Serviços de reenrolamento de motores “Ex”

jan, 2016

Edição 119 – Dezembro de 2015
Por Roberval Bulgarelli

Motores elétricos são componentes fundamentais na maioria das plantas e dos acionamentos de equipamentos industriais. Eles são responsáveis por dois terços de toda a energia elétrica consumida pelas instalações industriais e comerciais mundiais, com custos de consumo de energia durante o seu tempo de vida útil que totalizam muitas vezes o seu custo inicial de compra.

Mesmo uma única falha de um motor pode afetar adversamente a lucratividade de curto prazo de uma empresa. Falhas múltiplas ou repetitivas podem reduzir a competitividade de uma empresa, tanto de curto como de longo prazo. Por este motivo, as empresas industriais necessitam de estratégias efetivas de gestão e de manutenção, de forma a minimizar os custos gerais de compra e de operação de motores elétricos, além de evitar as paradas não programadas que são causadas pelas suas falhas não previstas.

Os serviços de reenrolamento de motores elétricos “Ex” representam uma atividade bastante frequente, em função dos elevados custos dos motores “Ex” de grande porte. Para estes motores, é economicamente viável a realização de serviços de reparos nos enrolamentos do estator e do rotor, ao invés da substituição do equipamento completo.

Usuários com experiência em motores elétricos “Ex”, há muito tempo, sabem que motores reparados ou reenrolados por oficinas de serviços qualificadas reduzem os gastos, ao mesmo tempo que asseguram uma operação com maior confiabilidade. Além disso, a elevação dos custos de energia nos últimos anos, tem feito com que surjam questões sobre a manutenção da eficiência de motores “Ex” reparos ou reenrolados.

Motores elétricos “Ex” frequentemente convertem cerca de 95% da sua energia elétrica de entrada em energia mecânica. Por isso, em função da grande quantidade de energia elétrica que estes motores consomem em todo o mundo, mesmo pequenas alterações em seus índices de eficiência, podem representar grandes efeitos nos seus custos de operação.

A Edição 2.0 da norma internacional IEC 60034-30-1 (Rotating Electrical Machines – Part 30-1: Efficiency classes of line operated AC motors – IE Code), publicada pelo TC-2 da IEC (Rotating Machinery) em 2014, define os níveis internacionais de eficiência de motores elétricos de 50 Hz e de 60 Hz, com potência nominal até 1.000 kW. Na edição 2.0 desta norma internacional, além do já “tradicional” Índice de Eficiência IE3, foi incluído também o índice IE4. Além disso, o Índice de Eficiência IE5, embora não seja totalmente definido em detalhes, já está contemplado para aplicação em motores de eficiência mais elevada.

Porém, tem sido frequente, por parte dos usuários de motores “Ex”, diversas reclamações sobre os serviços de reparo e de reenrolamento destes motores “Ex” sobre a diminuição da eficiência dos motores após os reparos. Com base em grande parte em diversos estudos de motores, principalmente de pequeno porte (até 22,5 kW), os usuários frequentemente afirmam que a eficiência cai entre 1% e 5% quando um motor “Ex” é reenrolado e cai ainda mais quando o motor é submetido a reenrolamentos repetidos.

Neste sentido, foram elaborados estudos para a determinação do impacto do reenrolamento e reparo na eficiência de motores de indução “Ex”, incluindo os efeitos de uma grande quantidade de variáveis tais como:

  • Reenrolamento de motores “Ex” sem a aplicação de sistemas de controles específicos sobre procedimentos de retirada dos enrolamentos e reenrolamento;
  • Excesso de graxa nos mancais;
  • Como diferentes temperaturas de aquecimento para a remoção dos enrolamentos danificados afetam as perdas do núcleo do estator;
  • As consequências de repetidos reenrolamentos;
  • Reenrolamento de motores “Ex” de baixa e de alta tensão;
  • Utilização de diferentes configurações de enrolamento e de preenchimento de ranhuras;
  • Danos físicos (mecânicos) ao núcleo do estator.

Pode ser verificado que, caso os serviços de reenrolamentos dos motores “Ex” sejam feitos de acordo com as “boas práticas de engenharia” existentes no mercado, a alteração da média da eficiência desses motores “Ex” fica dentro da faixa de precisão para os métodos de ensaio dos Índices de Eficiência – IE (± 0,2 %), demonstrando que os motores “Ex” reparados ou reenrolados que seguiram tais boas práticas mantiveram seus índices originais de eficiência, e que em muitos casos, a eficiência destes motores foi mesmo elevada.

Estudos e pesquisas realizadas em laboratórios de ensaios de equipamentos “Ex” demonstraram que os motores de alta tensão (com tensão nominal acima de 5,0 kV) podem apresentar riscos de centelhamento no entreferro (aquela pequena distância existente entre o os enrolamentos do estator e o rotor), durante o período de partida destes motores, dependendo das características e de forma construtiva do motor. Foi também verificado, por meio destes estudos, que motores de alta tensão podem apresentar um risco de descarga capaz de gerar uma ignição, por meio de seus enrolamentos de alta tensão, devido a descargas parciais e a efeito corona.

Em função destes estudos e pesquisas, foram introduzidos nas normas dois tipos de proteção Ex “n” (não centelhante) e Ex “e” (segurança aumentada), no início dos anos 2000, requisitos para que motores de alta tensão com estes tipos de proteção “Ex” fossem submetidos a ensaios de laboratório na presença de gases inflamáveis, para confirmar que estes equipamentos não são capazes de gerar uma ignição.

A norma ABNT NBR IEC 60079-19 – Atmosferas explosivas – Parte 19: Reparo, revisão e recuperação de equipamentos “Ex” apresenta os requisitos aplicáveis à execução deste tipo de serviços de reenrolamentos de motores “Ex”, incluindo motores com tipo de proteção não centelhante – Ex “n” e de segurança aumentada (Ex “e”), os quais não dependem de carcaças com invólucros especiais à prova de explosão ou pressurizados.

Para a execução dos serviços de remoção dos enrolamentos danificados, é aceitável o procedimento de diluição do verniz de impregnação das bobinas com solventes, antes da sua remoção, ou remoção a frio.

A necessidade de cautelas especiais nestas circunstâncias deve-se ao fato de que um aumento nas perdas no núcleo, que podem ser resultantes da perda das propriedades magnéticas das chapas de aço silício e da degradação do isolamento entre estas chapas, pode afetar significativamente os parâmetros do tipo de proteção “e” (tempo tE etc.) ou resultar em que a classe de temperatura seja excedida, comprometendo a segurança do equipamento aos o reparo. A oficina de serviços de reparo de equipamentos “Ex” deve certificar-se em todos os procedimentos de recuperação, que, após a conclusão da recuperação, o equipamento esteja em perfeitas condições de operação e em conformidade com as normas técnicas aplicáveis para os tipos de proteção “Ex” do motor a ser reparado e reenrolado.

O método utilizado pelo fabricante original do equipamento (OEM) para amarrar ou suportar as cabeças das bobinas do motor “Ex” deve ser avaliado e um sistema de amarração ou suportação equivalente necessita ser utilizado na cópia de enrolamento. No caso de bobinas de enrolamentos com espiras pré-formadas, a localização e a espessura dos blocos de amarração nas cabeças de bobinas devem ser replicadas na cópia do enrolamento, sendo importante que o espaço entre os lados da bobina nas cabeças da bobina seja mantido tão próximo como possível daquele do fabricante original do equipamento (OEM). A rigidez dos materiais da amarração deve ser equivalente ou melhor daquela utilizada pelo fabricante original do equipamento (OEM).

Devem também ser mantidas as distâncias relacionadas com a projeção em linha reta dos enrolamentos doo motor “Ex”, isto é, a distância desde a extremidade do núcleo do estator até a primeira curva do enrolamento do estator, nas duas extremidades de conexão (em ambos os lados do estator).

O método de impregnação utilizado pelo fabricante original do equipamento (OEM) do motor “Ex” necessita ser avaliado, identificando se os enrolamentos foram impregnados por meio de imersão, impregnação por meio de vácuo e pressão (VPI – Vacuum Pressure Impregnation) ou gotejamento. A cópia do enrolamento necessita passar pelo mesmo processo e, caso isso não seja possível, deve passar por um processo alternativo para atingir a mesma penetração e recobrimento da resina de impregnação nos enrolamentos

A ABNT NBR IEC 60079-19 está sendo revisada para incorporar os novos requisitos para a execução dos serviços de reenrolamento de motores “Ex”, de acordo com as modificações que foram apresentadas pelo Amendment 3.1 da IEC 60079-19, publicado em 2015. Nesta revisão foram incluídas referências aos seguintes documentos do IECEx:

  • Folha de Decisão IECEx TAG 20013/006 – Informações requeridas para assegurar que o motor “Ex” com cópia de enrolamento tenha um comportamento eletromecânico e térmico similar ao do motor “Ex” original;
  • Documento Operacional IECEx OD 301 – The effect of repair or rewinding on motor efficiency – Rewind study and good practice guide to maintain motor efficiency.

Até o presente momento existem no Brasil mais de 60 oficinas de serviços de reparo, revisão e recuperação de equipamentos “Ex”, certificadas de acordo com os requisitos da ABNT NBR IEC 60079-19 e dos Documentos Operacionais IECEx 314-5 – Requisitos do Sistema de Gestão da Qualidade para Empresas de Serviços do IECEx envolvidas em reparo, revisão e recuperação de equipamentos “Ex” e IECEx OD 315-5 – Requisitos adicionais para Empresas de Serviços IECEx envolvidas em reparo, revisão e recuperação de equipamentos Ex.

A Folha de Decisão IECEx TAG DS 2013/006 encontra-se disponível para acesso público em português do Brasil em:
http://www.iecex.com/docs/ExTAG_DS_2013_006_60079-19_Portugese.pdf.

O Documento Operacional IECEx OD 301 encontra-se disponível para acesso público em:
http://www.iecex.com/docs/OD_301_EASA_rwstdy1203_IECEx_021318.pdf.

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