É possível partir o motor de indução com uma carga acoplada ao seu eixo? Justifique.
Passo 1
Pedido: responder se é possível partir (dar partida em) um motor de indução com uma carga acoplada ao seu eixo e justificar a resposta.
Informações dadas/pressupostas: temos um motor de indução (assíncrono) ligado à rede elétrica e uma carga mecânica acoplada ao eixo; o enunciado não especifica o tipo de carga nem o método de partida. A resolução deve considerar as grandezas relevantes para partida (torque do motor, torque da carga, corrente de partida, comportamento torque–velocidade do motor).
Informações dadas/pressupostas: temos um motor de indução (assíncrono) ligado à rede elétrica e uma carga mecânica acoplada ao eixo; o enunciado não especifica o tipo de carga nem o método de partida. A resolução deve considerar as grandezas relevantes para partida (torque do motor, torque da carga, corrente de partida, comportamento torque–velocidade do motor).
Passo 2
Conceitos essenciais — velocidade síncrona e escorregamento.
A velocidade síncrona (em rpm) é
A velocidade síncrona
onde
é a frequência da rede (Hz) e
é o número de polos. A velocidade real do rotor
é menor que
quando o motor entrega torque; o escorregamento
é a medida dessa diferença:
Na partida o rotor está parado, logo
e
.
Passo 3
Como surge o torque no motor e expressão simplificada.
O torque eletromagnético do motor depende do escorregamento. Uma forma comum (modelo simplificado) da curva torque–escorregamento é
O torque eletromagnético do motor depende do escorregamento. Uma forma comum (modelo simplificado) da curva torque–escorregamento é
onde:
-
é uma constante que depende da máquina e da conversão potência→torque, -
é a tensão induzida no rotor (proporcional à tensão de alimentação), -
é a resistência do circuito do rotor referida ao estator, -
é a reatância do rotor referida ao estator, -
é o escorregamento.
Na partida, portanto o torque de partida (torque de bloqueio) é
Há também um torque máximo (torque de ruptura) que ocorre em
e vale
Passo 4
Caracterização das cargas mecânicas relevantes na partida.
Tipos comuns de comportamento do torque da carga :
Tipos comuns de comportamento do torque da carga
- carga de torque praticamente constante (ex.: corretas, elevadores, transportadores):
— o torque resistente em zero velocidade é ; - carga de torque variável do tipo centrífuga (ex.: ventiladores, bombas): geralmente
, logo ; - cargas com alta torção de arrancada (ex.: certos tipos de compressores, máquinas com atrito estático) podem exigir um torque de partida maior que o torque em regime.
É crucial saber o valor do torque resistente na condição inicial (velocidade zero), ou seja.
Passo 5
Critério físico para a partida com carga acoplada.
Para que o motor comece a acelerar (ou seja, para que ele “parta”) deve haver torque líquido positivo no instante inicial:
Para que o motor comece a acelerar (ou seja, para que ele “parta”) deve haver torque líquido positivo no instante inicial:
Se
o motor vence a resistência inicial e acelera; se
o motor não consegue arrancar e permanece bloqueado (ou fica preso num ponto de equilíbrio indesejado). Além disso, mesmo que
, é preciso que durante a aceleração a curva
do motor permaneça suficiente para vencer
até atingir a velocidade de regime; se a carga exigir mais torque que
em alguma faixa, o motor pode travar antes de chegar ao regime.
Passo 6
Implicações práticas e exemplos rápidos.
- Para cargas centrífugas (ventiladores, bombas) temos
. Portanto, geralmente é perfeitamente possível partir o motor com a carga acoplada — estes motores aceleram desde zero sem precisar de torque de partida grande. - Para cargas de torque constante (conveyor, prensa), é preciso verificar se
é maior que o torque resistente estático . Muitos motores de gaiola têm limitado; se será necessária uma partida especial (ex.: redução mecânica da carga, acoplamento por embreagem, ou uso de partida com controle para aumentar torque). - Em máquinas que exigem alto torque de arrancada (alto atrito ou preensão), a partida direta com carga pode falhar.
Passo 7
Questões elétricas e mecânicas associadas à partida com carga acoplada.
- Corrente de partida: na condição de rotor parado o motor puxa grande corrente de inrush (corrente de bloqueio), o que causa aquecimento
, queda de tensão na rede e possível atuação de proteções. - Aquecimento e tempo de aceleração: se a aceleração for muito lenta (pequino torque líquido), o motor aquece mais por tempo prolongado.
- Impactos mecânicos: partida brusca com carga pode causar choque mecânico e desgaste.
Por isso, mesmo quando o torque é suficiente, muitas vezes se prefere usar métodos de partida suave (soft-starter, VFD), ou reduzir o esforço mecânico no momento da partida.
Passo 8
Métodos para conseguir partir com carga quando a partida direta falha.
- Partida com inversor de frequência (VFD): permite rampa de velocidade com controle de fluxo magnético; pode fornecer torque elevado em baixa velocidade e controlar aceleração, sendo a solução mais flexível.
- Partida com rotor bobinado + resistores externos: aumenta
efetivo na partida, elevando e limitando corrente. - Partidas com redução mecânica ou embreagem para desacoplar a carga na partida.
- Partida estrela-triângulo, autotransformador ou soft-starter: reduzem corrente de partida, mas também reduzem torque de partida (nem sempre suficiente para cargas pesadas).
Passo 9
Resumo didático e regra prática simples que você pode usar na prova.
Regra de bolso: verificar o torque de partida do motor e o torque resistente da carga na condição de partida. Em termos matemáticos, a condição necessária (e prática) é
Regra de bolso: verificar o torque de partida do motor e o torque resistente da carga na condição de partida. Em termos matemáticos, a condição necessária (e prática) é
Se isso ocorrer e
for maior que qualquer pico requerido durante aceleração, o motor parte com a carga acoplada; caso contrário, será preciso usar uma técnica de partida apropriada ou reduzir a carga.
Resposta
Sim. Desde que o torque de partida do motor seja maior que o torque resistente da carga em zero velocidade (
); se não houver essa condição (ou se a carga exigir torque maior que o torque máximo do motor) o motor não parte e requer partida especial (VFD, rotor com resistores, desacoplamento mecânico, etc.).