Isolantes

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CAPÍTULO 1
Aula 5
11. Materiais, sistema de isolamento e aspectos térmicos

Vida útil de um motor de indução Æ depende quase exclusivamente da
vida útil do isolamento dos enrolamentos.
Fatores que afetam a vida útil do isolamentoÆ umidade, vibrações,
ambientes corrosivos e outros. Dentre todos os fatores, o mais
importante é sem dúvida a temperatura de trabalho dos materiaisisolantes empregados. Um aumento de 8 a 10 graus na temperatura

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do sistema de isolamento acima de sua classe térmica, reduz sua
vida útil pela metade.
A experiência mostra que o isolamento tem uma duração praticamente
ilimitada, se a sua temperatura for mantida abaixo do limite de sua
classe térmica. Esta limitação de temperatura refere-se ao ponto mais
quente do sistema de isolamento e nãonecessariamente ao
enrolamento todo.
O material isolante também serve para dar suporte mecânico, proteger
o condutor de degradação provocada pelo meio ambiente e transferir
calor para o ambiente externo.

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§ Aspectos térmicos
Durante a operação das máquinas elétricas ocorrem perdas que
conduzem ao aquecimento. A elevação de temperatura, em relação à
temperatura do meio ambiente, nãodeve ultrapassar a temperatura
definida pela classe de isolamento da máquina. Se a máquina estiver
corretamente dimensionada, ela atingirá esta temperatura definida pela
classe de isolamento em condições nominais de operação, no limite da
temperatura ambiente, que é de 40oC.
Equação básica do aquecimento do motor Æ considera o motor como
um corpo homogêneo, no qual a energia é absorvida efornecida ao
ambiente uniformemente.

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Terminologia Æ
Ta
T
θ
P
∆t
Q

temperatura ambiente;
temperatura do corpo uniforme (motor) num tempo qualquer
elevação de temperatura = T - Ta
potência de perdas
intervalo de tempo
quantidade de calor

Durante a operação da máquina Æ
P

perda interna (cobre + ferro + rotacionais)

∆Q1

energia de perdas num intervalo de tempo ∆tabsorvida pela
máquina resultando num aumento de temperatura

∆Q2

energia de perdas num intervalo de tempo ∆t transferida ao
meio ambiente

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Tem-se:

P ∆t = ∆Q1 + ∆Q2

(34)

A parcela responsável pelo aumento da energia interna da máquina
(∆Q1) será proporcional à variação de temperatura ∆θ:

∆Q1 = C ∆θ

(35)

sendo C a capacidade térmica do motor.
A parcela transferidaao meio ambiente (∆Q2) num intervalo de tempo
∆t pode ser modelada como:

∆Q 2 = h A θ ∆ t
A

(36)

representa a área superficial do motor

h

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constante de transferência de calor.

Substituindo as equações (36) e (35) em (34), e considerando-se
variações infinitesimais de tempo e temperatura, pode-se obter:

P dt = C dθ + h A θ dt
Escrevendo (37) na forma de uma equaçãodiferencial ordinária:

(37)

7

C dθ
P
+θ =
h A dt
hA

(38)

A solução desta equação é trivial, e representa a familiar resposta
exponencial:

θ = θ f (1 − e

−t / τ

)

(39)

Aqui θf representa a elevação final de temperatura (θf = P/(hA)),
quando o motor atinge o equilíbrio térmico, e τ é a constante de tempo
térmica (τ=C/(hA)).

8

A temperatura final do motor (Tf)será obtida somando-se a elevação
de temperatura à temperatura ambiente:

T f = Ta + θ f
Temperatura alcançada pela máquina depende basicamente:
?

da potência de perdas (P);

?

do tempo de funcionamento (t);

?

das condições ambientais.

(40)

9

Alguns valores típicos de constante de tempo de aquecimento de
motores de indução trifásicos Æ em geral, esta constante crescecom a
potência, bem como com o número de pólos.
Tabela 1.5: Valores típicos de constante de tempo de aquecimento (τa)
de motores de indução trifásicos em minutos.
Potência (kW) 2 pólos
0,25
3,0
30,0
90,0

7,5
6,0
30,0
40,0

4 pólos

6 pólos

8 pólos

10
12,0
35,0
50,0

12
13,0
50,0
60,0

10,0
60,0
-

Constante de tempo de resfriamento (τr) geralmente é função...
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