em cada respectiva seção, de forma a realizar uma conexãoentre o trabalho sendo feito e as características exigidas para a efetividade e validade do projeto.

2.2 MOTORES

Os motores elétricos podem ser definidos como: uma máquina que transforma energiaelétrica em energia mecânica. De maneira simplificada, quando uma bobina é percorrida poruma corrente elétrica, é criado um campo magnético orientado conforme o eixo da bobina ede valor proporcional a corrente como mostra a Figura 2.1 (WEG, 2014a). Os motores sãodivididos em duas principais categorias, os que trabalham a partir de uma fonte de correntecontínua (CC) ou alternada (CA). Na Figura 2.1 podemos ver a diferença de construção emfunção do enrolamento para motores de corrente contínua e para corrente alternada.

Figura 2.1: Enrolamentos CC e CA

Fonte: Apostila WEG

Como visto no desenho do lado esquerdo da figura, o motor com Rotor em gaiola temseu funcionamento baseado em três enrolamentos instalados no estator diretamente na fontede alimentação, sendo que tanto os enrolamentos são deslocados de 120 como a fonte de ali-mentação trifásica também são defasadas no tempo de 120. A velocidade angular do campo

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magnético girante é definida apenas pela frequência da alimentação, assim, se conectado dire-tamente a rede tem uma velocidade angular fixa (MAMEDE, 2017).

Os motores mais utilizados na indústria em geral, são os de indução trifásicos comrotor em gaiola, sendo considerados mais viáveis financeiramente. Por ter uma alta gama deaplicações, simplicidade de construção, uma longa vida útil e principalmente um custo reduzidotanto para a compra quanto para a manutenção. (FITZGERALD; KINGSLEY; UMANS, 2006)(MAMEDE, 2017) (FRANCHI, 2008).

Os motores de indução trifásicos tem sua construção em diversas peças e etapas, a Figura2.2 demonstra cada peça característica da montagem básica do motor elétrico de indução.

Figura 2.2: Ilustração referente a construção e detalhes de um motor elétrico de indução

Fonte: (Catálogo WEG)

Percebe-se que o motor tem uma construção robusta e bem detalhada, onde as peçasmais externas são construídas e alocadas de forma a proteger o motor de esforços físicos econstruída de forma a se obter uma boa ventilação, buscando uma diminuição no aquecimento.Existem motores com construção especiais para aplicações especiais, adequando ao ambienteem que será instalado, já que este possui uma vasta gama de aplicações.

Dentro do sistema de armazenamento de grãos os motores são utilizados em todas asetapas, desde a a pré limpeza, esteiras, elevadores, ventilação, aeração transporte dentro do sis-tema e expedição. Para um bom funcionamento do projeto como um todo, é essencial o corretodimensionamento dos motores, atendendo a capacidade necessitada e suprindo a demanda decarga do sistema.

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2.2.1 Características dos Motores Trifásicos

Para um uso adequado e otimizado dos equipamentos, é necessário conhece-los comoum todo,entendendo seu funcionamento e suas principais características. Só com uma análisecompleta é possível utilizar todo o potencial de uma máquina, minimizando custos e perdas.

Potência do motor

A potência pode ser definida como a relação entre a energia gasta para realizar deter-minado trabalho e o tempo em que o mesmo foi executado. A potência nominal de um motoré a potência que o motor pode fornecer no eixo, em regime contínuo, sem elevar os limites detemperatura, da sua classe de isolamento, além do estipulado por norma. Devido as perdas mui-tas delas causadas pelo próprio aquecimento, campo magnético e características construtivas,muita da energia consumida pelo motor é perdida. A eficiência do motor é vista como a relaçãoentre a energia utilizada e a energia convertida em trabalho efetivamente.

O motor também pode trabalhar acima da potência nominal ou seja acima da potênciaideal para que ele foi projetado, porém a medida que são aplicadas cargas que fazem o motortrabalhe muito acima da potência para qual foi projetado a temperatura do motor se eleva alémdo normal, o que acarreta na redução da vida útil ou mesmo podendo danificar o enrolamentointerno do motor chegando a resultar em um curto circuito, e ocasionando assim a queima doequipamento (MAMEDE, 2017).

Cada motor tem sua rotação nominal, que é a rotação do eixo do motor trabalhando coma sua carga nominal. É chamado de regime de serviço o modo em que o motor opera, sendoque alguns motores trabalham continuamente e outros são acionados de tempos em tempos,oscilando entre estarem parados e até mesmo em trabalhar com sobrecarga (FRANCHI, 2008)(FITZGERALD; KINGSLEY; UMANS, 2006). O motor é fabricado com a capacidade de tra-balhar em uma potência acima da potência nominal, em condições desfavoráveis. Esta potênciaque excede a à potência nominal (uma "folga"do motor) é chamada de fator de serviço, sendodefinido como a capacidade de sobrecarga contínua que o motor pode suportar. Como exem-plo um motor com fator de serviço de 1,15 pode trabalhar com carga 15% acima da nominal(FRANCHI, 2008).

Para os valores nominais de trabalho o motor também possui a sua corrente nominal,podendo ser vista na equação 3.1 o método de cálculo de corrente nominal para motores trifási-cos.

inominal =P [W ]

V√

3cos(φ)η(2.1)

Esta corrente nominal é a corrente utilizada para todos os cálculos necessários, é umdos valores mais importantes a serem levadas em consideração no dimensionamento dos caboselétricos.

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Rendimento

O rendimento de um motor é a relação entre a potência ativa fornecida pelo motor(potênciade saída) e a potência ativa solicitada pela rede (potência de entrada), sendo quantificado pelaequação 2.2

η =Psada

Pentrada

(2.2)

Tendo um melhor rendimento com η mais próximo de 1. Quanto maiores as perdas domotor, menor é a sua potência fornecida e assim menor é o rendimento. Tendo que o rendimentoda máquina aumenta com o funcionamento do motor estando mais próximo da sua potêncianominal (FRANCHI, 2008) o resultado vem de dois tipos de rendimentos do motor: um emfunção da sua potência nominal e outro em função da potência no seu eixo. Diversas perdaspodem causar diminuição de rendimento, estas serão citadas adiante. Uma prática do projetistaque pode auxiliar no rendimento do motor é o seu dimensionamento adequado, utilizando omotor de potência ideal para o uso específico.

2.2.2 Partida de Motores

Existem diversos tipos de partidas de motores, cada uma com suas características vanta-gens e desvantagens. É de extrema necessidade utilizar a partida mais adequada para o motor,dentro da sua aplicação, tornando possível gerar uma economia, principalmente no consumode energia e desgaste do motor. Como o trabalho em questão envolve diversos motores, serácomentado sobre alguns métodos de partida de motores, e seu funcionamento.

Partida Direta

O método mais simples de se acionar um motor é através da partida direta, que conectaas três fases da rede diretamente ao motor, tendo a corrente de partida diretamente proporcionala tensão de alimentação e diminui a medida que a velocidade aumenta. A partida direta possuicertas vantagens, simplicidade de instalação, baixo custo, um conjugado de partida elevado euma partida rápida. Como desvantagens tem a necessidade de superdimensionamento de cabos(aumentando o custo nessa área), um pico elevado de corrente durante a partida e uma acentuadaqueda de tensão, podendo interferir em outros equipamentos conectados a rede, o que dificultaa partida simultânea de dois ou mais motores de alta potência. Devido a estas características apartida direta no meio industrial é permitida pelas concessionarias apenas para motores de até10 cv (FRANCHI, 2008).

Chave Estrela-Triangulo

Em comparação com a partida direta, o tipo Chave-Estrela-Triângulo tem os efeitoscausados pela partida suavizados. Porém, tem a limitação de poder ser utilizado apenas para

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o sistema de alimentação de seis terminais de dupla tensão nominal: 127/220, 220/380 V ou380/660 V. Seu funcionamento se baseia na utilização das duas conexões com o motor. Como omaior pico de corrente de um motor acontece durante a sua partida, o motor inicia conectado naconfiguração estrela, onde a corrente é reduzida em 1/3 da nominal. Permanece nessa configu-ração até alcançar uma velocidade próxima da velocidade de regime alternando e então alternapara a conexão em triângulo com a qual trabalha durante todo seu funcionamento. Além daredução da corrente de partida a Chave-Estrela-Triângulo não tem uma queda de tensão elevadadurante a partida, não possui limite de manobras e tem custo reduzido. Porém, como desvanta-gem trás a necessidade dos seis terminais, a dupla tensão e o conjugado de partida reduzido de1/3 do nominal, inviabilizando o acionamento em aplicações que necessitam alto conjugado jána partida (MAMEDE, 2017).

Soft-Starter

Diferente dos outros tipos de partidas, a Soft-Starter ou partida estática, possui um cir-cuito eletrônico acoplado a um microprocessador, que controla tiristores colocados em paralelo,2 a 2 em cada fase da rede. Quando o motor é acionado, o sistema controla a tensão eficaz queentra nos terminais, com a variação do ângulo dos tiristores. A tensão é aumentada gradati-vamente de forma linear (uma rampa), minimizando os picos de corrente e permitindo que omotor parta de forma suave. Essa partida suave no motor trás diversas vantagens, como umabaixa interferência na tensão da rede, um menor gasto de energia, protege o motor contra aque-cimentos vindos de sobrecargas ou partidas frequentes e na detecção de desequilíbrio e falta defase. Tem sua aplicação ainda mais facilitada pelo fato de poder ser utilizado o mesmo equipa-mento para acionar mais de um motor (MAMEDE, 2017). Além das vantagens de controle detensão e corrente, é importante destacar também que o equipamento não possui partes móveise não gera arcos elétricos, o que auxilia em um dos pontos fortes das Soft Starter que é a vidaútil, podendo durar até centenas de milhões de partidas (WEG, 2014a).

A relação de vantagens que afetam diretamente os motores e a energia consumida ficammais claras ao observar a comparação entre a partida através da soft starter e partida direta, vistana Figura 2.3.

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Figura 2.3: Relação entre partida direta e soft starter

Fonte: (WEG, 2014a)

Legendas, 1 - corrente de partida direta; 2 corrente de partida com soft starter; 3 conju-gado com partida direta; conjugado com soft starter; 5 conjugado da carga.

O sistema então se evidencia comprovando as vantagens do equipamento com controleeletrônico, onde a corrente de partida e o conjugado são mais suaves e assim menos prejudiciaisaos motores, a rede de energia e no consumo de energia. As correntes se igualando apenasquando o motor atinge uma rotação de mais de 90% e os conjugados mais próximos ainda darotação plena. Assim, apesar de um custo mais elevado em comparação às outras partidas, aSoft-Starter compensa seu custo em muitas aplicações, principalmente para motores de potênciaelevada.

Além de todas as características citadas o equipamento possui uma interface de interaçãohomem/máquina, onde pode ser ajustado os valores de tensão inicial de partida, responsávelpelo conjugado inicial que irá acionar a carga, e o intervalo de tempo que leva para alcançar atensão de linha do sistema.

Inversor de Frequência

Os inversores de frequência são capazes de realizar partidas suaves, assim como a SoftStarter, porém controlam além da partida do motor, a variação da sua velocidade mantendoum torque constante, sendo capazes de modificar a amplitude da frequência e da tensão, emlargas faixas de amplitudes variáveis. O acionamento com velocidade variável e controle defrequência, impactou o setor de motores como um todo, permitindo a utilização de motores CApara aplicações que sem este dispositivo só poderiam ser realizadas por motores de corrente

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contínua (CC) (WEG, 2014b). A maioria das aplicações dos inversores de frequência estárelacionada com os motores de indução de rotor em curto circuito. No entanto, os inversorespoderão ser aplicados aos motores de indução com rotor bobinado (MAMEDE, 2017).

Seu funcionamento ocorre através da retificação alternada do alimentador do motor pormeio de tiristores, causando assim uma modulação da largura de pulso resultante e gerando umacorrente trifásica com frequência e tensão variáveis. O desempenho e inteligência do processoocorre pela utilização de um microprocessador, este calcula a relação de maior eficiência comrelação potência do motor na faixa de variação da velocidade, a qual depende da quantidade depolos do motor, para o caso dos motores de 4 polos como exemplo de 0 a 1800 rpm. O processose faz por meio de um algoritmo de controle vetorial de fluxo, o qual através dos parâmerosdo motor e das variáveis operacionais consegue realizar um controle fino do fluxo magnéticorotórico e por consequência estatórico, isto faz com que este fluxo possa se manter constanteindependente da frequência de rede de alimentação (MAMEDE, 2017).

Figura 2.4: Diagrama simplificado da alocação do inversor de frequência

Fonte (WEG, 2014b)

Existem dois tipos de controle para os inversores de potência, o controle escalar e ocontrole vetorial. Os equipamentos com controle escalar são para aplicações em sistema commalha aberta, ou seja, sem realimentação. Seu sistema funciona a partir do uso da velocidadedo motor como sinal para variar a tensão e a frequência, disparando os tiristores. As limitaçõesdo controle escalar ocorrem pois a relação de tensão e frequência permanece constante, fazendocom que a faixa de variação do motor seja mais estreita, em função do escorregamento, ondea frequência não pode ser elevada além de 60Hz igualando a tensão nominal do motor. Osinversores com controle vetorial operam com uma maior precisão e rapidez na mudança develocidade e de conjugado, assim, são mais utilizados em aplicações que necessitam de umcontrole maior na velocidade. Funcionam em um sistema de malha fechada, onde a partir dacorrente do motor podem determinar os valores da corrente do estator, de magnetização e acorrente necessária para produzir o conjugado para operação do motor (MAMEDE, 2017).

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Figura 2.5: Relação de tensão nominal, corrente e torque em função da frequência

Fonte: (MAMEDE, 2017)

Percebe-se pela imagem que a a frequência quando ultrapassa a nominal o torque entraem um campo enfraquecido, inviabilizando o trabalho nessa faixa de frequência. Dentre asvantagens vindas do uso do inversor de frequência, além das já especificadas na partida comSoft-Starter, tem-se que a aplicação do motor com velocidades baixa, o que faz com que trabalhede forma a minimizar o esforço necessário para realizar trabalho e assim aumentando sua vidaútil.

2.3 PROTEÇÃO DE CIRCUITOS

A proteção dos circuitos se faz necessária desde a proteção geral do sistema no quadrode distribuição geral (QDG) até os circuitos de iluminação e pontos de tomadas e motores. Osprincipais dispositivos que realizam a proteção de todos circuitos e possibilitam o isolamento docircuito do resto da rede são os disjuntores, como um caso especial para aplicação nos motores.Outros dispositivos são opções para proteção dos circuitos e equipamentos, como os fusíveis,que isolam o circuito da rede em caso de sobrecorrente, e os reles de sobrecarga os quais tem acapacidade de proteção contra correntes de sobrecarga (WEG, 2014a).

A proteção tem aplicações diferenciadas se tratando dos motores, os quais são a fer-ramenta final das aplicações e os equipamentos que acarretam no maior impacto financeiro,considerando a parte elétrica de uma obra. Os motores são suscetíveis a diferentes tipos decorrente que podem ocasionar danos ou até mesmo a perda dos equipamentos. Portanto, devemestar bem dimensionados e protegidos contra todos possíveis impactos (WEG, 2014a).

Existem diferentes tipos de disjuntores, cada um com suas especificidades e com a ca-racterísticas específicas de proteção. Podendo ser definidos em categorias a partir desses tiposde proteção, são eles: a) Disjuntores magnéticos, possuindo proteção contra as correntes decurto circuito;

b) Disjuntor térmico, proteção contra sobrecargas;

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c) Disjuntor termomagnético, também conhecido como disjuntor motor que englobaambas as proteções;

d) Disjuntor limitador de corrente, que tem a capacidade de limitar o valor e duração dascorrentes de curto circuito, o que proporciona uma redução substancial dos esforços térmicos eeletrodinâmicos;

e) Disjuntor eletrônico, o qual possui todas as correções citadas nos outros elementosmas com a vantagem da utilização de sensores de corrente construídos a partir de um circuitomagnético, o qual possibilita a elaboração de curvas ajustáveis, de acordo com as necessidadesdo projeto (MAMEDE, 2017).

Tratando-se dos motores, o disjuntor do tipo motor é uma solução que engloba de formacompacta a proteção efetiva contra sobrecarga e curto circuito, possuindo desarme imediatode todas as fases, proteção térmica e magnética com faixa de seleção para a corrente, além deauxiliar no seccionamento e comutação na parte de comando. Por conta dessas características,é o mais utilizado no meio industrial, mesmo possuindo um custo mais elevado em relaçãoa aplicação com relé de sobrecarga em conjunto com fusíveis, é compensatório em seu usocompactado e eficiente (WEG, 2014a).

O dimensionamento do Disjuntor se da a partir da análise do motor, sua potência, tensãode uso, corrente e fator de serviço. Vale ressaltar que a corrente utilizada para o cálculo dedimensionamento do disjuntor é a corrente corrigida, ou seja aplicada a todos os fatores decorreção referente ao circuito em análise.

O dimensionamento dos disjuntores tem como principal parâmetro a corrente, o disjun-tor tem na relação entre a sua corrente de desarme e a corrente do circuito a forma de protegero circuito quanto a correntes de sobrecarga. O dimensionamento pode ser visto pela relação,

IB ≤ In ≤ Iz (2.3)

Onde IB é a corrente de projeto do circuito, In a capacidade de condução de correntedos condutores, prevista na instalação, ou seja aplicando os fatores de correção devidos, e Iné acorrente nominal do dispositivo de proteção, em alguns disjuntores In pode ser ajustado entãodesde que este valor de ajuste esteja na descrição do disjuntor (ABNT, 2004, revisão 2008).

2.4 DIMENSIONAMENTO DE CABOS ELÉTRICOS

Para o dimensionamento de cabos elétricos de baixa tensão, é essencial utilizar comobase a norma NBR 5410. Devem ser dimensionados os condutores de fase, neutro (para oscasos onde existem) e os condutores de aterramento. Para análise da corrente do motor deve-seutilizar a corrente nominal e o fator de serviço aplicado, para casos de uso além da potêncianominal.

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2.4.1 Condutores

Os condutores são consideradas as artérias do sistema, é através dos condutores que osmotores e demais elementos do sistema recebem energia. Quando utilizados de maneira maldimensionada ou inadequada oferecem riscos tanto para os motores, o sistema elétrico quantopara a segurança no trabalho, por isso é de extrema necessidade estarem bem dimensionados einstalados. Os cabos elétricos podem ser divididos em dois tipos: o tipo singelo, que trás umúnico condutor ou os chamados cabos PPs usados para motores trifásicos onde cada condutorfica ligado em uma fase e o condutor de proteção ao quarto fio. A Figura 2.6 demonstra osdetalhes de sua construção (Prysman Group, 2018).

Figura 2.6: Componentes dos cabos elétricos

Fonte: (Prysman Group, 2018)

Sua construção é dividida em três principais elementos: condutor, isolação e cobertura.O condutor (1) de forma lógica, é feito de material condutor, que como próprio nome já explica,é por onde a corrente é efetivamente conduzida, podendo ser de cobre ou de alumínio. Oisolamento do condutor (2) é feito através de materiais isolantes como PVC, EPR ou XLPE. E acobertura geralmente de um composto termoplástico de PVC, o qual é responsável por protegero cabo com relação a fatores externos.

Para dimensionamento dos condutores de fase, são levados em conta os critérios dadospela norma: Para aplicação industrial, o critério mais utilizado é o de capacidade de conduçãode corrente dos cabos elétricos, tendo como objetivo proteger os cabos dos efeitos térmicoscausados pela condução de corrente, onde a corrente que é transportada pelo cabo incluindo asharmônicas, não deve elevar a temperatura máxima do cabo além do permitido.

A norma fornece tabelas de consulta, onde pode ser visto a máxima corrente suportadapara as funções normais de trabalho para cada cabo e bitola, de acordo com o método de ins-talação utilizado e as tabelas 36 a 39 da norma em Anexo. Sendo valores diferentes para cadatipo de cabo, onde os cabos com maior de proteção suportam maiores corrente de trabalho,

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Tabela 2.1

Seção dos condutores de fase S Seção mínima do condutor de proteçãoS <16 S

16<S<35 16S>35 S/2

possuindo também um maior custo.Para exemplificar, analisamos um cabo de 6mm2, com 3 condutores e método de insta-

lação D (cabo multipolar em eletroduto enterrado no solo), o cabo com isolação PVC e tempe-ratura no condutor de 70 ◦c (tabela 36 da norma) tem uma capacidade de condução de correntede 39 A, já o cabo com isolação e EPR ou XLPE e temperatura no condutor de 90 ◦c (tabela 37da norma) tem uma capacidade de corrente de 46 A. Ambos sendo fio de cobre ou alumínio. Oscondutores com maior capacidade de corrente possuem também um maior preço no mercado.

2.4.2 Condutor de proteção

Para uso industrial o condutor de proteção pode ser dimensionado separadamente docondutor de fase, a norma NBR5410 fornece dois métodos para obtenção do valor ideal docondutor de proteção, o primeiro, através da equação:

S[mm2] =i[A]2t[s]

k(2.4)

Onde S é a secção do condutor; i é o valor eficaz de corrente de falta; t é o tempo de atuaçãodo dispositivo de proteção e k é um fator que depende do material do condutor de proteção(fornecido para cada condutor na norma NBR5410, Revisão 2008).

O segundo método é alternativo ao primeiro e pode ser utilizado quando o condutor deproteção é constituído do mesmo metal que os condutores de fase, seguindo assim os valoresfornecidos na tabela 2.1.

2.4.3 Fatores de correção

Os fatores de correção para cada circuito são indicados de capacidade de corrente decada cabo nas tabelas 36 a 39 da norma, são para os casos em que as linhas estão em localcom temperatura ambiente e o número máximo de de 3 condutores carregados. Para outroscasos a norma dispões de fatores de correção para para cada trecho do circuito e para cada casoaplicando a correção referente a temperatura e ao número de condutores. Cada fator de correçãotrará um valor diferente de corrente para cada trecho, para o dimensionamento do cabo, deveser utilizado o valor de maior corrente, ou seja, o pior caso (ABNT, 2004, revisão 2008).

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Figura 2.7: Fatores de correção para temperaturas ambientes diferentes de 30 graus celcius paralinhas não-subterrâneas e de 20 graus celcius para linhas subterrâneas

Fonte: (ABNT, 2004, revisão 2008)

Fator de Agrupamento

O fator de agrupamento é utilizado para os casos em que o número de condutores émaior do que o fornecido nas tabelas da norma. Para o encontrar o novo valor de capacidadede corrente do cabo, a norma fornece diferentes formas de calcular o fator de agrupamento.Seguindo as tabelas 42 a 45 da norma, as quais englobam eletrodutos fechados, eletrocalhas,cabos enterrados de forma direta e cabos enterrados com eletrodutos (ABNT, 2004, revisão2008) disponíveis em Anexo B.

2.4.4 Tubulação

Referente a tubulação envolvida nos cabos, nenhum cabo deve percorrer uma distânciasem uma correta proteção mecânica em cada trecho utilizando a devida tubulação ou eletroca-lha. Para os pontos onde é escolhido o uso de tubulação, devem ser seguidas normas de restriçãoquanto a taxa de ocupação destes dutos, fornecidas pela norma.

a) A taxa de ocupação do eletroduto, dada pelo quociente entre a soma das áreas dasseções transversais dos condutores previstos, calculadas com base no diâmetro externo, e a áreaútil da seção transversal do eletroduto, não deve ser superior a:

• 53% no caso de um condutor;

• 31% no caso de dois condutores;

• 40% no caso de três ou mais condutores;

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b) Os trechos contínuos de tubulação, sem interposição de caixas ou equipamentos, nãodevem exceder 15 m de comprimento para linhas internas às edificações e 30 m para as linhasem áreas externas às edificações, se os trechos forem retilíneos. Se os trechos incluírem curvas,o limite de 15 m e o de 30 m devem ser reduzidos em 3 m para cada curva de 90 c "(ABNT,2004, revisão 2008).

Assim, é possível encontrar a porcentagem de ocupação relacionando a porcentagem deárea útil do eletroduto com a porcentagem ocupada pelos condutores. A área útil de um eletro-duto que pode ser ocupada pelos condutores pode ser calculada pela equação 2.5 (MAMEDE,2017),

St =π

4x[(De −∆De)− 2Ep]

2 (2.5)

Onde, De é o diâmetro externo do eletroduto, em mm; ∆De variação do diâmetro ex-terno, em mm; Ep espessura da parede do eletroduto, em mm. Para determinação da áreaocupada pelos condutores pode-se utilizar a equação 2.6,

Scondutor =NcfπD

2cf

4+NcnπD

2cn

4+NcpπD

2cp

4(2.6)

Onde Ncf é o numero de condutores fase, Ncn número de condutores neutro, Ncp nú-mero de condutores de proteção, Dcf diâmetro externo dos condutores de fase [mm], DDcn

diâmetro externo dos condutores neutro[mm], Dcp diâmetro externo dos condutores de proteção[mm]. Onde é possível obter todos os valores referentes as dimensões dos cabos e eletrodutos apartir de catálogos dos fabricantes ou mesmo os valores mínimos exigidos pela norma.

2.5 QUEDA DE TENSÃO

Após dimensionados os valores dos cabos de cada condutor, é necessário verificar qualqueda de tensão ocorrerá no ponto terminal do circuito para as definições de cabos e capacidadede corrente escolhidas. Este valor de queda de tensão não pode ultrapassar o limite mínimoestabelecido pela norma NBR5410 (MAMEDE, 2017).

A norma apresenta vários aspectos que devem ser levados em conta para o cálculo daqueda de tensão, alguns com aplicação direta para o trabalho em questão:

• Em nenhum caso a queda de tensão nos circuitos terminais pode ser superior a 4 %;

• Para o cálculo da queda de tensão em um circuito, deve ser utilizada a corrente de cargaou corrente de projeto;

• Nos circuitos de motores quando houver fator de serviço, a corrente considerada deve sera corrente nominal multiplicada pelo fator de serviço;

• A queda de tensão nos terminais do dispositivo de partida dos motores elétricos duranteo acionamento não deve ser superior a 10 % da tensão nominal;

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• Para o cálculo da tensão durante o acionamento de um motor, considerar o fator de po-tência igual a 0,30.

2.5.1 Queda de tensão para sistema trifásico

Para cada estágio do sistema temos diferentes valores permitidos de queda de tensãomostrado na Figura 2.8.

Figura 2.8: Porcentagens toleráveis de queda de tensão para cada estágio do circuito

Fonte: (MAMEDE, 2017)

Sendo QGF o quadro geral de força e CCM o centro de controle de máquinas.Para o cálculo da queda de tensão dos motores, utiliza-se da equação: 2.7

∆Vc =

√3IcLc(Rcosφ+Xsenφ)

10NcpVff(2.7)

2.6 FATOR DE POTÊNCIA

A energia elétrica consumida é dividida de duas formas distintas, energia ativa medidaem KW e energia reativa ou medida em kVAr, onde somente a energia ativa realiza trabalho efe-tivo (Copel Distribuidora de Energia, ). Os consumidores residenciais tem sua energia cobradade maneira direta, ou seja, a energia consumida efetivamente é a energia tarifada pela concessi-onária, a partir das verificações dos relógios medidores de consumo, sem qualquer verificaçãoreferente a energia reativa. No meio industrial, existem políticas de cobrança para a energiareativa excedente, ou seja o consumidor acaba pagando mais caso esteja consumindo energiareativa, mesmo que esse tipo de energia não realize trabalho efetivo.

A potência complexa S (KV A) pode ser analisada de forma que contem todas as in-formações da potência, onde P(KW ) é a potência ativa o dependente apenas da resistência dacarga, R e Q (KV AR) a potência de reatância da carga, X. Com uma relação (ALEXANDER;

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SADIKU, 2013)

S = P + jQ (2.8)

Figura 2.9: Triangulo de potência

Fonte: (ALEXANDER; SADIKU, 2013)

A forma de análise mais prática vem pela análise do triângulo de potência, vista naFigura 2.9. O chamado fator de potência é o fator que demonstra o quanto de energia reativa osistema esta consumindo, sendo encontrado a partir cosseno da diferença de fase entre tensãoe corrente ou pelo cosseno do ângulo da impedância da carga. Cargas indutivas acarretam emQ positivo, onde fator de potência é considerado atrasado e cargas capacitivas acarretam em Q

menor que zero obtendo um fator de potência adiantado em relação a P.As cargas no meio industrial são em sua maioria cargas indutivas, resultando em um

fator de potência baixo e com atraso. A natureza das cargas não pode ser alterada, por tantose faz necessário utilizar de outros métodos para a correção do fator de potência. Uma formade corrigir a carga da energia elétrica consumida é inserindo uma carga capacitiva na rede, deforma a compensar a carga indutiva sem alterar a tensão ou corrente da carga.

O fator de potência de um motor pode ser visto como a porcentagem da sua potênciaque efetivamente realiza trabalho.

A partir do triângulo de potência é possível obter todas as equações para o cálculo dofator de potência e também para o cálculo de sua correção, relacionando cada curva em relaçãoaos valores obtidos e aos desejados, relacionando como o fator de potência φ como sendo θv−θi)podemos assim ter as principais equações para a aplicação na correção do fator de potência e

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encontrar as relações necessárias (ALEXANDER; SADIKU, 2013)

P = S1 cos (φ) Q1 = S1 sen (φ) FP = cos (φ) =P

S(2.9)

O mínimo valor do fator de potência exigido pelas concessionárias é 0,92 o que trásum angulo φ = 23, 07 (Copel Distribuidora de Energia, ), logo a o método de correção sefaz a partir do cálculo de Q para atingir este valor ou superior de FP e o valor calculado daunidade. Assim, a diferença entre os dois trás tem-se o valor de ∆Q que deve ser inserido nosistema para adequar a unidade consumidora. Como dito, caso ∆Q positivo representa que umaindutância deve ser inserida no circuito e caso ∆Q negativo significa que deve ser inserido umacapacitância. Para encontrar a capacitância ou indutância necessária se faz o uso da relaçãoentre a reatância e a capacitância ou indutância, a partir das equações,

Xc =1

ωC(2.10)

XL = ωL (2.11)

O método de instalação dos bancos de capacitores na maioria das vezes é inserido deforma em que permanece na configuração paralelo com a alimentação.

2.7 ANÁLISE E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

2.7.1 Consumo de energia

A energia consumida é medida em KWh, a verificação é dada através de medidores ins-talados pela própria concessionária de energia. O consumidor paga a relação de custo kWhreferente a tarifa vigente no mês de consumo, ou seja, quanto maior o seu consumo de energiamaior é o valor pago pelo consumidor. Quando o consumidor possui uma demanda de energiamaior com o uso de máquinas é exigido que se faça um cálculo de modo a estimar o consumode energia daquela unidade e assim estabelecer um contrato com a distribuidora de energia emrelação a quantidade a ser consumida, com algumas modificações em relação a consumidoresresidenciais. Portanto a demanda contratada se da pela "média das potências elétricas ativasou reativas, solicitadas ao sistema elétrico pela parcela da carga instalada em operação na uni-dade consumidora, durante um intervalo de tempo especificado, expressa em quilowatts (kW) equilovolt-ampére reativo (kVAr), respectivamente"(Copel, 2018). Ou seja, além do consumo deenergia ativa se leva em conta também a energia reativa do sistema a qual não é faturada, porémé permitido à distribuidora aplicar multas caso a energia reativa tenha um valor maior do que opermitido, discutido na Seção 2.6.

Em um sistema toda a energia ativa é tarifada, mas muito do valor demandado de energianão é utilizado de forma efetiva, sendo as perdas responsáveis por um volume significativo na

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parcela de energia. No ambiente industrial as perdas são maiores, devido ao uso das máquinaselétricas e um consumo muito maior de energia. Alguns dos tipos de perdas são:

• Perdas por efeito joule nos condutores;

• Perdas nos núcleos dos transformadores;

• Perdas devidas às correntes de fuga.

Dentro do projeto elétrico a perda mais passível de diminuição é a perda por efeito joulenos condutores. A perda por efeito joule é caracterizada pela dissipação de energia elétrica naforma de energia térmica, a corrente que passa no circuito gera um aquecimento . O cálculoda energia perdida pela dissipação de calor nos circuitos, pode ser realizado a partir das equa-ções básicas de consumo de energia elétrica. Partindo da equação da resistência e da potência,equações 2.12 e 2.13.

R =ρL

S(2.12)

R = i2R (2.13)

Onde R é igual a resistência, ρ a condutividade do cobre, L o comprimento do condutore S a secção transversal do condutor, a qual é obtida a partir do diâmetro do condutor. Apotência dissipada pode ser encontrada pela equação que relaciona a corrente do circuito e aresistência.

2.8 SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (SPDA)

Neste estudo não será abordada a realização do projeto de proteção contra descargasatmosféricas, porém serão discutidos os conceitos que definem este tipo de projeto uma vezque este é de extrema necessidade para a implementação do sistema de armazenamento degrãos. De maneira simplificada, as descargas atmosféricas são formadas a partir da diferença depotencial entre a terra (potencial positivo) e nuvem (potencial negativo), quando esta diferençade potencial aumenta a ponto de superar a resistência dielétrica do ar (Instituto Nacional dePesquisas Espaciais, a).

Todos os tipos de edificações, estão sujeitas a serem atingidas por descargas atmosféri-cas. Os sistemas de armazenamento de grãos a granel, possuem em sua grande maioria silosde metal, com uma altura considerável chegando a mais de 20 metros. Caso não estejam devi-damente protegidos, os estragos causados podem ser gigantescos, tanto para a estrutura, equi-pamentos ou até mesmo para a vida humana. Só em Londrina-PR é registrado uma densidadede descargas 4,7345712944 por km2

ano, estando na posição 1758 do ranking nacional (Instituto

Nacional de Pesquisas Espaciais, b).

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A fim de evitar essas catástrofes, em quaisquer edificações deve-se ser utilizado umsistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA). Para descobrir quão eficiente osistema deve ser ou qual deve ser utilizado, o primeiro passo é conhecer o chamado fator derisco. A partir deste valor é estabelecido uma provável perda anual de bens ou vidas devido adescargas elétricas. A norma NBR-5419 estabelece o nível de risco que uma edificação podeestar de acordo com suas características. O projeto de um SPDA deve ser suficiente para alteraresse fator de risco de forma a enquadrar o nível de proteção desta edificação a norma .

Os sistemas de proteção não são projetados para evitar as descargas elétricas que podematingir a edificação, mas para interceptar estas descargas e fazer com que a corrente elétricapossa fluir para a terra sem causar danos. São três principais tipos de sistemas bem definidos,podem ser utilizados individualmente ou em uma combinação de dois ou mesmo os dos trêstipos implementando condutores não naturais na estrutura com a finalidade de proteção contradescargas atmosféricas. Além dos sistemas implementados os SPDA podem utilizar a própriaedificação, considerando como condutores naturais as partes integrantes das estruturas que nãopossam ser alteradas, como os pilares e a fundação. Os silos agrícolas em sua maioria sãoconstruídos de metal e podem ser utilizados como condutores naturais minimizando os custosrealizados com a implementação do projeto SPDA (ABNT, 2001).

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3 DESENVOLVIMENTO

3.1 SISTEMA A GRANEL

O Sistema de armazenamento mantém a matéria prima in-natura, os grãos são recebidospor caminhões e despejados no subsolo na chamada Moega. Com um motor trabalhando em umelevador de canecas o grão é levado ao sistema de pré limpeza, que funciona como o filtro dosistema, eliminando todo tipo de material que não sejam grãos inteiros, como grãos rachados,sujeiras, folhas, terra e etc. Esta parte do sistema contém um motor para a movimentação daspás que fazem essa seleção e um exaustor para a retirada do material indesejado. Um exemplode um sistema de pré limpeza pode ser visto na Figura 3.1.

Figura 3.1: Visualização de máquina de pré limpeza

Fonte: (Granel Silos Agrícolas, )

A partir da pré limpeza, o grão pode ser transferido por elevadores de caneca, para osilo pulmão ou para o secador. O silo pulmão funciona como um armazenamento temporário,possuindo um motor de ventilação. Chegando ao secador, os grãos devem alcançar um nívelde umidade indicada, sendo esta etapa é extremamente importante, pois reduz o deterioramentoda semente além de evitar que o preço do grão decaia caso o nível de umidade esteja fora dopadrão esperado. O processo de secagem acontece através do fornecimento de ar aquecidopara as sementes, onde ocorre a evaporação da água superficial dos grãos e movimentação daspartículas de água que restaram para a superfície. Assim o sistema pode atingir o nível deumidade escolhido de acordo com o tempo que o grão permanece nesta etapa. Os exaustoresdo secador agem em conjunto com uma fornalha para fornecer o ar aquecido. Estes motoressão em sua maioria de potência elevada, proporcionando um enorme fluxo de ar na secagem

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para que esta possa ser realizada de forma rápida e eficiente. Este trabalho não irá abordar aparte eletrônica, porém, existe um sistema de controle em conjunto com sensores de nível deumidade e temperatura dentro do secador, garantindo um processo de precisão.

Na parte de armazenamento são utilizados ventiladores para manter a oxigenação e qua-lidade dos grãos. Devido ao tamanho destes silos, para a retirada dos grãos é utilizado umsistema de rosca varredora, fazendo com que tenha uma saída completa de todo o grão armaze-nado, que são direcionados para a saída. Após a armazenagem, a última etapa é a expedição,que nada mais é do que um silo de carregamento, onde o grão chega através dos elevadoresde caneca, caindo nos caminhões por meio da gravidade. Um sensor é utilizado para verifi-car quando o silo de expedição está cheio, garantindo que não ocorram travamentos ou perdas.Todo o transporte do grão entre é feito com o uso de elevadores, correias transportadores e re-

dlers, de forma que o grão se movimenta por todo o sistema de forma automática e sem causarrachaduras ou danos ao grão.

Com o intuito da familiarização com o sistema, o autor do projeto realizou uma visita aum armazém de grãos em fase final da construção, também no município de Rio Verde - GO.Uma foto feita com um drone, vista na Figura 3.2 permite observar o sistema como um todo.

Figura 3.2: Sistema de armazém em construção

Fonte: do Autor

3.2 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS

A base de todo projeto de instalações elétricas foi feita a partir da análise da planta estru-tural e e também do diagrama de fluxo do sistema. A partir daí foi possível visualizar o sistema

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como um todo, reconhecendo as etapas e alocando os motores nas devidas posições em cadaetapa do sistema iniciando assim o projeto de instalações elétricas. Tratando-se de um projetoreal, a planta foi recebida da empresa cliente em formato "dwg". Como exigência para a futurainstalação toda a implementação e a parte esquemática de desenho final foi feita pelo autor nomesmo ambiente, aplicando todas as etapas do projeto elétrico na planta estrutural. Tratando-se de um estudo de caso de um projeto elétrico, a partir o diagrama e o projeto estrutural quetoda a parte elétrica se desenvolve. A potência de cada motor vem pré atrelada as necessidadesesperadas no projeto estrutural, pois esta varia de acordo com a capacidade de armazenamentodos silos e a quantidade de fluxo de grãos por hora para ser carregado e expedido.

A Figura 3.3 demonstra o diagrama de fluxo do sistema, transformando de forma visívele analítica o que foi discutido na seção 3.1. A construção deste fluxograma auxilia principal-mente no esquematização do diagrama de controle, para o acionamento dos circuitos e tambémfacilita a visualização dos possíveis caminhos a serem tomados durante o processo.

Figura 3.3: Fluxograma do sistema

Fonte: Do autor.

Na análise do sistema de fluxo desenvolvido é de extrema necessidade que não ocorramtravamentos ou possíveis entupimentos com grãos de vias de transporte no sistema. Comoexemplo, se um motor de correia transportadora falhar e ao mesmo tempo o motor do elevadorcontinuar trabalhando, o grão continuará sendo levado até a esteira do túnel, porém sem ir parao seu destino, causando assim um congestionamento do túnel, danificando o grão, o sistema eseu o funcionamento como um todo. A fim de evitar estas falhas no sistema, um esquema derequisitos e restrições para o acionamento destes motores de transporte foi feito com sistemasde controles em cascata, criando vínculos para cada ciclo pré selecionado.

Todos os motores utilizados foram listados e alocados. As Figuras 3.5 e 3.4 trazem umavisualização das plantas já com os motores alocados.

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Figura 3.4: Corte do sistema de armazenamento de grãos

Fonte: Do autor.

Figura 3.5: Planta baixa do sistema sistema de armazenamento de grãos

Fonte: Do autor.

Toda a distribuição dos circuitos é realizada a partir do quadro de centro de controlede máquinas (CCM), é nele que fica todo o sistema de proteção e de partida de cada motor.Assim, tudo permanece de forma centralizada, facilitando a operação, manutenção, controle e

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aplicabilidade do sistema. Para organização do projeto, foi desenvolvida uma tabela, contendoo circuito ou motor, sua utilização, tensão, corrente nominal, cabo utilizado, dispositivo deproteção, queda de tensão e tipo de partida. Desta forma serão mostrados os principais fatoresutilizados e calculados de cada circuito. Sendo preenchida de acordo com o desenvolvimento.

Os motores utilizados são todos da categoria trifásica, com rotor de gaiola de esquilo.Como colocado na seção 2.2, e apontado em várias pesquisas com profissionais da área, sãoos mais utilizados no meio industrial referente a sua alta gama de aplicações e baixo custo. Atensão de utilização será de 380V.

A relação de todos os motores está descrita na Tabela 3.1, juntamente com a descriçãobásica de trabalho de cada um, tensão de utilização, potência e corrente nominal. Para o cálculoda corrente nominal em motores trifásicos é necessário conhecer o rendimento e o fator depotência de cada motor, além de sua potência e tensão de trabalho. Para meios de cálculo utiliza-se os valores fornecidos pelo catálogo WEG de motores trifásicos. Utilizando da equação 3.1para o cálculo de corrente nominal para motores trifásicos.

inominal =P [W ]

V√

3cos(φ)η(3.1)

Um método prático encontrado para se obter a corrente nominal dos motores WEG é uti-lizando as ferramentas onlines disponibilizadas pela empresa WEG, em seu site http://ecatalog.weg.net/,que utiliza os valores em catálogo para cálculo de cada motor em específico de forma direta.Vale ressaltar que todos os valores referentes ao motor se encontram em suas plaquetas.

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Tabela 3.1: Relação de motores com descrição de local e uso, potência e corrente nominal.

TAG Descrição Potência (CV) Corrente (A)EL-01 Elevador de Caneca Moega 20,0 30,9

EL-02 Elevador de Caneca Secador 25,0 37,5

EL-03 Elevador de caneca Silo Pulmão 25,0 37,5

EL-04 Elevador de Caneca Silos Armazen 40,0 57,7

RD-01 Redler Silo Pulmão 7,5 11,6

CT-01 Correia Transp. túnel secador 7,5 11,6

CT-02 Correia Transportadora passarela 12,5 18,5

CT-03 Correia Transp. túnel de armazém 7,5 11,6

PL-PN Pré-Limpeza Peneira 10,0 15,3

PL-EX Pré-Limpeza Exaustor 5,0 8,0

SEC-01-MESA Acionamento Mesa 2,0 3,6

EXA-SEC Exaustores Secador 25,0 37,8



TH-01 Rosca Trasnport. Secador 10,0 15,1

RV1-HL Rosca Varredora Helicoide 12,5 18,5

RV1-TR Rosca Varredora Trator 0,5 0,8

RV2-HL Rosca Varredora Helicoide 12,5 18,5

RV2-TR Rosca Varredora Trator 0,5 0,8

VEN-SAE-1 Ventilador Silo Armazenagem 40,0 57,7

VEN-SAE-2 Ventilador Silo Armazenagem 40,0 57,7

VEN-SP-1 Ventilador Silo Pulmão 15,0 22,4

Em sua maioria, os motores partem diretamente do quadro CCM para a aplicação, cadamotor possui um circuito de uso exclusivo, o que ocasiona em um dimensionamento de cabosdiretamente para a corrente dos motores de forma individual, seguindo as normas e os fatoresde correção a serem aplicados. O fator de serviço utilizado foi considerado igual a 1, de formaque os motores não trabalham fora das condições normais de trabalho, em regime permanente,utilizando assim os valores das correntes nominais. Em casos onde é utilizado um quadrosecundário, próximo ao motor, estes circuitos derivam de um único que parte do CCM até oquadro secundário, e onde é derivado para os motores, cada um com seu circuito e proteçãoespecífica.

A partir destas definições, da análise do sistema como um todo, da alocação e cataloga-ção de todos os motores, o projeto se desenvolveu na aplicação dos fatores exigidos na norma,seguindo cada etapa de um projeto de instalações elétricas industriais, e por fim realizando umaanálise energética do sistema.

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4 RESULTADOS

Os resultados obtidos com este projeto vieram com o desenvolvimento do projeto em si,alinhando os conhecimentos as aplicações da normativa num projeto de instalações elétricas deâmbito industrial.

4.1 CABEAMENTO E DUTOS

Como discutido em teoria, o primeiro método para o dimensionamento de cabos foi apartir da corrente nominal do motor.

Em um primeiro momento a definição dos cabos se baseiam na comparação de valoresentre os valores de corrente nominal dos motores e os valores suportados de corrente para oscabos, sendo que o valor de corrente do motor não pode ser superior ao da corrente suportadapelo cabo escolhido. De maneira prática foram relacionados os valores da Tabela 3.1 com asTabelas 37 e 39 da Norma NBR5410, presentes no anexo, como citado na Seção 2.4. Tratando-se de um projeto industrial, foi optado pelo cabeamento com isolamento de 90 graus celcius 1kV, garantindo assim uma maior segurança e durabilidade do sistema.

Nas dimensões inciais encontradas para todos os motores não foi dimensionado nenhumcondutor com dimensão superior a 16mm, neste caso todos os condutores de fase e neutropossuem a mesma dimensão a partir da mesma forma de cálculos. Como os motores possuemfuncionamento trifásico, os cabos utilizados para análise e futura instalação foram os cabos dotipo PP, com quatro condutores isolados entre si, sendo 3 condutores para cada fase e um polopara o cabo de aterramento. Os valores encontrados nesta primeira análise são valores iniciais,mas não necessariamente os valores utilizados. No decorrer dos resultados serão apresentadostodos os processos até chegar nos cabos finais.

4.1.1 Iluminação e Tomadas

Antes da seleção de eletrodutos e passagem dos fios todos os elementos do circuito fo-ram dimensionados (pontos de tomada e iluminação). As tomadas utilizadas foram escolhidaspelo padrão de tomadas industrial, um padrão industrial, e foram alocadas nos locais de maioruso, próximo a fornalha, no quadro CCM e próximo a expedição, fixados em pequenos quadroselétricos, com o intuito de proteção com relação aos fatores mecânicos, tanto para as tomadasquanto para os circuitos. Por fim foram divididos em 3 circuitos de pontos de tomada monofá-sicos e 3 circuitos de tomada trifásicos para cada local definido.

A iluminação foi dividida em três grupos: iluminação externa, interna e de emergên-cia. Tratando-se de um meio de trabalho para cada ambiente foi analisado o grau de proteçãonecessário para as luminárias, o chamado IP. O fator IP indica a resistência e a adequação dos

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produtos para uso em ambiente interno ou externo expostos a mudanças de temperaturas, umi-dade, gases ou vapores tóxicos. As luminárias foram adequadas a cada ambiente e seus fatoresexpostos. Existe uma relação entre o grau de IP e o nível de proteção e exposição a qual oequipamento pode ser submetido sem riscos, esta tabela encontra-se no anexo

Os túneis são os ambientes de iluminação que mais se diferenciaram de outros projetospois neles o transporte dos grãos em esteiras causa um excesso de pó e sujeira no ar, afetandodiretamente as luminárias.A partir destes fatores e por pesquisas em projetos já realizados,foram escolhidas luminárias do tipo tartaruga, com grau de proteção IP 65, que é totalmenteprotegido contra poeira e até contra jatos de água.

Foram utilizados 3 circuitos de iluminação todos com controle no painel CCM, de formaque o mesmo controla o sistema como um todo. Os circuitos foram divididos entre iluminaçãodo túnel, iluminação externa e iluminação da fornalha. Toda a passagem de circuitos e pontosde iluminação estarão expostos e desenhados na planta final do projeto, presente na Figura 4.3.

4.1.2 Eletrodutos

Após a locação dos motores, tomadas e pontos de iluminação, junto com os seus respec-tivos cabeamentos, foram escolhidos os caminhos que cada circuito deve percorrer, iniciandoos desenhos com a passagem dos eletrodutos.

Os eletrodutos foram desenhados nas plantas do projeto, os primeiros desenhos ajudama direcionar corretamente o projeto, além de permitir que os eletrodutos sejam executados deforma adequada. Os caminhos são feitos pensando na melhor forma de abranger todos os cir-cuitos, minimizando os custos de implementação e garantindo a correta aplicação. Pelo fatodo projeto se constituir em sua maioria por motores, foi evitado a alocação conjunta de muitoscircuitos no mesmo eletroduto, garantindo que os circuitos interfiram menos um nos outros.

Os eletrodutos definidos foram divididos em duas principais categorias: enterrados e nãoenterrados. Para os eletrodutos não enterrados foi estabelecido o uso dos de ferro galvanizado,os quais têm uma maior proteção para o cabeamento e contra incêndios, instalados de formaadequada utilizando luvas de conexão a cada 5 metros. Os eletrodutos enterrados foram defi-nidos de acordo com a restrição da normativa (ABNT, 2004, revisão 2008), com valetas de 75cm de profundidade e 50 cm de largura, a partir destes critérios foi possível calcular os fatoresde correção mais adiante. Os caminhos definidos para os eletrodutos enterrados foram feitosde forma a não interferirem nos processos e transito do sistema, evitando locais onde ocorrempassagens de caminhões, utilizando dutos específicos para implementação no solo.

A principal análise dos eletrodutos se faz na verificação da dimensão necessária doeletroduto em cada trecho, para análise foram utilizados os critérios estabelecidos na Norma(ABNT, 2004, revisão 2008), discutida na seção 2.4.4. Assim foi estimado valores de dimen-sões e a partir do cálculo dos valores de taxa de ocupação dos eletrodutos, garantindo a ade-quação nos limites vigentes na normativa, buscando a melhor aplicação com o menor custo. Oprocesso foi otimizado utilizando planilhas desenvolvidas no software Excel, representada na

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Figura 4.1.

Figura 4.1: Planilha de cálculo da taxa de ocupação para eletrodutos

Fonte: do autor

A figura mostra um dos cálculos realizados, para o trecho entre as caixas de passagemCX1 e CX3. Os circuitos envolvidos são: VE-SAE1 e RV-01, com os cabos respectivamente4x16 mm e 4x4 mm, no trecho o eletroduto é aterrado e portanto o tipo escolhido é o eletrodutoKANAFLEX, com dimensão de 2 polegadas. A análise mostra uma taxa de ocupação de 29%o que está dentro da faixa permitida que é até 31% para dois condutores.

A planilha funciona de forma simples, utilizando e aplicando as equações 2.5 e 2.6,para o trecho analisado. Para obter os resultados é necessário inserir os circuitos envolvidos, asdimensões de cada respectivo cabo e a dimensão da tubulação escolhida, todas as células emazul são para serem preenchidas pelo usuário, as amarelas os cálculos ou buscas realizadas. Osparâmetros referente a cada cabo e eletroduto em específico são através de funções de pesquisa,que a partir das dimensões de cabos inseridos, buscam em um banco de dados os respectivosdiâmetros e são aplicados nas equações. Os parâmetros dos eletrodutos e dos cabos foramincluídos na planilha através de uma pesquisa nos catálogos fornecidos pelos fabricantes. Parafacilitar a verificação os valores de ocupação permitida são demonstradas abaixo, os cálculos eresultados.

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4.1.3 Fatores de correção e cálculo de queda de tensão

Em pesquisa ao site Climate Data, foi encontrado a temperatura ambiente em médiaanual na cidade de Rio Verde estado de Goiás, local da implementação da obra, uma tempera-tura de 23,3 c (Köppen e Geiger, 2017). Em análise a tabela com fatores de correção para atemperatura, encontra-se o fator de correção entre entre os valores de 1,08 e 1,04, porém portratar-se do meio rural e não ser feita uma medição do local exato preferiu-se não utilizar o fatormultiplicativo da capacidade de corrente dos cabos, tendo assim uma pequena superdimensãoda corrente, porém garantindo a segurança e qualidade do projeto.

Seguindo como próxima etapa do dimensionamento de cabos o cálculo de fator de agru-pamento para cada circuito, o qual altera o valor inicial da capacidade de corrente suportada pelocabo. Com o intuito de organizar e otimizar a aplicação todos os valores de cabeamento foramorganizados em uma tabela. Para os circuitos que possuem trechos diferentes com diferentescircuitos é contabilizado o trecho de pior caso.

Aplicando o fator de agrupamento foi verificado novamente em cada circuito se a di-mensão do cabo escolhido ainda condiz com o valor de corrente de motor, em caso afirmativoo cabo continuou sendo o mesmo pré dimensionado e em caso negativo foi escolhido um novocabo, com capacidade de condução de corrente superior condizente com a corrente corrigida.Caso o cabo da próxima dimensão comercial ainda não fosse condizente com o valor necessá-rio o procedimento foi realizado novamente de forma iterativa até que que todos os cabos seencontraram de acordo com a Normativa.

O método utilizado para encontrar o valor do fator de agrupamento foi realizado deforma específica para cada circuito e para cada trecho a partir das normas e tabelas indicadas naSeção 2.4.3, aplicando os trechos correspondentes as tabelas indicadas no Anexo B.

Após a seleção efetiva da dimensão dos cabeamentos, foi calculado o fator de quedade tensão, de acordo com a teoria vista na Seção 2.5. Utilizando as dimensões do cabo, adistância do circuito, a tensão de utilização e a corrente do circuito corrigida pelos fatores decada uma, calculando a resistência e a reatância do circuito e por fim a sua queda de tensão. Osvalores foram calculados a partir da Equação 2.7, de modo a organizar os resultados e otimizaro processo, todos os valores do circuito foram organizados em uma tabela na qual foi inseridaas equações necessárias para o cálculo se realizar de maneira mais automática. A Figura 4.2 éuma captura de tela da planilha descrita.

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Figura 4.2: Planilha de cálculo de queda de tensão

Fonte: Do autor, 2018.

Os resultados obtidos na coluna P, ∆Ve%−QT , são os respectivos valores de queda detensão para cada circuito. Foi comparado cada um com os valores máximos permitidos de quedade tensão, os quais estão especificados na Figura 2.8, tratando-se da etapa entre e o motor e oquadro CCM. Assim com o valor de e = 3%, nos casos em que os valores não se encontraramde acordo com o tolerável foi aumentado a secção do cabo do circuito, já que é a variável demais fácil controle do projetista, de acordo com os parâmetros envolvidos na equação 2.7.

O motor CT-02 é um exemplo de caso que teve de ser alterado devido a queda de tensão,a dimensão de cabo escolhido na análise pelo valor de corrente foi de 2,5 mm, porém paraesta dimensão em relação ao fator de potência do motor, a corrente corrigida e a distânciaem relação ao CCM o valor de queda de tensão era de 4,01%, acima do permitido. Sendoassim foi recalculado o valor com uma dimensão de 4mm o qual resultou em uma queda detensão de 2,50%, o mesmo aconteceu com VE-SP-1, se fazendo necessário realizar o mesmoprocedimento. Caso os novos valores de cabos ainda não fossem suficientes para obter umaqueda de tensão abaixo da permitida, seria necessário realizar o mesmo procedimento, até queo valor entrasse em uma faixa tolerável.

4.1.4 Plantas e finalização dos cabos e dutos

Após todos os passos para realização do dimensionamento terem sido realizados, osdutos selecionados e dimensionados em cada trecho foi realizado os desenhos efetivos na planta

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e corte do sistema, vistos nas Figuras 4.3 e 4.4.

Figura 4.3: Projeto elétrico do sistema planta baixa


Figura 4.4: Projeto elétrico do sistema corte


Os desenhos de tubulação e passagem de circuito no sistema permitem a instalaçãoelétrica no sistema, todos os caminhos passagem de circuitos foram a partir da necessidade deatingir os pontos finais de aplicação, são também o guia para a instalação do projeto. Para

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o trabalho em conjunto com o estrutural alguns detalhes podem ser citados como importantes,como os caminhos percorridos pelos eletrodutos, principalmente os enterrados devem entreguespara a equipe de obras previamente, devido a locais que são concretados na estrutura, dificultadoassim o enterramento dos dutos.

Com uma análise da planta baixa e do corte em escala e de todo o projeto de cabeamentose eletrodutos já realizado foi possível quantificar a relação de cabos e de dos eletrodutos, deforma a criar uma lista de material prévia. Construindo a partir das características calculadas, emensurando com o auxílio do sistema em escala. A lista de cabos foi alocada em uma tabela,com suas características básicas e quantidade, acrescentando uma margem de 20% para garantirque não haja falta de material em caso de aplicação efetiva.

Dimensão cabo Quantidade

2x1,5 mm 224 m4x1,5 mm 248 m4x2,5 mm 345 m4x4,0 mm 260 m4x6,0 mm 242 m4x16 mm 230 m

Da mesma forma foi realizado a lista referente aos dutos de transporte dos cabos foramorganizados referente a sua característica de aplicação e a sua dimensão, organizados em tabela.Os valores calculados pussuem um acréscimo de 20 %.

Característica duto Quantidade

Eletroduto Kanaflex 1.1/4" 60 mEletroduto Kanaflex 2" 126 mEletroduto Rígido Galvanizado 1" 100 mEletroduto Rígido Galvanizado 2" 86 mSeal Tubo 1" 16 mSeal Tubo 1.1/4" 16 m

4.2 SISTEMA DE PROTEÇÃO E PARTIDAS

4.2.1 Seleção e dimensionamento de partidas

O sistema de partida foi analisado para cada tipo de motor, verificando primeiramentea sua potência, escolhendo por indicações da normativa NBR5410 a partida direta para os mo-tores com potência de até 10 cv. Além dos motores que podem ser acionados com partidacom potência maior do que 10 cv. Para estes a análise resultou em escolher entre dois tiposde partidas eletrônicas, Soft Starter ou Inversor de frequência. No caso real da aplicação foi

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selecionado pelo responsável pela obra a utilização de partida direta para os motores de 12,5cv das roscas varredoras RV-01 e RV-02 devido a potência ser próxima a indicada pela norma epelas características de uso terem seus quadros de proteção e partida, exclusivos, próximos aomotor e com os quadros distantes do CCM, como será demonstrado no diagrama unifilar.

Uma análise teórica foi realizada de cada tipo de partida na seção 2.2.2, ambos os dispo-sitivos eletrônicos possuem a capacidade de realizar uma partida suave, reduzindo o consumode energia, o desgaste dos motores e consequentemente aumentando a sua vida útil. Além depermanecer dentro dos limites permitidos pela concessionaria de energia.

O dispositivo de inversor de frequência possui vantagens em relação à Soft Starter, poisalém de ter realizar uma partida suave, tem a capacidade de controlar a velocidade do motormantendo o torque constante, através da relação entre a tensão e a frequência. Porém, a SoftStarter trás uma vantagem econômica, por possuir um custo inicial inferior em relação ao inver-sor de frequência.

Ambos os dispositivos possuem a capacidade de um único elemento ser utilizado paraacionar mais de um motor. No caso do inversor de potência, os motores são conectados emparalelo e ele deve ser dimensionado com a corrente suportada no mínimo 25% maior do quea somatória de corrente dos motores conectados, já que todos os motores devem ser passivosde estarem funcionando ao mesmo tempo. O funcionamento da Soft-Starter trabalha de formadiferente em relação ao inversor de frequência, onde ela trabalha com cada motor separada-mente. Os motores são acionados separadamente e somente quando o motor que esta sendoacionado terminar sua partida é que o próximo pode ser acionado. Por ter essas característicasde trabalho a Soft Starter pode ser dimensionada analisando apenas o motor de maior potência,pois trabalhará com folga se tiver que partir um motor de menor potência.

Levando em conta todos os fatores dos dois métodos, os limites de orçamento e sabendoque não há uma necessidade de controle de frequência para a aplicação em questão, foi esco-lhido para o projeto as partidas utilizando Soft Starter. O dimensionamento foi realizado a partirda união de grupos de motores, unindo os motores com aplicações e potência semelhantes paracada Soft Starter. O modelo utilizado seguiu o princípio da maior carga do grupo e utilizou osoftware fornecido pela empresa WEG (S.A WEG, ), no qual as características do circuito sãopreenchidas e o equipamento adequado é apresentado através do catálogo.

4.2.2 Dimensionamento de disjuntores e diagrama unifilar

Cada circuito precisa de uma proteção e cada motor foi dividido em um circuito, assimtodos os elementos do sistema dispõem de uma proteção individual, além da proteção total.Os disjuntores escolhidos para a proteção dos circuitos de iluminação e tomadas foram os dis-juntores do tipo C e para a proteção dos motores os disjuntores do tipo motor que protegemcontra sobrecarga ou falta de fase, realizando assim de forma compacta a proteção os resultadosnecessários.

O disjuntor geral se deu pela somatória de todas as correntes dos circuitos, incluindo

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os motores, circuitos de iluminação e e tomadas, considerando o uso a plena carga de todo osistema e ainda com uma margem de 20% a mais do que a corrente dimensionada, assim odisjuntor geral foi escolhido com o valor de 630 A.

Para dimensionamento dos disjuntores foi feito uso das ferramentas fornecidas pela em-presa WEG (WEG, ), onde, através das características do sistema e do motor foi possível dimen-sionar cada disjuntor de forma adequada e eficiente, já com valores comerciais de dispositivosdisponíveis no mercado, a partir dos dados obtidos pelo software fornecido pela empresa.

Com todos os circuitos e proteções já definidas foi possível criar o diagrama unifilar dosistema, o qual une todos os circuitos especificando suas características, visto na Figura 4.5

A Tabela 4.1 demonstra todos os circuitos de proteção com os respectivos disjuntores, acoluna com as tags do disjuntor faz referência ao diagrama unifilar visto na Figura 4.5

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Figura 4.5: Diagrama unifilar do sistema

3~M

3~M

3~M

3~M

SOFT-STARTER

-U1/16.1:C

L1 -L2 -L3

U1 - V1 - W1 PE:4

SOFT-STARTER

-U1/16.1:C

L1 -L2 -L3

U1 - V1 - W1 PE:4

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SOFT-STARTER

-U1/16.1:C

L1 -L2 -L3

U1 - V1 - W1 PE:4

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3~M

3~M

3~M

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O diagrama demonstra todo o esquemático básico do circuito, contendo as característi-cas de cada circuito, fiação e proteção. Sendo os cabos que saem da proteção geral do sistemapara um barramento e a partir desse barramento todos os outros circuitos são energizados. Na

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Tabela 4.1: Tabela de relação de disjuntores

CIRCUITO DISJ. Capacidade I CIRCUITO DISJ. Capacidade ISoft Starter 1 Q2 125 (A) RV1-TR Q16 1-1,6 (A)Soft Starter 2 Q3 100 (A) RV2-TR Q17 16-20 (A)Soft Starter 3 Q4 125 (A) RV2-TR Q18 1-1,6 (A)RD-01 Q5 10-16 (A) T-TRI1 Q19 32 (A)CT-01 Q6 6,3-10 (A) T-TRI2 Q20 32 (A)CT-02 Q7 10-16 (A) T-TRI3 Q21 32 (A)CT-03 Q8 10-16 (A) T-TRI4 Q22 32 (A)SX-MESA Q9 2,5-4 (A) T-MONO1 Q23 20 (A)TH-01 Q10 10,0-16 (A) T-MONO2 Q24 20(A)PL-01-PN Q11 10,0-16 (A) T-MONO3 Q25 20 (A)PL-01-PX Q12 10,0-16 (A) T-MONO4 Q26 20(A)RV-01 Q13 20 (A) IL-fornalha Q27 20 (A)RV-02 Q14 20 (A) IL-externa Q28 20 (A)RV1-HL Q15 16-20 (A) IL- interna Q29 20 (A)

Fonte: Do autor, 2018

primeira linha do barramento pode-se visualizar os motores que utilizam a partida Soft-Starter,de modo em que os circuitos dos motores são condicionados a um circuito só, a segunda linhasão dos motores com partida direta e de uso normal. Na terceira linha pode-se perceber a divi-são realizado nos circuitos da rosca varredora, onde foi criado dois novos quadros um para cadarosca devido a sua forma de implementação, assim o circuito inicial possui uma proteção e nosquadros cada motor também possuí sua proteção individual. Por fim, os circuitos de iluminaçãoe tomada, também cada um com sua proteção individual.

4.2.3 Quadro geral CCM e diagrama unifilar

O quadro geral inclui o quadro CCM, que como já foi mencionado, organiza todo osistema, protegendo todos os disjuntores, o banco de capacitores e os sistemas de partida e decontrole de fluxo. A execução e construção dos painéis foi realizada a partir dos diagramasdesenvolvidos e projetados, alocando todos os dispositivos de forma a organizar, proteger econtrolar o sistema como um todo. A montagem do painel foi feita por uma empresa tercei-rizada de Londrina, RHO. Toda a instalação foi acompanhada e verificada garantindo que osserviços prestados obtenham êxito nas exigências do projeto seguindo as especificações. Fotosnas Figuras 4.6 4.7.

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Figura 4.6: Painel centro controle de máquinas e quadro geral

Fonte: Do Autor, 2018.

Figura 4.7: Painel centro de controle de máquinas e quadro geral

Fonte: Do Autor, 2018.

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4.3 CONTROLE DE FLUXO DE MÁQUINAS E PAINEL DE COMANDOS

Como já enfatizado, uma das especificidades para o sistema de armazenamento é a im-portância do fluxo do sistema como um todo, esta foi uma etapa bem detalhada no projeto. Porfim os acionamentos e o fluxo foram controlados a partir de um painel com instalação conjuntaao CCM. Os fluxos de cascata foram divididos a partir das necessidades de transporte do grãodentro do sistema ou na sua expedição. Foram realizados bloqueios ou liberações dentro decada ciclo criando malhas dependentes e condições de energização.

Dentro do ciclo inicial visto na Figura 3.3 e a partir das necessidades vindas do proprie-tário foram desenvolvidos fluxos diferentes. Para facilitar a escolha do fluxo pelo operador foiutilizado 3 chaves de seleção e uma chave para seleção manual. Para evitar que no transporteos grãos possam ficar presos ou que ocorram percas, todas as seleções começam do fim para ocomeço do fluxo, garantindo que o grão terá para onde ir.

As duas possibilidades de ultima etapa do sistema são armazenagem ou expedição, as-sim uma chave seleciona a opção de expedição e descarga, caso desligada o padrão é a arma-zenagem. As outras seletoras desenvolvem o caminho até ali, ou a recirculação do grão dentrodo sistema. A segunda chave seletora controla o caminho a partir da correria transportadora 1TH-01, ou seja, para onde o grão irá a partir dali, contendo 3 opções dentro do fluxo escolhido:armazenamento/expedição, recirculação e secador/silo pulmão. A terceira e ultima chave con-trola o ciclo a partir da Pré limpeza contendo as mesmas 3 opções de fluxo. O fluxograma dosinal foi redesenhado alocando cada respectivo comando de motores com transporte e as chavesde seleção presentes no sistema, podendo ser visto na Figura 4.8

Figura 4.8: Diagrama do fluxo de gãos


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O sistema que cria os critérios de acionamento dos motores, impedindo o acionamentoou desligando os motores já ligados. Em caso de falha foi organizado em uma tabela, comas condições referente a qual motor deve estar em funcionamento e qual posição as chaves decomando devem estar localizadas, conforme visto na Tabela 4.2

Tabela 4.2: Tabela relação de acionamento dos motores de transporte

Motor Condição (Motor) Condição (Chave)CT-02 - EXPEDIÇÃO DesligadaEL-04 CT-02 ou EXPEDIÇÃO LigadaCT-01 EL-04 -EL-03 - TH-01 RecirculaçãoTH-01 EL-03 TH-01 RecirculaçãoTH-01 EL-02 TH-01 SC/SPTH-01 CT-01 TH-01 Armz/expdRD-01 EL-02 -PL-01 CT-01 PL-01 Armz/expPL-01 EL-03 PL-01 RecirculaçãoPL-01 EL-02 PL-01 SC/SP

Para exemplificar podemos pensar numa situação onde o processo desejado é o arma-zenamento dos grãos após a saída do secador. O primeiro passo no CCM é adequar as chavessecessionadoras, com a chave de expedição desligada e a chave TH-01 na posição de Arma-zenamento/ Expedição, após isto verificado ligar a correia transportadora 2 (CT-02), depois oelevador 4 (EL-04), a correia transportadora 1 (CT-01) e só então o transportador TH-01. Qual-quer tentativa diferente de acionamento para essa execução não será possível, onde os motoresnão serão acionados, caso CT-02 tenha algum problema e pare de funcionar, todos os motoresque dependem de seu funcionamento direta ou indiretamente serão desenergizados.

Tudo o que foi discutido sobre os acionamentos foi testado, de maneira completamentesatisfatória, respeitando as características necessárias de cada acionamento e do sistema porcompleto. As fotos tiradas do equipamento, vistas nas Figuras 4.9 e 4.10 ilustram todos osprocedimentos referentes ao controle dos fluxos, com o acréscimo do botão de emergênciaexigido e de extrema necessidade o qual desenergiza todos os motores

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Figura 4.9: Painel de acionamento de máquinas


Figura 4.10: Foto painel de acionamento das máquinas: chaves de seleção e botão de emergên-cia


Além dos programas de acionamento o painel foi projetado e construído com duas to-madas do padrão industrial, com tensão de 380V e 220V, seguindo os modelos utilizados res-pectivamente vermelho e azul, visto de forma completa na foto da Figura 4.11.

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Figura 4.11: Visão externa completa do painel de acionamento das máquinas

Fonte: Do Autor, 2018

Esta imagem demonstra também além do painel de acionamento das máquinas como umtodo o modo utilizado para a implementação dos pontos de tomada, onde o plugue vermelhorepresenta tomada trifásica com tensão de 380V e o azul uma tomada monofásica com tensãode 220 V como especificado em padrão.

4.4 CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA

A correção do fator de potência se da pelo processo de instalação de um banco de capa-citores, adequando a potência aparente para um valor mais próximo da potência real e ajustandoa potência reativa, a qual é indutiva devido as cargas indutivas presentes no projeto. O dimen-sionamento do banco de capacitores foi realizado a partir das cargas dos motores e dos seusrespectivos fatores de potência, buscando o valor máximo para o período de trabalho com todasas cargas em funcionamento.

A potência total dos motores trifásicos foi calculada sendo 348 cv ou 256 KW, já os mo-tores WEG escolhidos possuem um fator de potência de 0,83. A partir dos cálculos e equaçõesvistos na Seção 2.6 calculando o ângulo e a potência aparente S como sendo

φ = cos−1fp1 = cos−10, 84 = 32, 86

Q = tgφ2P = tg32, 86 256 103 = 165, 36 kVArO fator de potência mínimo exigido pela concessionária é de 0, 92 indutivo, permitindo

assim encontrar os valores do ângulo, potência aparente, potência reativa respectivamente.

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φ2 = cos−1 fp = cos−1 0, 92 = 23, 07.Q = tgφ2P = tg23, 07 256 103 = 109, 04 kVArObtendo os dois valores de potência reativa, foi calculada a diferença entre eles para

encontrar a potência necessária a ser inserida na rede para chegar ao valor de fator de potênciadesejado.

∆Q = Q2 −Q1 = 109, 04− 165, 36 = −56, 32 kVAr = -0,5632 MVArOnde o sinal negativo só confirma que a carga a ser inserida é de característica capaci-

tiva, podendo enfim calcular a capacitância necessária para o sistema através da Equação 2.10,utilizando a frequência da rede como 60Hz.

O banco de capacitores instalados foi um banco de capacitores programável, onde ousuário pode programar os horários de funcionamento do banco de capacitor de maneira a fazercom que o sistema esteja ligado introduzindo energia capacitiva apenas nos horários de trabalhodas máquinas elétricas, instalado na configuração paralela. A instalação foi feita juntamente noquadro CCM, sendo a parte de montagem e instalação também realizada pela empresa RHO deLondrina. A imagem do banco de capacitores instalado no painel CCM pode ser vista na Figura4.12.

Figura 4.12: Banco de capacitores instalados

FOnte: Do autor, 2018.

4.5 ANÁLISE ENERGÉTICA

O foco da análise energética em questão é reconhecer o consumo de energia do sistemacomo um todo e verificar possíveis métodos para minimizar as perdas em partes específicas,complementando e analisando todo o projeto desenvolvido até então. Dividindo em duas etapas,na primeira etapa buscando uma otimização e eficiência no quesito das perdas por efeito joulenos circuitos e na segunda etapa o cálculo em relação a eficiência dos motores, ambas com arelação de custo e benefício de cada melhoria analisada.

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Análise de eficiência dos cabos

Para a primeira etapa foi feita uma análise individual de cada circuito e posteriormentedo sistema como um todo, buscando quantificar os gastos. Uma grande quantidade de energia égasta por conta das perdas, o que afeta diretamente na fatura de energia, principalmente as per-das por aquecimento, ou efeito joule. Cada dimensão de cabo condutor possui uma quantidadediferente de cobre, sendo que, quanto mais cobre menor é o aquecimento do fio de acordo coma corrente que passa pelo mesmo, e consequentemente menor é a perda do circuito.

Uma análise individual foi realizada para saber se a dimensão de fio utilizada (a mínimapermitida pela norma) realmente compensa financeiramente em relação a de dimensão superior,ou seja uma bitola maior do fio. O método utilizado foi uma tabela de análise dos circuitos, deforma similar as já realizadas, porém, com o foco no consumo de energia. Os dados necessáriaspara realização dos cálculos são: potência do motor, distância entre o quadro CCM e o motor,e por fim as dimensões dos cabos a serem analisados e tempo anual de funcionamento, sendoa análise feita durante o período de 1 ano. Em paralelo com a análise de consumo de energiaanual, referente as perdas joules nos cabos, foi criado um banco de dados com valores reais dede cada tipo de cabo, sendo feita assim uma análise de diferença de custo para cada uma dasdimensões analisadas, facilitando a visibilidade do tempo de payback básico e assim, e podendodemonstrar que em alguns casos a economia escolhendo um cabo de bitola menor é ilusória.

A planilha criada atende como um dos objetivos a possibilidade de ser moldável paradiferentes projetos ou diferentes condições de trabalho. Foi preenchida inicialmente com osmotores do sistema e suas características: tensão do sistema, potência do motor, distância doquadro ao motor, horas, dias e meses trabalhados por ano e a dimensão do cabo de secçãomínima permitida pela norma e uma secção superior, Figura 4.13.

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Figura 4.13: Planilha de consumo de energia


A segunda parte da planilha, vista na Figura 4.14 realiza os cálculos de consumo de ener-gia para cada dimensão de cabo e a economia em reais com relação ao cabo de dimensão maiordo que a mínima necessária, utilizando as equações da seção 2.7 e catálogos dos fabricantespara as características dos cabos.

Em uma segunda parte, vista na mesma Figura 4.14 o cálculo com o intuito de obtero custo para cada secção de cabo escolhida, simplesmente pela multiplicação do seu preçopela distância e assim poder comparar quais escolhas tem um retorno efetivo e o tempo emque estes custos adicionais serão saldados com a economia proporcionada, encontrada peladivisão de custo pela economia anual. Os preços utilizados foram selecionados por pesquisasem empresas comercializadoras de cabos elétricos, tomando uma média entre três empresas deregiões diferentes, Eletro Trafo (Londrina-PR), Eletro Transol (Goiania-GO) e Maxel Materiais

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Elétricos (Santo André-SP).

Figura 4.14: Planilha de consumo de energia, relação economia e custo para cada escolha decabeamento dos motores


As planilhas trazem um resultado interessante pelo fato de mesmo que simples são ajus-táveis facilmente a qualquer projeto com características parecidas de uso de máquinas, o que astorna versátil em relação a possibilidade de análises futuras.

A montagem dos valores vistas na figura representam os ajustes que foram efetivos ecom uma resposta ao investimento mais rápida, a partir da economia anual gerada relacionadaao sem considerar o aumento da tarifa de payback, considerando um custo médio da fatura deenergia sem aumento. Pois em alguns casos o aumento da dimensão dos cabos teria um tempopara pagar os custos iniciais mais longos.Para o cenário proposto neste caso o tempo de todosos custos se pagarem é no mínimo de 3,2 anos. O que pode ser considerado um investimentode curto prazo, onde a partir dai a economia mínima será de R$ 830,74 anuais, considerando os

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cabos com uma vida útil 18 anos e considerando uma taxa de aumento da tarifa energética de4,26 (média do aumento tarifa anual, feita nos últimos 10 anos) (Copel, ) utilizando a equaçãode juros compostos

M = P.(1 + i)n (4.1)

Onde M é o montante economizado no ano de captação, i o índice de aumento anual, e no ano de captação, aplicando a equação de juros compostos para o sistema escolhido foi obtidouma a economia total de R$ 15.507,31 , para um investimento inicial de R$ 2.637,68, gerandouma economia de R$ 12.869,63 .

análise de eficiência dos motores

Como discutido em teoria existem motores com diferentes valores de eficiência, ou seja,motores em que a quantidade de energia convertida efetivamente em trabalho é maior ou menor.O consumo dos motores tem o maior impacto nas faturas de energia, logo os motores de altaeficiência mesmo custando mais caro tem uma possibilidade de economia muito maior.

Com o intuito de quantificar a economia gerada pelos motores de alto rendimento everificar a relação de custo para ambos os casos, foi realizado um levantamento da energia con-sumida pelos motores em função do seu tempo de uso, para o caso da linha comum (WEG W22)e da linha de alta eficiencia (W22 Super Premium), os quais possuem rendimentos respectiva-mente de 90% e 95,8% trabalhando com a capacidade acíma de 75%. (WEG S.A, b)

Para calcular a energia consumida pelos motores, basta utilizar a relação entre a potênciado motor, seu rendimento e o tempo de uso e para encontrar a economia gerada pelo motorde alto rendimento simplesmente se calcula a diferença entre as duas. Esses cálculos foramrealizados em uma planilha no software Ecxel, juntamente com a relação a diferença do custodo motor de alto rendimento em comparação com o motor comum, podendo ser visto na Figura4.15. A planilha engloba somente os motores que foram encontrados para cotação de preçoscom as mesmas características para as duas análises, tornando assim uma análise real comvalores de mercado. Os valores considerados para horas de trabalho e dias de funcionamentopor ano são os mesmos vistos na Figura 4.13

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Figura 4.15: Planilha de consumo de energia e relação de custos para motores comum e de altorendimento.


Os resultados obtidos com uma análise simples surpreendem, o custo inicial da comprado equipamento mais eficiente é praticamente atingido em apenas 1 ano de uso dos motorespara os parâmetros estabelecidos sendo que em alguns motores o valor já é pago em menos deum ano, demonstrando que uma análise prévia pode garantir uma economia financeira de valor

4.5.1 Case WEG aplicado a um sistema de armazenamento de grãos

A motivação para este trabalho foi um estudo de caso de um projeto elétrico específicorealizado para um sistema de armazenamento de grãos, porém como motivação extra foi reali-zado uma pesquisas sobre o que vem sendo desenvolvido nesta área para a melhoria do sistemae principalmente para eficiência energética.

Em 2015 a WEG realizou em parceria com a empresa Castrolanda no município deCastro no PR um estudo de eficiência energética com relação aos motores de aeração de um silode armazenamento de grãos. A solução engloba os estudos sobre inversor de frequência visto naseção de teoria 2.2.2 e discutido novamente na escolha de partida. A proposta aplicada por elesfoi a substituição do motor de rendimento padrão por um motor de alto rendimento, em conjuntocom um inversor de frequência e em um controlador de Aeração EF-ENERGY. Este controladorem conjunto com os sensores já instalados no silo e com o inversor de frequência permite quealém de selecionar a umidade atual e esperada, possa fazer com que o motor trabalhe de formaadequada, consumindo menos energia para realizar trabalho e tendo que realizar somente otrabalho necessário. A empresa beneficiada com o programa afirma que houve melhora na

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qualidade do grão a ponto da secagem ocorrer de maneira mais eficiente, obtendo os resultadosde:

"Conforme comprovado nas medições, o projeto proporcionou uma substancial econo-mia de energia elétrica, sendo:

- Redução de 40% no consumo de energia elétrica na armazenagem de trigo;- Redução de 71,9% no consumo de energia elétrica na armazenagem de milho;- Redução de 82,3% no consumo de energia elétrica na armazenagem de soja;* Valor de economia com os silos em 100% de sua capacidade "(WEG S.A, a).A reportagem não entra em detalhes específicos referente ao dimensionamento dos equi-

pamentos, nem dos custos necessários para a aplicação porém, demonstra que a eficiência nosprojetos elétricos aplicada pode gerar resultados muito significativos e a aplicação em conjuntocom novas tecnologias podem transformar ainda mais os resultados esperados.

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5 CONCLUSÃO

Através do estudo, análise e implementação de um projeto elétrico em nível industrial,aplicado em um sistema de armazenamento de grãos, foi possível verificar uma interdiscipli-naridade pela abrangência de diferentes fatores do projeto, de forma a conectar os conceitosteóricos e normativas vigentes com um projeto real, que será efetivamente construído. A abran-gência do projeto possibilitou a visão de que cada quesito teve uma significativa importânciapara a obtenção de um resultado satisfatório, com um projeto passível de implementação e apartir deste projeto conseguir propor melhorias específicas e eficientes.

A utilização da normativa se fez essencial para todo projeto, sendo utilizada como umguia e como uma forma de verificação da qualidade, desde o dimensionamento dos cabos eeletrodutos, cálculos de proteção, escolhas dos métodos de partidas até as formas de implemen-tação. Onde, tudo é devidamente especificado em todos os âmbitos, partindo dos valores geraise ajustando ao projeto com a aplicação de fatores de correção.

O fato do projeto ser executado para um sistema de armazenamento de grãos proporcio-nou uma visão macro das instalações elétricas em aplicações de locais produtivos, pelas análisesespecíficas necessárias para garantir o seu funcionamento, como demonstrado nos fluxos dosgrãos por entre os silos. Da mesma forma que uma aplicação em um projeto efetivo trouxe preo-cupações com análises de custo e tomadas de decisões contabilizando necessidades e limitaçõesreais, o que de certa forma trás uma preparação para trabalhos futuros.

Na análise de eficiência do sistema, se fez visível a necessidade de buscar elementosalém do dito permitido ou necessário, os ganhos de qualidade e rentabilidade podem ser obtidosde formas simples e efetivas, principalmente em projetos que ainda não foram construídos,facilitando as análises prévias e diminuindo os custos de implementação, sem haver necessidadede substituição de elementos que já foram adquiridos.

Por fim, percebe-se a ampla gama de aplicações dos conceitos da engenharia elétrica emum mercado gigantesco, muito do que foi visto não foi aprofundado devido aos objetivos doprojeto, mas as possibilidades são inúmeras e isto demonstra o quanto a engenharia é utilizadae verdadeiramente necessária para os setores produtivos e tecnológicos como um todo.

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REFERÊNCIAS

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ABNT. NBR5410 - Instalações elétricas de Baixa Tensão. 2004, revisão 2008. 25, 27, 28, 29,42, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74

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WEG, S. Apostila Motores WEG: Módulo 1 Comando e Proteção. 2014. 17, 21, 22, 24, 25

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https://www.weg.net/catalog/weg/BR/pt/

https://www.weg.net/catalog/weg/BR/pt/

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ANEXOS

Anexo A - Tabelas de capacidade de condução de corrente dos condutores

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Anexo B -Tabelas de cálculo de fator de agrupamento



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Anexo C -Tabela referente ao índice de proteção

Fonte: (Fibracen, 2015)

Documents

PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS APLICADO EM … · PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS APLICADO EM UM COMPLEXO DE SILOS DE ARMAZENAMENTO DE GRÃOS - Londrina,