UC02951

Executar operações de manutenção em máquinas elétricas rotativas

Curso profissional · 25h · TMIM

Índice

  1. Motores de Corrente Contínua — construção, comutador, escovas, tipos (shunt, série, compound)
  2. Motores de Indução Trifásicos — estator, rotor gaiola/enrolado, campo girante, escorregamento, binário-velocidade
  3. Motores Síncronos e Especiais — síncrono, passo a passo (unipolar/bipolar), BLDC, servo-motor
  4. Geradores e Alternadores — princípio, sincronismo, AVR, grupos geradores
  5. Manutenção de Motores — rolamentos, escovas, isolamento, desequilíbrio, alinhamento
  6. Diagnóstico e Reparação — Megger, resistência de enrolamentos, vibração em motores, rebobinagem básica

Bloco 1

Motores de Corrente Contínua

Construção e Princípio DC

Componentes principais:

  • Estator (campo): núcleo de ferro + enrolamentos de campo ou ímanes permanentes
  • Rotor (armadura): bobines em sulcos do núcleo laminado; ligadas ao comutador
  • Comutador: segmentos de cobre que comutam a corrente no rotor
  • Escovas: carbono ou grafite; contacto deslizante com o comutador

Tipos de motor DC:

Tipo Ligação do campo Característica Aplicação
Shunt Campo em paralelo com armadura Velocidade estável com carga Máquinas-ferramenta, ventiladores
Série Campo em série com armadura Binário muito alto no arranque Tracção eléctrica, ascensores
Compound Campo misto (série + paralelo) Compromisso entre os dois Bombas, compressores
Ímanes permanentes Sem enrolamento de campo Simples; bom rendimento Aplicações de baixa potência

Manutenção de Escovas e Comutador

Desgaste das escovas:

  • Normal: desgaste gradual (~1 mm/100 horas em motores industriais)
  • Altura mínima: 50% da altura original → substituir
  • Assentar novas escovas com lixa fina antes de colocar em serviço

Estado do comutador:

  • Superfície deve ser lisa e brilhante (tom rosado/cobre)
  • Sulcos entre os segmentos devem estar limpos (profundidade 0,5–1 mm)
  • Oval ou descentralizado → tornear no torno com a armadura no lugar

Regulação da força das molas das escovas:

  • Força recomendada: 20–30 kPa (2–3 N/cm² de área da escova)
  • Força insuficiente → arco e faíscas → queima do comutador
  • Força excessiva → desgaste prematuro das escovas

Bloco 2

Motores de Indução Trifásicos

Campo Girante e Escorregamento

Velocidade síncrona:

Onde f = frequência (50 Hz) e p = número de pares de polos

Escorregamento:

Em carga nominal: s típico = 1–5%

Nº polos (2p) n_síncrono a 50Hz n_nominal típica
2 3000 rpm 2950 rpm
4 1500 rpm 1450 rpm
6 1000 rpm 960 rpm
8 750 rpm 720 rpm

Curva Binário-Velocidade

Binário ▲
        │
T_max ──┤     ●
        │   ╱   ╲
T_nom ──┼──────────●────────────
        │                       ╲
T_arr ──┤●                      ●
        │                         
        └────────────────────────► Velocidade
        0    n_critic   n_sinc
  • T_arranque (T_arr): binário ao arranque (n=0)
  • T_máximo (T_max): binário de derrubamento (pull-out torque)
  • T_nominal (T_nom): binário em operação normal

Condição de operação estável: s < s_crítico (escorregamento no ponto T_máx)

Bloco 3

Motores Especiais

Motor Passo a Passo e BLDC

Motor de passo (stepper):

  • Roda em incrementos fixos (passos) por cada pulso eléctrico
  • Passo típico: 1,8° (200 passos/rotação) ou 0,9° (400 passos)
  • Modo micro-step: subdivisão do passo → maior resolução
  • Sem encoder necessário (controlo em malha aberta)
  • Torque máximo em baixa velocidade; perde binário a altas velocidades

Motor BLDC (Brushless DC):

  • Rotor: ímanes permanentes (sem escovas, sem comutador)
  • Estator: enrolamentos trifásicos (como motor de indução)
  • Controlador electrónico: comutação baseada em sensores Hall (posição do rotor)
  • Vantagens: alto rendimento, baixa manutenção, longa vida
  • Aplicações: drones, EV, electrodomésticos, ferramentas

Bloco 4

Geradores e Alternadores

Princípio e AVR

Alternador síncrono trifásico:

  • Rotor: enrolamento de excitação (alimentado por DC via anéis deslizantes) ou ímanes permanentes
  • Estator: enrolamentos trifásicos → produzem tensão AC
  • Frequência saída: f = p × n / 60 Hz

AVR (Automatic Voltage Regulator):

  • Mede a tensão de saída do alternador
  • Compara com setpoint (ex.: 400 V AC)
  • Ajusta a corrente de excitação do rotor → mantém tensão constante com variações de carga

Grupos geradores — manutenção:

  • Verificar nível de óleo do motor diesel
  • Verificar arrefecimento (radiador, termostato)
  • Teste de carga periódico (30 min a 75% da potência nominal)
  • Verificar baterias de arranque (tensão, electrólito)

Bloco 5 + 6

Manutenção e Diagnóstico de Motores

Inspecção e Medições de Rotina

Frequência anual — motor de indução:

Verificação Instrumento Critério
Resistência de isolamento Megger 1kV ≥ (kV+1) MΩ
Resistência dos enrolamentos Miliohmímetro Desequilíbrio < 5% entre fases
Vibração (carcaça) Acelerómetro Zone A/B ISO 10816
Temperatura em carga Termómetro IR < Classe isolamento (F: 155°C)
Corrente (3 fases) Pinça amperimétrica Desequilíbrio < 5%
Rolamentos (som e temperatura) Ultrassom, IR Sem chiado; T < 80°C

Substituição de Rolamentos de Motor

Rolamentos típicos de motor eléctrico:

  • Lado comando (acoplamento): rolamento de fixação (fixo radialmente)
  • Lado ventilador: rolamento de expansão (permite expansão axial térmica)

Procedimento de substituição:

  1. Desmontagem: tampa da caixa, ventilador, tampas do motor (lado a lado)
  2. Extrair o rotor com cuidado (sustentar o rotor para não danificar o estator)
  3. Extrair os rolamentos com extractor adequado (nunca percutir no anel interior)
  4. Montar novos rolamentos aquecidos (80–100°C) ou prensa
  5. Remontar e verificar rotação suave
  6. Encher com massa: 1/3 a 2/3 do espaço livre da caixa

Resumo da UC02951

Competências adquiridas:

  • Identificar os tipos e componentes de motores DC e AC
  • Calcular escorregamento e velocidade de rotor de motor de indução
  • Efectuar a manutenção preventiva de motores eléctricos (rolamentos, escovas, isolamento)
  • Diagnosticar avarias em motores por medição de isolamento, resistência e vibração
  • Conhecer os fundamentos de geradores e AVR

Avaliação: Ficha 1 (cálculo escorregamento + diagnóstico) + Ficha 2 (manutenção preventiva + vibração) + Projecto (manutenção motor indução completa 10h)

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Topologia do motor DC e escolha por tipo de campo A forma como o campo é ligado à armadura define toda a característica do motor: é por isso que o motor série arranca com binário enorme mas dispara em vazio, enquanto o shunt mantém velocidade estável. Ao identificar um motor avariado na oficina, ler a ligação do campo na placa de bornes diz logo que comportamento esperar. Reforçar que comutador e escovas são o calcanhar de Aquiles destas máquinas em manutenção. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Porque é que o motor série nunca deve arrancar sem carga (embalamento) • Como distinguir na caixa de bornes um motor shunt de um compound • Tendência de substituição do DC com escovas por BLDC em aplicações novas

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Manutenção do conjunto escovas-comutador Este é o trabalho de rotina mais frequente num motor DC: o desgaste é normal e previsível, por isso a inspeção deve ser calendarizada e não reativa. A regra dos 50% de altura mínima e a leitura da cor do comutador (rosado é sinal de boa comutação) são critérios práticos de aceitar ou rejeitar. Insistir que a força da mola é tão crítica como a própria escova: pouca dá arco, demasiada destrói tudo. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • O que uma cor escura ou riscada no comutador revela sobre a comutação • Porque é preciso assentar a escova com lixa antes de pôr em serviço • Quando tornear o comutador em vez de só trocar escovas

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Velocidade síncrona e escorregamento O escorregamento é o que distingue o motor de indução (assíncrono) do síncrono: sem escorregamento não há binário, porque não se induz corrente no rotor. Saber ler o número de polos a partir da velocidade de placa é uma competência prática para confirmar se o motor é o correto para a aplicação. Ligar o cálculo à realidade da fábrica: um motor de 4 polos roda a ~1450 rpm, não 1500. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Porque é impossível um motor de indução rodar à velocidade síncrona em carga • Como mudar a velocidade alterando a frequência (VFD) em vez do número de polos • O que um escorregamento anormalmente alto pode indicar (sobrecarga, fase em falta)

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Característica binário-velocidade do motor de indução Esta curva explica tudo o que se sente ao arrancar um motor com carga: há um binário de arranque, sobe até ao binário de derrubamento e depois opera estável perto da velocidade síncrona. Se a carga exigir mais do que o T_máx, o motor "cai" e bloqueia. Usar a curva para justificar porque é que arranques estrela-triângulo e arrancadores suaves protegem motor e rede. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • O que acontece se a carga ultrapassar o binário de derrubamento • Porque é que a corrente de arranque é 5–7× a nominal apesar do binário moderado • Como o VFD muda esta curva mantendo binário constante em baixa velocidade

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Motores de passo e BLDC na manutenção moderna Estes motores aparecem cada vez mais em equipamento industrial e o técnico tem de perceber que a "avaria" muitas vezes está no controlador eletrónico e não no motor. O stepper trabalha em malha aberta por passos fixos — perde passos se sobrecarregado e ninguém avisa. O BLDC eliminou escovas e comutador, transferindo a comutação para a eletrónica e os sensores Hall. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Como diagnosticar perda de passos num stepper sem encoder • Papel dos sensores Hall e o que acontece quando um falha num BLDC • Porque é que o BLDC reduz drasticamente a manutenção face ao DC com escovas

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Alternador, excitação e regulação de tensão No gerador o processo é o inverso do motor: movimento mecânico produz tensão, e quem garante que essa tensão se mantém estável com a carga a variar é o AVR a ajustar a corrente de excitação. Em grupos geradores de emergência, a manutenção é tão importante como a operação porque o equipamento passa meses parado e tem de arrancar à primeira. Daí o teste de carga periódico ser inegociável. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • O que faz o AVR quando entra uma carga grande de repente • Porque é que um grupo gerador nunca deve trabalhar muito tempo em vazio (wet stacking) • Itens da inspeção que mais falham em geradores pouco usados (baterias, combustível)

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Medições de rotina e critérios de aceitação A manutenção preventiva vive de medir e comparar com critérios objetivos, não de "achar". O ensaio de isolamento com Megger e o desequilíbrio entre fases abaixo de 5% são os dois indicadores que mais cedo apanham um motor a degradar-se. Insistir que cada medição precisa do instrumento certo e de um valor-limite conhecido antes de se decidir intervir. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Porque é que o isolamento se ensaia sempre com o motor desligado e a regra (kV+1) MΩ • O que um desequilíbrio de corrente entre fases pode revelar (alimentação ou enrolamento) • Como a norma ISO 10816 classifica a severidade de vibração por zonas

NOTAS DO PROFESSOR 📖 Substituição correta de rolamentos A maioria das falhas prematuras de rolamentos novos vem da montagem, não do componente: percutir no anel interior ou aquecer mal danifica as pistas antes de o motor sequer arrancar. Distinguir o rolamento fixo do de expansão é essencial — bloquear os dois axialmente provoca esforços térmicos e ruína rápida. A massa em excesso é tão prejudicial como a massa a menos. 🗣️ Pontos a desenvolver oralmente • Porque nunca se transmite força de montagem através das esferas • Função do rolamento de expansão e o que sucede se ambos ficarem fixos • A regra do 1/3 a 2/3 de massa e o risco do sobreaquecimento por excesso