Motor elétrico, como dimensionar?

O motor elétrico é uma das grandes invenções da humanidade, estando presente em diversos equipamentos, desde um relógio até máquinas industriais tendo como sua principal característica transformar energia elétrica em energia mecânica. Abordaremos neste artigo os motores industriais, dar dicas de como dimensionar motores, cálculos para encontrar velocidade síncrona de um motor, torque, potência, trabalho, categorias de motores elétricos e compreender fatores que devem ser levados em consideração para o dimensionamento do motor.

Categorias de motores elétricos

De acordo com a NBR 17094 existem três categorias que compõem os motores de indução trifásicos, onde cada uma se adequa a um tipo de carga.

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Categoria N

Os motores de categoria N são mais encontrados no mercado, estando presentes em bombas, máquinas operatrizes, ventiladores entre outras utilidades. Está categoria possui corrente de trabalho considerada normal, conjugado de partida normal (torque) e baixo escorregamento.

Categoria H

Motores dessa categoria são mais utilizados em trabalhos onde são exigidos torques de partidas mais altos, operam com corrente de trabalho normal, baixo escorregamento, contudo essas categorias são com valores maiores que na categoria N, as britadeiras são equipamentos que possuem motores dessa categoria.

Categoria D

Utilizados em Elevadores e maquinários que necessitam de carga com partidas mais elevadas, os motores de dessa categoria possuem cargas de emprego normal e escorregamento relativamente altos, com taxa de mais de 5%, umas das características é que este modelo de motor é utilizado onde há picos periódicos.

Fatores que devem ser levados em consideração

Existem duas informações importantes que devem ser levadas em consideração no momento de dimensionamento do motor, para obter o máximo de potência útil possível.

É preciso ser observado a temperatura onde o motor irá ficar instalado e a altitude, todo fabricante disponibiliza uma tabela onde é demonstrado o fator de correção, que deve ser utilizada para definir a potência útil disponível, potência máxima.

Motor trifásico.

Todos os motores elétricos precisam de componentes de proteção, para serem instalados de forma correta é necessário que sejam feitos alguns cálculos para o dimensionamento correto de seus componentes de proteção, cada um deles com características distintas, tais como os disjuntores, contatores, relés de sobrecarga, fusíveis entre outros.

Depois de ter compreendidos os principais fatores que são necessário no momento de dimensionar um motor elétrico, para dimensioná-los é preciso colher informações, como: qual a tensão da rede, a tensão de alimentação do motor, o ambiente onde o motor será instalado se o motor ficará exposto à poeira, umidade, elementos químicos ou gases, qual o torque do motor, quantidade de fases e pólos do motor, potência em KW, frequência da rede, se o motor irá funcionar de forma contínua ou apenas em certos períodos, o tipo de carga que será ligada ao motor e qual o ciclo de aplicação da carga.

Cálculos para dimensionamento do motor.

Iremos calcular a potência do motor com os seguintes dados fornecidos abaixo como exemplo:

Tensão da rede: 380 V
Frequência: 60Hz
Tensão de alimentação do motor: 380V.
Ambiente onde o motor será instalado, iremos utilizar Zona 2 onde o grau de proteção é IP66.
Acoplamento direto com força de 280 Nm (torque do motor).
Corrente: 4 A.
Eficiência: 80%
Motor trifásico de quatro polos.

Fórmula para calcular rpm:

Ns = Velocidade síncrona em RPM
P = Número de polos
F = Frequência em Hz

Calculando a velocidade síncrona de um motor

Ns = (120 x F) / N° de polos.
Ns = (120 x 60) / 4
Ns = 7200 / 4
Ns = 1800 rpm

Fórmula para calcular a potência:

Para o dimensionamento correto de um motor é necessário a potência ser dada em KW.

P = Potência.
V = Tensão.
I = Corrente.
Ef = Eficiência.

Calculando a potência de um motor que tenha 380V, uma corrente de 4A e eficiência de 80%:

P = V x I x Ef
P = 380 x 4 x 80%
P = 1216 W

Após ter encontrado a potência do motor é preciso consultar o catálogo do fabricante e verificar qual motor está dentro das características construtivas que serão necessárias. A potência que deverá ser usada tem que ser superior ao valor obtido nos cálculos.

Fórmula para calcular o trabalho de um motor:

W = Trabalho (N x m).
F = força em Newton (N).
D = distância em metro (m).

Qual motor deverá ser utilizado para que seja capaz de levantar uma carga de 30Kg a uma distância de 6 m?

Sabendo que 1 Kgf equivale a 9,8 N aproximadamente, então para saber o valor de 6,5Kg em Newton basta fazer uma regra de três simples e o resultado será o produto entre Kgf e N.

X = 6,5 x 9,8 = 63,7 N

O próximo passo é aplicar os valores encontrados à fórmula acima.

W = F x D
W = 63,7 x 8
W = 509,6 Nm

Fórmula para calcular o torque de um motor:

É importante ressaltar que assim como o trabalho do motor, a unidade de medida para o torque também é Newton por metro, mas são grandezas distintas, portanto não confunda.

T = Torque (N x m).
F = força em Newton (N).
D = distância em metro (m).

Qual é o torque de um motor que produz uma força de 58N a uma distância de 40cm do centro de seu eixo?

T = F x D
T = 58 x 0,40
T = 23,2 Nm

Atualmente, com as tecnologias disponíveis é possível identificar com facilidade qual motor será necessário para cada atividade exercida, pois são softwares disponibilizados pelos próprios fabricantes para o dimensionamento dos motores.

Sobre o autor

Eletricista desde 2006, Henrique Mattede também é autor, professor, técnico em eletrotécnica e engenheiro eletricista em formação. É educador renomado na área de eletricidade e um dos precursores do ensino de eletricidade na internet brasileira. Já produziu mais de 1000 videoaulas no canal Mundo da Elétrica no Youtube, cursos profissionalizantes e centenas de artigos técnicos. O conteúdo produzido por Henrique é referência em escolas, faculdades e universidades e já recebeu mais de 120 milhões de acessos na internet.

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