fusÍveis - projeto de pesquisa - metodologia científica - utfpr - curitiba - paraná

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOUNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁCAMPUS CURITIBA

CAMILE T. DA ROCHA CERCALDANIELE RAMOS

LUIZ PAULO DE SOUZARAFAEL MERIGUE

VERIFICAÇÃO DA QUEIMA DE FUSÍVEIS DE QUADROS DE COMANDO

CURITIBA2008

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOUNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁCAMPUS CURITIBA

CAMILE T. DA ROCHA CERCALDANIELE RAMOS



Projeto de pesquisa, exigido para conclusão da disciplina Metodologia da Pesquisa do Curso Engenharia Industrial Elétrica da UTFPR.

Orientador: Julio César Nitsch

CURITIBA2008

TERMO DE APROVAÇÃO

CAMILE THAIS DA ROCHA CERCALDANIELE RAMOS



Projeto aprovado como requisito parcial para obtenção da nota da disciplina Metodologia de Pesquisa no Curso de Engenharia Industrial Elétrica com Ênfase em Eletrotécnica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

COMISSÃO EXAMINADORA

_______________________________

Prof. Ed. Julio César Nitsch

Engenharia Industrial Elétrica Ênfase em Eletrotécnica, Departamento de Eletrotécnica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Curitiba, 09 de Maio de 2008.

i

DEDICATÓRIA

Aos professores, Luis Fernando Lopes e Hamilton Born

Ao coordenador do DAELT, Paulo Sérgio Walênia.

ii

AGRADECIMENTOS

Aos nossos pais por todo o apoio e educação que nos proporcionaram

durante nossa jornada, neste caso, acadêmica.

iii

“Continue procurando idéias novas que outros

tenham usado com êxito. Sua idéia tem que ser

original somente na adaptação a seu problema.”

Thomas Edson

iv

SUMÁRIO

LISTA DE TABELAS...................................................................................................v

LISTA DE FIGURAS..................................................................................................vi

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS...................................................................vii

RESUMO..................................................................................................................viii

1 INTRODUÇÃO.......................................................................................................1

2 TEMA.....................................................................................................................1

3 PROBLEMA...........................................................................................................1

4 JUSTIFICATIVA.....................................................................................................1

5 OBJETIVO GERAL................................................................................................2

6 OBJETIVOS ESPECÍFICOS..................................................................................2

7 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.............................................................................2

7.1 CORRENTE NOMINAL (IN).................................................................................2

7.2 CORRENTE TÉRMICA NOMINAL (Ith)................................................................2

7.3 CORRENTE DE AJUSTE....................................................................................2

7.4 CORRENTE CONVENCIONAL DE FUSÃO (IF)..................................................2

7.5 CORRENTE CONVENCIONAL DE NÃO FUSÃO (INF).......................................2

7.6 COMPOSIÇÃO....................................................................................................3

7.7 CLASSES DE FUSÍVEIS.....................................................................................3

7.8 FUSÍVEL DIAZED...............................................................................................4

7.9 REGIME DE TRABALHO....................................................................................5

7.10 FÓRMULA DE PREECE.....................................................................................5

7.11 FÓRMULA PARA O CÁLCULO DO TEMPO PARA FUSÃO..............................6

8 ESTADO DA ARTE................................................................................................6

8.1 DISPOSITIVO DE BAIXA TENSÃO....................................................................6

9 DESENVOLVIMENTO............................................................................................6

10 CUSTOS.................................................................................................................8

11 CRONOGRAMA...................................................................................................10

REFERÊNCIAS.........................................................................................................11

v

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Correntes convencionais de fusíveis....................................................3

Tabela 2 – Temperatura de fusão das principais ligas de fusíveis.......................3

Tabela 3 – Tempo de fusão dos fusíveis a uma corrente 150% maior..................5

Tabela 4 – Constante para cada material.................................................................5

Tabela 5 – Constante k’ para cada material.............................................................6

Tabela 6 – Experimentos realizados no laboratório...............................................8

Tabela 7 – Ferramentas.............................................................................................8

Tabela 8 – Equipamentos..........................................................................................8

Tabela 9 – Materiais...................................................................................................9

Tabela 10 – Administrativo........................................................................................9

Tabela 11 – Logística.................................................................................................9

Tabela 12 – Ambiente................................................................................................9

Tabela 13 – Recursos Humanos.............................................................................10

Tabela 14 – Cronograma.........................................................................................10

vi

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Fusíveis DIAZED......................................................................................4

Figura 2 – Gráfico da curva característica do fusível DIAZED...............................7

Figura 3 – Circuito elétrico do experimento............................................................7

vii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

Pb – Chumbo

Sn – Estanho

Bi – Bismuto

Cd – Cádmio

Hg – Mercúrio

viii

RESUMO

Neste trabalho será apresentada uma proposta de projeto desenvolvida

pelos acadêmicos de Engenharia Industrial Elétrica, especificando o tema: fusível. E

não deixando de mencionar o problema em questão que tem ocasionado a queima

destes dispositivos em quadros de comando.

Além disso, serão mostrados: a justificativa que relata as dificuldades

geradas com a queima de fusíveis, o objetivo geral do trabalho, que é descobrir o

agente causador dessas queimas, os objetivos específicos propostos pela equipe

designada a solucionar o problema, uma fundamentação teórica sobre o assunto

abordado, assim como o desenvolvimento do que será realizado em laboratório. E

ainda será relatado os recursos humanos e os custos com ferramentas,

equipamentos, materiais, administrativo, logístico e ambiente.

1

1 INTRODUÇÃO

Nos diversos setores da área técnica, os fusíveis desempenham um papel

de grande importância servindo como dispositivos de proteção intercalados num

circuito para interrompê-lo em caso de condições adversas.

Assim, o estudo irá proporcionar uma verificação eficaz das causas que

ocasionaram a queima dos fusíveis possibilitando também alterações nos modelos

dos dispositivos a fim de estabelecer um correto uso destes equipamentos.

2 TEMA

Fusíveis constituem uma forma de proteção em caso de curtos-circuitos

devido a sua alta capacidade de interrupção e a sua capacidade limitadora.

Tem como principal característica a sua corrente nominal, que é aquela que

o fusível suporta continuamente. Correntes maiores que a nominal irão provocar a

ruptura do fusível após algum tempo criando a relação tempo x corrente de ruptura,

que é a curva característica do fusível. Possuem também uma tensão máxima de

operação que deve ser obedecida. Esses fusíveis são formados por um filamento

projetado para suportar um determinado valor de corrente, que geralmente está

marcado no próprio fusível, quando a corrente que passa por ele atingir este valor

limite, o filamento se rompe abrindo o circuito e fazendo com que este dispositivo

seja substituído.

3 PROBLEMA

Uma revendedora que utiliza fusíveis em quadros de comando deparou-se

com alto índice de queima daqueles componentes. Insatisfeita com o parecer dado

pela indústria dos fusíveis, propôs aos acadêmicos da Universidade Tecnológica

Federal do Paraná a realização de uma pesquisa aplicada para resolução do

problema.

4 JUSTIFICATIVA

Os estudos proporcionarão o correto uso dos fusíveis segundo as suas

características como a corrente nominal, corrente de curto-circuito, tempo de ação e

resistência de contato. Dessa forma há de se evitar a perda de produtividade e

desempenho da empresa devido ao atraso proporcionado pela necessidade de se

trocar um fusível queimado, além de proteger com eficiência os equipamentos que

detêm um custo maior para a empresa.

2

5 OBJETIVO GERAL

Descobrir motivo pelo qual os fusíveis utilizados em quadros de comando

estão queimando.

6 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Estudo do funcionamento dos fusíveis, assim como o de suas partes através de

uma fundamentação teórica.

Realizar testes com fusíveis em laboratório.

Analisar dos testes.

Analisar as condições do local de instalação dos fusíveis.

Elaboração de relatório.

Elaboração de artigo técnico.

7 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Fusível é um componente de um circuito elétrico destinado a protegê-lo

contra elevações na corrente elétrica. Sendo um dispositivo de interrupção de

corrente é necessário estar familiarizado com alguns termos técnicos.

7.1 CORRENTE NOMINAL (IN)

É o valor de corrente que pode percorrer o fusível por tempo indeterminado

sem que este apresente um aquecimento excessivo. (FILHO, J. M.; 1997).

7.2 CORRENTE TÉRMICA NOMINAL (Ith)

É a maior corrente que o dispositivo deve suportar num período de oito

horas sem que o aumento da temperatura ultrapasse os limites especificados. “Sem

que a elevação de temperatura de suas várias partes exceda limites especificados

(que são os mesmos indicados na tabela 3 da NBR 5361)”. (COTRIM, 2003. p.279).

7.3 CORRENTE DE AJUSTE

Valor de corrente em que o dispositivo é ajustado e as configurações são

definidas. (COTRIM, 2003).

7.4 CORRENTE CONVENCIONAL DE FUSÃO (IF)

Valor de corrente que ativa a atuação do dispositivo dentro de um tempo

determinado. (COTRIM, 2003).

7.5 CORRENTE CONVENCIONAL DE NÃO FUSÃO (INF)

É a corrente que pode ser suportada pelo dispositivo durante um tempo

especificado.

3

As correntes convencional de fusão e de não fusão são de um valor maior

do que as correntes nominal e de ajuste do dispositivo.

Os fusíveis também têm uma tensão máxima de operação que deve ser

obedecida, ligado diretamente com a natureza do material empregado. (COTRIM,

2003).

Tabela 1 – Correntes convencionais de fusíveis

TIPO CORRENTE NOMINAL IN (A)

CORRENTE CONVENCIONAL DE NÃO FUSÃO (INF)

CORRENTE CONVENCIONAL DE FUSÃO (IF)

NORMA

Fusível gl IN ≤ 44 < IN ≤ 1010 < IN ≤ 2525 < IN ≤ 100100 < IN ≤ 1.000

1,5 IN

1,5 IN

1,4 IN

1,3 IN

1,2 IN

2,1 IN

1,9 IN

1,75 IN

1,6 IN

1,6 IN

IEC – 269 (1973)

Fusível gll Todas 1,2 IN 1,6 IN IEC – 269 (1973)

Fusível gG Todas 1,25 IN 1,6 IN NBR 11840Fonte: COTRIM

7.6 COMPOSIÇÃO

Os fusíveis são constituídos geralmente por ligas. Essas ligas apresentam

baixo ponto de fusão, de 60º a 200º C. Esse baixo ponto de fusão é o princípio de

funcionamento do fusível, uma vez que este se funde e abre o circuito.

Tabela 2 - Temperatura de fusão das principais ligas de fusíveis

Pb Sn Bi Cd Hg PONTO DE FUSÃO (ºC)67% 33% - - - 200 ºC38% 62% - - - 183 ºC50% - 50% - - 160 ºC32% 50% - 18% - 145 ºC27% 13% 50% 10% - 72 ºC20% - 20% - 60% 20 ºC

Fonte: http://www.eletrica.ufpr.br/

As ligas que possuem ponto de fusão mais baixo são utilizadas na

confecção de fusíveis rápidos.

7.7 CLASSES DE FUSÍVEIS

Tipo de sobre corrente que o fusível há de atuar:

"g" – Indica que é de atuação para sobrecarga e curto;

"a" – Indica que é de atuação apenas para curto-circuito.

Tipo de equipamento que o fusível há de proteger:

"L/G" – Utilizado para proteção de cabos e seve de uso geral;

4

"M" – Utilizado para proteção de motores;

"R"- Utilizado para proteção de circuitos com semicondutores. (BRASIL ESCOLA,

2008)

Devido ao tempo de atuação dos fusíveis, estes são classificados como

ultra-rápidos, rápidos e retardados. Os chamados de retardados, apresentam um

tempo relativamente longo para abrir. Outros, chamados rápidos, abrem em um

tempo bem menor, na mesma corrente. Esta diversidade é necessária, uma vez que

cargas comuns como motores têm um pico de corrente na partida que deve ser

suportado e, portanto, o tipo retardado deve ser usado. Equipamentos sensíveis

como os eletrônicos precisam de uma ação rápida para uma correta proteção. Um

fusível rápido colocado no lugar de um retardado provavelmente irá abrir ao se ligar

à carga. E um retardado no lugar de um rápido poderá não proteger os componentes

em caso de um curto-circuito interno no equipamento. (FILHO, D. L. L., 2002)

7.8 FUSÍVEL DIAZED

Figura 1 – Fusíveis DIAZED

Fonte: http://www.siemens.com.br/

DIA- Diâmetro, Z- duas partes (bipartido), ED- Rosca do tipo Edson.

É um fusível limitador de corrente de baixa tensão, cujo tempo de

interrupção é tão curto que o valor de crista da corrente presumida do circuito não é

atingido. (NISKIER; MACINTYRE, 2000).

Possuem categoria de utilização gL/gG, em três tamanhos (DI, DII e DIII)

atendem as correntes nominais de 2 a 100A.

Os fusíveis DIAZED de 1A até 20A têm limitadores de tensão de capacidade

100kA.

Através de parafusos de ajuste, impedem a mudança para valores

superiores, preservando as especificações do projeto.

5

Os acessórios para fusíveis DIAZED (tampa, anel de proteção, fusível,

parafuso de ajuste e base) permitem o seu manuseio sem riscos de toque acidental.

7.9 REGIME DE TRABALHO

Os fusíveis devem suportar a uma corrente máxima por um período

contínuo. Normalmente, essa corrente é 150% da corrente específica nominal do

fusível. (DEPARTAMENTO ENGENHARIA ELÉTRICA, 2008).

Tabela 3 - Tempo de fusão dos fusíveis a uma corrente 150% maior

CORRENTE NOMINAL (A)

TEMPO PARA FUSÃO (MIN)

0 a 30 130 a 60 2

60 a 100 4100 a 200 6200 a 400 10400 a 600 15


Sabe-se que nem os fusíveis rápidos, nem os de ação retardada fundem-se

nos tempos dados pela tabela, sendo que o primeiro funde-se muito antes e o

segundo muito depois.

7.10 FÓRMULA DE PREECE

Através da fórmula de PREECE pode-se estabelecer a relação matemática

entre o diâmetro da liga fusível e a corrente necessária à fusão.

(1)

Onde I é a corrente de fusão do fio, a é um parâmetro tabelado e d é o

diâmetro do fio. (DEPARTAMENTO ENGENHARIA ELÉTRICA, 2008).

Tabela 4 - Constante para cada material

MATERIAL aCobre 80

Alumínio 59,3MATERIAL aConstantan 44,4Prata alemã 40,9

Estanho 12,83Chumbo 10,77

67 chumbo + 33 estanho 10,30Fonte: http://www.eletrica.ufpr.br/

6

Essa fórmula é deduzida a partir da igualdade de duas equações, uma que é

a potência produzida pelo elemento e outra que é a potência irradiada pelo mesmo.

Após igualarmos estes duas equações, inclui-se no mesmo a variação da

temperatura e após as simplificações aplicáveis, tem-se a fórmula supracitada.

(DEPARTAMENTO ENGENHARIA ELÉTRICA, 2008).

7.11 FÓRMULA PARA O CÁLCULO DO TEMPO PARA FUSÃO

Também através do equilíbrio calorimétrico no material, tira-se a seguinte

fórmula:

(2)

Onde S é a seção do fio em mm² , I a corrente em ampère e k’ a constante

do material.

Tabela 5 – Constante k’ para cada material

MATERIAL k’Cobre 0,005

Alumínio 0,011Chumbo 0,140Niquelina 0,119


8 ESTADO DA ARTE

Em seus laboratórios, o Cepel realiza testes, serviços técnicos e especiais,

ensaios de tipo, de desenvolvimento, de conformidade, de materiais e de perícia em

equipamentos. Está capacitado para medições especiais em sistemas elétricos e

calibração de instrumentos e de sistemas de medição de alta tensão.

8.1 DISPOSITIVO DE BAIXA TENSÃO

Ensaios credenciados pelo INMETRO que visam a obtenção de certificação

e marca nacional de conformidade: fusível rolha e fusível cartucho. (CEPEL

CENTRO DE PESQUISA DE ENERGIA ELÉTRICA)

9 DESENVOLVIMENTO

Em laboratório serão realizados 10 experimentos em relação ao tempo de

fusão do fusível DIAZED 2A a uma determinada corrente. Utilizaremos 5 valores

7

diferentes de corrente (cada corrente será testada em 2 experimentos) para verificar

a curva do fusível ilustrada pela Figura 2.

Figura 2 – Gráfico da curva característica do fusível DIAZED

Fonte: http://www.siemens.com.br/

Figura 3 – Circuito elétrico do experimento

Fonte: própria

8

Tabela 6 – Experimentos realizados no laboratório

FusívelCorrente Nominal

(A)Tempo para fusão

(seg)

Ativou

Sim Não

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 CUSTOS

Tabela 7 – Ferramentas

ITEM QTD ESPECIFICAÇÃO UNIDADECUSTO

UNIT. (R$)CUSTO

PARCIAL (R$)1 1 Chave de fenda ¼” Peça 4,05 4,05

Sub-Total 4,05

Tabela 8 – Equipamentos


UNIT. (R$)CUSTO

PARCIAL (R$)1 1 Cronômetro digital

Prodigital CP-1PPeça 35,00 35,00

2 2Cabo banana 4mm Minipa MTL-23

Peça 8,48 16,96

3 1Cabo banana 4mm Minipa MTL-22

Peça 8,28 8,28

4 1Lâmpada incandescente 60W/127V Philips

Peça 1,49 1,49

5 1Bocal lâmpada Tipo Base E-27 DAVAL

Peça 9,90 9,90

6 1Fonte Alim. PROGR. 0-40V/5A+RS23

Peça 650,00 650,00

7 1Multímetro digital Minipa ET-1400

Peça 63,70 63,70

Sub-Total 785,33

9

Tabela 9 – Materiais


UNIT. (R$)CUSTO

PARCIAL (R$)1 10 Fusível DIAZED 2A

Siemens 5SB2 11peça 1,54 15,40

2 1Base Unip. Siemens 5SF1002-2MB DII 25A/500V

Peça 6,78 6,78

3 1Anel de proteção p/ base unip. Siemens

Peça 1,00 1,00

4 1Parafuse de ajuste 2A/500V SH3 10 Rosa

Peça 2,84 2,84

5 1Tampa p/ fusível DIAZED 25A/500V TEE

Peça 4,83 4,83

Sub-Total 30,85

Tabela 10 – Administrativo


UNIT. (R$)CUSTO

PARCIAL (R$)1 4 Lapiseira - 4,00 16,002 1 Caneta Caixa 5,00 5,003 4 Borracha - 0,50 2,004 1 Grafite Caixa 1,00 1,005 1 Grampeador - 8,00 8,007 4 Régua - 0,70 2,808 1 CD-RW - 0,75 0,759 100 Papel A4 Folha 0,05 5,00

10 1 Cartucho preto - 90,00 90,0012 1 Água - 30,00 30,0013 1 Luz - 30,00 30,0014 1 Telefone - 30,00 30,0015 1 Internet - 30,00 30,00

Sub-Total 256,80

Tabela 11 – Logística


UNIT. (R$)CUSTO

PARCIAL (R$)1 72 Alimentação - 10,00 720,002 30 Combustível Litro 2,33 69,90

Sub-Total 789,90

Tabela 12 – Ambiente

# QTD ESPECIFICAÇÃO UNIDADECUSTO

UNIT. (R$)CUSTO

PARCIAL (R$)1 2 Laboratório Hora 50,00 100,00

Sub-Total 100,00

10

Tabela 13 – Recursos Humanos


UNIT. (R$)CUSTO

PARCIAL (R$)1 12 Consultor (Julio C. Nitsch) Hora 150,00 1800,002 12 Executora (Daniele R.) Hora 4,50 54,003 12 Executora (Camile C.) Hora 4,50 54,004 12 Executor (Rafael M.) Hora 4,50 54,005 12 Executor (Luiz S.) Hora 4,50 54,00

Sub-Total 2016,00

Recursos Financeiros R$ 3982,93Lucro R$ 6000,00

Total Geral do Projeto R$ 9982,93

11 CRONOGRAMA

Tabela 14 - Cronograma

Período (semana) 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª 8ª 9ª 10ª 11ª 12ª 13ª 14ª 15ªDiscussão do tema X XElaboração da pesquisa

X X X X X

Pesquisa de preços X X X XApresentação 1 XApresentação 2 XApresentação 3 XApresentação 4 XTestes de laboratório XArtigo para revista XArtigo técnico XRelatório XConclusões finais X

11

REFERÊNCIAS

COTRIM, A. A. M. B. Instalações Elétricas. 4.ed. São Paulo: Prentice Hall, 2003.

FILHO, D. L. L. Projetos de instalações elétricas prediais. 7.ed. São Paulo: Érica,

2002.

NISKIER, J.; MACINTYRE, A. J. Instalações Elétricas. 4.ed. Rio de Janeiro: LTC,

2000.

FILHO, J. M. Instalações Elétricas Industriais. 5.ed. Rio de Janeiro: LTC, 1997.

DEPARTAMENTO ENGENHARIA ELÉTRICA, Homepage na Internet; Endereço:

http://www.eletrica.ufpr.br/, com link em /piazza/materiais/AntonJunior.pdf. Acessado

em 19 de março de 2008 – 17:45.

THS IND. E COMÉRCIO LTDA., Homepage na Internet; Endereço:

http://www.chavesfusiveis.com.br/, com link em pro_fusiveis1.htm. Acessado em 19

de março de 2008 – 18:05.

SIEMENS S.A., Homepage na Internet; Endereço: http://www.siemens.com.br/,

com link em templates/br_d_negocios_produtos.aspx?channel=250&menu_id=4.

Acessado em 19 de março de 2008 – 21:15.

WIKIPEDIA, Homepage na Internet; Endereço: http://pt.wikipedia.org/, com link em

wiki/Fus%C3%ADvel. Acessado em 19 de março de 2008 – 21:30. (especificar em q

parte do texto isso tah)

BRASIL ESCOLA, Homepage na Internet; Endereço: http://www.brasilescola.com/,

com link em fisica/fusiveis.htm. Acessado em 19 de março de 2008 – 23:00.

CEPEL CENTRO DE PESQUISA DE ENERGIA ELÉTRICA, Homepage na Internet;

Endereço: http://www.cepel.br, com link em /servicos/ensaios.shtm. Acessado em 11

de abril de 2008 – 10:30.

fusÍveis - projeto de pesquisa - metodologia científica - utfpr - curitiba - paraná

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