Antes de tudo, no campo da engenharia industrial, um dos pilares fundamentais é o funcionamento ideal da planta. Certamente, esse desempenho só se garante por meio de uma operação bem ordenada e de uma engenharia integrada que sustenta toda a cadeia produtiva. Nesse contexto, uma pequena falha pode gerar prejuízos imensuráveis.
Durante o comissionamento de equipamentos que utilizam sistemas motrizes com motores elétricos de alta potência, um dos principais pontos de atenção é o transitório de partida dos motores.
Assim, motores elétricos com sistema de partida direta provocam picos de corrente no transitório de partida — metodologia amplamente utilizada em plantas industriais para o funcionamento de processos como extração e transporte de material, moagem, ventilação, entre outros. No entanto, a falha na análise dos motores antes da instalação pode causar diversos problemas.
Neste artigo, você vai compreender como funciona o transitório de partida de motores elétricos, qual é a importância da simulação para projetos dessa natureza, e como essa abordagem se aplica na prática, com um caso real da Virtos Engenharia.
O Que é o Transitório de Partida?
Quando um motor de indução assíncrono é energizado através do método de partida direta, ele acelera gradualmente e, durante esse período, demanda do sistema até 8 vezes a corrente nominal do motor.
A carga acoplada ao motor determina o período transitório, e o fabricante geralmente limita o tempo máximo do transitório para evitar que a elevação de temperatura nocivos aos enrolamentos, gere danos ao verniz isolante.
Durante esse transitório do motor assíncrono de alta potência, o sistema elétrico estará operando acima da capacidade nominal, causando estresse em todos os equipamentos que envolvem a partida do motor, que pode refletir na carga mecânica que está acoplada ao motor, quanto também nas cargas alimentadas pelos mesmos sistemas elétricos do motor. Durante esse intervalo, ocorrem simultaneamente:
- Pico de corrente de partida: pode atingir 5 a 8 vezes a corrente nominal (In), sobrecarregando condutores, transformadores e disjuntores
- Queda de tensão na rede: compromete outros equipamentos alimentados pelo mesmo barramento
- Torque de aceleração elevado: gera esforços mecânicos severos em acoplamentos, redutores e cargas conectadas
- Aquecimento do enrolamento: o calor gerado em partidas frequentes é cumulativo e degrada o isolamento ao longo do tempo
Esses fenômenos são previsíveis. Sendo facilmente calculado por simulações.
Por Que Simular o Transitório de Partida?
A simulação permite validar todo o projeto de forma virtual, identificando restrições, incompatibilidades e riscos no sistema antes de lançar qualquer cabo, além de ajustar o projeto às necessidades do cliente.
Certamente, sem simulação os sistemas são dimensionados de forma analítica, muitas vezes sem considerar as impedâncias a montante dos circuitos de alimentação dos motores e o carregamento existente do sistema, culminando em dimensionamento dos componentes do sistema de forma mais superficial. Essa abordagem ignora as particularidades da carga, do cabo de alimentação e da impedância da rede.
A simulação permite calcular com precisão:
- A corrente de pico real no instante do acionamento
- O tempo que o sistema leva para estabilizar
- A energia térmica dissipada nos condutores durante a partida
Com esses dados, o projeto deixa de ser estimativo e passa a ser baseado em evidências, sendo possível analisar diversos impactos do motor em todo o sistema da planta.
Análise do Impacto na Rede Elétrica
Em indústrias com múltiplos motores ou com cargas sensíveis (CLPs, inversores, equipamentos de medição), a queda de tensão causada pela partida de um único motor pode provocar falhas em cascata.
A simulação do sistema elétrico completo — incluindo transformadores, cabos e cargas — permite identificar se a partida direta é viável ou se é necessário adotar métodos alternativos como: Soft starter ou Inversores de frequência (VFD), que desempenham um papel crucial na partida suave de motores elétricos, evitando os impactos causados pelos picos de corrente durante a partida ou parada.
Cada alternativa tem impacto diferente no perfil de corrente e torque. A fim de, quantificar essas diferenças antes na simulação, antes da compra de qualquer equipamento.
Riscos de Não Simular
Dessa maneira, as simulações previnem problemas de alto custo para toda a operação. Os impactos financeiros da ausência de simulação são concretos e mensuráveis:
- Queima prematura de motores por partidas acima do limite térmico
- Disparos indevidos de proteções por correntes de partida mal dimensionadas
- Danos em equipamentos adjacentes por queda de tensão não prevista
- Paradas de produção não planejadas com alto custo por hora parada
- Projetos refeitos em campo com custo de mão de obra e material duplicados
Em muitos casos, o custo de um estudo de simulação representa menos de 1% do custo total dos problemas que ele evita. Mas como essas simulações funcionam na prática?
Caso Virtos Engenharia
Aqui na Virtos as simulações para repotenciamento de motores são parte essencial dos projetos, para garantir segurança e eficiência para o cliente. As simulações permitem estudos de caso personalizados para as condições do motor, e uma simples mudança pode ser percebida em todo o sistema.
No caso de um motor elétrico de Transportador de correia, diversos aspectos mecânicos, elétricos e operacionais, devem ser avaliados para garantir um projeto eficiente.
Do ponto de vista mecânico é de se esperar uma avaliação da capacidade da correia, treliças e suporte para garantir que essas suportaram a tensão e o peso do novo motor. Além disso, redutor de velocidade, tambores e roletes são verificados para assegurar que a nova potência nominal do motor será atendida.
Simultaneamente, a parte elétrica deve averiguar a capacidade da rede de distribuição, equipamentos elétricos e o sistema de partida. Assim, toda a operação suportará a nova potência e reduzirá o estresse mecânico e elétrico em outras partes da rede.
A fim de agir com uma visão estratégica a equipe de engenheiros deve calcular a potência efetiva necessária para evitar repotenciamento ineficiente ou superdimensionamento, a partir da velocidade e tensão das correias e o enchimento da carga. A fim de garantir o sucesso de toda a operação e um processo contínuo ideal dos transportadores.
Com esses dados inseridos, começa a simulação. Como de esperado é possível fazer previsões de momentos específicos, como o afundamento de tensão que ocorre como resultado da partida de grandes motores.
Análise de resultados da Simulação
A corrente de partida ocorre porque o motor solicita da rede de 5 a 8 vezes a corrente para a magnetização e para produzir o torque de partida. Assim, ocorrem afundamentos de tensão devido à partida de grandes motores, podendo causar a redução de potência do motor e dos equipamentos em paralelo.
Portanto, por meio da análise de partida de motores, para as condições operativas analisadas, é possível prever o dimensionamento de um sistema que não comprometa seu correto funcionamento. Os resultados obtidos das simulações mostram as condições de contingência e o consumo de potência. Sendo possível criar estratégias que diminuam os impactos do afundamento.
Em suma, no caso apresentado, foi analisado a partida dos motores de acionamento do transportador de correia, o projeto foi realizado considerando especificações do cliente, sendo elas:
- Partida simultânea dos motores de acionamento existente
- Partida escalonada dos motores existentes
- Troca do motor de acionamento aumentando a potência nominal.
Realizando a simulação do sistema, verificou os cenários de partida simultânea e a troca do motor, que excediam a queda de tensão máxima do circuito, assim a equipe optou pela opção mais econômica e rápida, a partida escalonada.
Conclusão
Em suma, a simulação do transitório de partida de motores elétricos consolida uma prática essencial para projetos industriais que buscam confiabilidade, segurança e eficiência operacional.
Ao antecipar, os efeitos elétricos e mecânicos da partida, torna-se possível identificar limitações da rede, avaliar impactos sobre equipamentos adjacentes e definir estratégias de partida mais adequadas às condições reais de operação.
Mesmo quando não é realizada uma simulação térmica detalhada do motor, a análise da elevação térmica do sistema, aliada às simulações elétricas, fornece subsídios suficientes para decisões técnicas consistentes e fundamentadas. Dessa forma, o projeto deixa de ser baseado em premissas e apoia-se em evidências técnicas, reduzindo riscos de falhas, retrabalhos e custos não planejados.
Quer saber como aplicar a simulação de transitórios elétricos ao seu projeto? Entre em contato com nossa equipe de engenharia e descubra como podemos apoiar o seu processo desde a análise até o comissionamento.