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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA – UFSC DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – EMC
RELATÓRIO DE ESTÁGIO / FINAL – BOLSA ANPRELATÓRIO DE ESTÁGIO / FINAL – BOLSA ANP
Período: 01/03/2005 29/07/2005
Empresa:
WEG INDÚSTRIAS LTDA – Divisão MÁQUINASWEG INDÚSTRIAS LTDA – Divisão MÁQUINAS
Aluno: Jarbas Renato Bortolini – 0023924-0
Disciplina: Estágio Profissional em Engenharia Mecânica – EMC 5522
Prof. Orientador: Dr. Eng. Lauro César Nicolazzi
Supervisor de Estágio: Eng. Carlos José Bastos Grillo
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Jaraguá do Sul, setembro de 2005.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO1. INTRODUÇÃO................................................................................................................................................................................................................33
2. BREVE HISTÓRICO DA WEG 2. BREVE HISTÓRICO DA WEG ............................................................................................................................................................44
3. O GRUPO WEG 3. O GRUPO WEG ........................................................................................................................................................................................................ 77
4. WEG MÁQUINAS 4. WEG MÁQUINAS ....................................................................................................................................................................................................77
5. A FILOSOFIA DA EMPRESA 5. A FILOSOFIA DA EMPRESA .............................................................................................................................................................. 88
6. PROGRAMA DE ESTÁGIO 6. PROGRAMA DE ESTÁGIO .................................................................................................................................................................... 99
7. MANUAL DO PROJETISTA MECÂNICO 7. MANUAL DO PROJETISTA MECÂNICO ......................................................................................................................1111
8. DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTES 8. DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTES ......................................................................................................1212
8.1. CARCAÇAS 8.1. CARCAÇAS .......................................................................................................................................................................................................... 1212
8.2. TAMPAS 8.2. TAMPAS ...................................................................................................................................................................................................................... 1313
8.3. PACOTE ESTATOR 8.3. PACOTE ESTATOR ..................................................................................................................................................................................1717
8.4. EIXOS 8.4. EIXOS .............................................................................................................................................................................................................................. 1919
9. GERADOR DWG 9. GERADOR DWG ..................................................................................................................................................................................................2121
10. ANÁLISES TORSIONAIS TRANSITÓRIAS 10. ANÁLISES TORSIONAIS TRANSITÓRIAS ..............................................................................................................2424
11. ROTINA DE CÁLCULO 11. ROTINA DE CÁLCULO ..........................................................................................................................................................................2828
12. CONCLUSÕES 12. CONCLUSÕES ....................................................................................................................................................................................................3535
13. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA 13. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA ..........................................................................................................................................3636
14. ANEXO 1 14. ANEXO 1 ...................................................................................................................................................................................................................... 3737
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1. INTRODUÇÃO1. INTRODUÇÃO
Inicialmente, ao verificar o tipo de produto manufaturado pela empresa WEG, divisão Máquinas, não parece que a indústria tenha um vínculo com tal. No entanto, a WEG, é o maior fornecedor de motores e geradores que estão instalados em todo o patrimônio da PETROBRAS, seja ele ON-SHORRE ou OFF-SHORE.
A utilização de motores na área de petróleo e gás, e seus derivados é uma ferramenta necessária, seja para a extração, transporte, controle e distribuição.
Além de fabricar motores, a WEG Máquinas é líder nacional na fabricação de geradores, seja para a geração própria de energia, ou pela co-geração, a partir das etapas de fabricação dos derivados de petróleo.
Assim sendo, na conjuntura política e tecnológica, a WEG Máquinas torna-se uma ferramenta importante no panorama atual da indústria de Petróleo e Gás, porque além de construir motores utilizados no transporte, bombeamento e processamento do petróleo e do gás, é responsável por tocar também as frotas marítimas.
O presente refere-se ao relatório de estágio, período de 01/03/2005 a 29/07/2005. O estágio ocorreu no Departamento de Engenharia de Produto, seção Máquinas Síncronas, da empresa WEG Indústrias Ltda, divisão Máquinas, localizada em Jaraguá Sul / SC.
Como o programa de estágio, propõem-se a elaboração de um manual para o projeto mecânico de máquinas síncronas, onde a função deste manual será de auxiliar os projetistas no dimensionamento das Máquinas Síncronas tem-se, além da normalização dos cálculos e critérios adotados para os componentes que compõem as máquinas, descrições de outras atividades, no entanto, envolvidas com o projeto destas máquinas.
No início do relatório, tem-se uma breve descrição do histórico da empresa, a fim de situar o leitor e contextualizá-lo sobre as atividades desenvolvidas pela WEG.
Como o trabalho aborda a tecnologia de fabricação de máquinas síncronas, desenhos e alguns dados não estão sendo apresentados, conforme o manual os cita, no intuito de proteção tecnológica.
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2. BREVE HISTÓRICO DA WEG2. BREVE HISTÓRICO DA WEG
Do empreendedorismo de seus fundadores Werner Ricardo Voigt (W – o eletricista), Eggon João da Silva (E – o administrador) e Geraldo Werninghaus (G – o mecânico) surge a WEG em 16 de junho de 1961, inicialmente batizada com o nome de Eletromotores Jaraguá Ltda. Instalada em um imóvel alugado e localizada na cidade de Jaraguá do Sul, no Estado de Santa Catarina, a empresa contava nesta época com 81 colaboradores e sua capacidade de produção era de cerca de 9.000 motores por ano. Mais tarde viria a ganhar uma nova razão social: Eletromotores WEG S.A., abrindo espaço para o surgimento das outras empresas que formam hoje o Grupo WEG.
Como mostrado acima, percebe-se que o nome da empresa surge da união das letras iniciais do primeiro nome de cada um dos três fundadores: Werner, Eggon e Geraldo, formando WEG, que inicialmente era somente o nome da “marca” dos motores fabricados, e que em alemão significa “caminho”.
No auge da década do “milagre econômico”, a WEG vinha sendo exigida cada vez mais por seus clientes, pois produzia equipamentos para diversos tipos de empresas dos mais variados setores. Então, para acelerar o passo e crescer mais rapidamente do que a média do setor, os sócios decidem empreender viagem à Alemanha em busca de tecnologias e também de sócios, pois os investimentos passaram a exigir elevados montantes de recursos. Decorrente desta viagem foi o lançamento, em 1970, de uma nova geração de motores únicos no Brasil. Esta nova linha foi a primeira no país a estar rigorosamente enquadrada às exigências da ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas, e da IEC – Internacional Electrical Comission, esta última uma entidade internacional de normas para motores elétricos.
Na década de 70, elevados recursos foram investidos na diversificação dos motores e a empresa passou a produzir motores de grande potência, de até 400 cv. Desta forma, a WEG passou a possuir uma linha de produtos que atendia a praticamente todas as necessidades do mercado, fornecendo motores de 0,25 até 400 cv de potência. Nesta época também foram iniciados grandes esforços no sentido de capacitar a assistência técnica em todo o país. Começaram então a serem instalados, nas mais diferentes regiões brasileiras, assistentes técnicos devidamente credenciados, os quais passaram a receber permanente orientação e informações atualizadas sobre os mais diferentes produtos da empresa.
Dias antes de completar seu décimo quarto aniversário, a WEG comemora a saída do seu milionésimo motor – fato ocorrido no dia 13 de setembro de 1975 –, o que marca e consolida de vez a posição de destaque como a maior fabricante de motores elétricos da América Latina.
De 1976 até 1986 – o grupo evoluiu e se ampliou muito em alguns aspectos, como know-how tecnológico, expansão física das instalações e áreas de produção e conseqüentemente aumento da capacidade produtiva. Foram visíveis e apreciáveis as mudanças, tanto no aumento contínuo da produção, quanto na diversificação de produtos.
O processo de expansão e diversificação. Seguindo o trabalho efetuado por empresas de grande porte como as já bem conceituadas GE – General Eletric e Siemens, a WEG se propôs a ampliar sua linha de produtos, oferecendo também “pacotes” tecnológicos, agregando valor ao conjunto de produtos e serviços
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oferecidos. A proposta era a de entregar soluções específicas para os problemas apresentados por cada cliente.
No mesmo processo de expansão e diversificação surge mais uma nova empresa, a WEG Máquinas, que tem por objetivo produzir máquinas elétricas girantes, especialmente as de grande porte, criada para atender um emergente segmento do mercado, nos ramos da mineração, petroquímica, celulose, papel, geração de energia elétrica, entre outros. A WEG pretendia se preparar para atender uma diversificada linha de necessidades em complexos industriais e oferecer soluções em geração de energia elétrica principalmente para: empresas de eletrificação rural, hospitais, conjuntos residenciais e comerciais, hotéis, setor de construção civil, obras públicas, entre outros.
Na década de 90 houve então uma crescente preocupação com a qualidade dos produtos e dos processos WEG, devido à abertura do mercado brasileiro para a competição estrangeira. A WEG muito antes deste período já se preocupara em desenvolver o quesito qualidade, um exemplo desse comprometimento, foi a criação e implantação do CCQ – Círculos de Controle da Qualidade, já no ano de 1981, época em que também surgiu o primeiro “Manual da Qualidade” da empresa. O desenvolvimento da mentalidade da qualidade foi marcado por alguns fatos, dentre eles:
i. Em 1986, a conquista do “Prêmio Petrobrás de Qualidade”;ii. Em 1991, a criação do PWQP – Programa WEG de Qualidade e
Produtividade, que consiste num conjunto de normas, orientações e procedimentos, que busca atingir altos níveis de qualidade, produtividade e padronização, culminando com um programa de distribuição de resultados, o PL – Participação nos Lucros.
iii. Em 1992, a obtenção da certificação ISO 9002, e no ano seguinte a certificação do BVQI – Bureau Veritas Quality International, da Inglaterra.
iv. Posteriormente, vários de seus produtos obtiveram certificados de qualidade em diversos países, o que permitia sua comercialização segundo as normas internacionais.
Ainda na década de 90, mais precisamente durante o mês de agosto de 1997, a WEG alcançou a marca de 100 milhões de cv (cavalos-vapor) produzidos ao longo de 36 anos. A empresa levou 12 anos para chegar ao primeiro milhão de cv e apenas mais 6 para chegar aos 10 milhões. A conquista dos 100 milhões de cv constitui um marco que traduz a capacidade industrial de produção da WEG.
A Internacionalização é o foco principal da empresa desde o início do milênio. A decisão de partir fortemente para a expansão dos negócios no exterior, decorre do fato de a empresa ser líder absoluta do setor no mercado nacional, estando num status de limite em seu crescimento no Brasil.
Atualmente a WEG é a líder absoluta do mercado brasileiro no setor de motores elétricos, com 80% do mercado de motores trifásicos e com 77% do mercado de motores monofásicos.
Sob outro ponto de vista, a conquista quase absoluta do mercado nacional demonstra que para alcançar a liderança e consolidar seu nome como tradução de qualidade e segurança, a WEG desenvolveu técnicas e organização de empresa “mundial”, utilizando-se de:
i. Mecanismos de pesquisa tecnológica;ii. Mão-de-obra qualificada;
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1970 1979 1988 2001 2007
Expansão e Diversificação
Desenvolvimentoe Produção
Internacionalização
R$ 1,3 Bilhões
iii. Produção automatizada;iv. Controles informatizados;v. Produtividade sob custos mínimos.
Quesitos que, em conjunto, contribuem para garantir competitividade mundial. Sendo assim, o sentimento é de que a WEG está preparada para encarar o mercado internacional, em condições de cumprir as condições vitais de qualidade e preço em muitos dos mercados em que pretende entrar.
Hoje a WEG é uma das 100 maiores empresas do país, considerada a quinta (5ª) maior fabricante de motores do mundo e contando com mais de 10.000 colaboradores espalhados em 9 unidades fabris – sendo 4 em Santa Catarina, 1 em São Paulo, 2 na Argentina, 1 no México e 1 em Portugal.
Com o slogan “Transformando Energia em Soluções”, a WEG oferece pacotes integrados para o controle de energia elétrica para os mais variados tipos de empresas, desde a captação até a utilização final, passando pela proteção de equipamentos e softwares de controle.
Seja gerando novas tecnologias, investindo pesado no desenvolvimento de seus colaboradores, avançando sobre novos mercados, ou inovando as técnicas de gestão, a WEG é uma empresa preparada para enfrentar a competição global contra gigantes do setor eletro-mecânico mundial, e alcançar o seu objetivo estratégico fixado para 2007: “Ser o maior e melhor fabricante de motores elétricos do mundo”.
A empresa enfrentou com firmeza os desafios aos quais foi submetida, tomando lições que contribuíram para firmar seus princípios e para perceber que estavam realmente consolidados e difundidos em meio aos seus colaboradores. Portanto agora, mais do que nunca, a WEG está preparada para atingir também a meta de conquista do mercado internacional.
Áreas atuais de atuação do Grupo WEG:Motores Elétricos de Corrente Contínua e Corrente Alternada; Geradores; Transformadores; Acionamentos; Automação Industrial; Tintas, Vernizes e Resinas; Pecuária, Pescados e Reflorestamento; Exportação.
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Crescimento do faturamento da WEG ao longode suas fases cronológicas de desenvolvimento.
3. O GRUPO WEG3. O GRUPO WEGO Grupo WEG, ou simplesmente WEG S.A. administra e coordenada as
seguintes empresas WEG S.A.
i. WEG CORPORATIVOii. WEG ACIONAMENTOS LTDA.iii. WEG AUTOMAÇÃO LTDA.iv. WEG FLORESTAL LTDA.v. WEG MÁQUINAS LTDA.vi. WEG MOTORES LTDA.vii. WEG QUÍMICA LTDA.viii. WEG TRANSFORMADORES LTDA.
4. WEG MÁQUINAS LTDA.Empresa do grupo criada em julho de 1980 com a intenção de diversificar os
produtos da WEG. Responsável pela produção de motores de grande porte e geradores industriais para aplicação nas indústrias de papel e celulose, siderúrgicas, cimento, entre outras.
A linha de produtos da WEG Máquinas é a seguinte:- Motores de Indução Trifásicos Linha H (gaiola): produzidos nas potências de
50 a 3.000 cv, sendo que podem ser abertos ou fechados para baixas e altas tensões. São aplicados nas indústrias de mineração, saneamento, papel e celulose, refrigeração, cimento, petroquímica e siderurgia.
- Motores de Indução Trifásicos Linha Master (gaiola ou anéis): produzidos nas potências de 350 a 30.000 cv, sendo que podem ser abertos ou fechados para baixas e altas tensões. Aplicado nas industrias de mineração, saneamento, papel e celulose, refrigeração, cimento, petroquímica e siderurgia.
- Motores de Corrente Contínua: produzido nas potências de 0.7 a 4.000 cv, sendo que podem ser abertos ou fechados para tensões de 12 a 800 Vcc. Aplicados para acionamentos com velocidade variável nas indústrias de papel e celulose, cimento, siderurgia, plástico, entre outras.
- Hidro e Turbogeradores: produzidos até a potência de 20.000 kVA, para tensões até 13.800 V. São aplicados em pequenas centrais hidro e termoelétricas (acopladas a turbinas hidráulicas), usinas de açúcar e álcool (acopladas a turbinas a vapor), centrais de geração próprias para indústrias e/ou sistemas de coogeração.
- Geradores Industriais: produzidos nas potências de 30 a 1.500 kVA com grau de proteção IP21, tensões de 220/380/440 V e freqüências de 50 e 60Hz. São acoplados a motores diesel para geração de energia contínua ou de emergência em: edifícios, hospitais, condomínios, pequenas centrais de geração, serviços auxiliares em centrais hidro e termoelétricas, etc.
Visando padronizar informações a WEG Máquinas dispõe atualmente de um laboratório de 5 MVA para a realização de ensaios de máquinas de grande potência.
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5. A FILOSOFIA DA EMPRESA5. A FILOSOFIA DA EMPRESAA WEG investiu cerca de US$ 48 milhões em tecnologia nos últimos tempos,
destacando-se programas de pesquisa e desenvolvimento de produtos e, principalmente, automatização dos processos de produção com vistas ao aumento da produtividade.
Mantendo sua política de investimentos a WEG aplica 3,5% da receita líquida operacional em programas de desenvolvimento próprio visando garantir o domínio da tecnologia. Estes programas buscam desenvolver tecnologia capaz de suprir as necessidades dos clientes e ao mesmo tempo cumprir as normas internacionais mais exigentes. Com laboratórios bem equipados para ensaios, excelente estrutura no desenvolvimento de protótipos, o sistema de Pesquisa e Desenvolvimento conta ainda com áreas de metrologia e documentação técnica além de suporte em software e hardware.
A WEG também implementa ainda um intensivo programa de treinamento de pesquisadores e engenheiros no Brasil e no exterior. Além disto, incrementa a cooperação entre a empresa e os centros de pesquisas de universidades nacionais e internacionais. Este intercâmbio é benéfico para ambos e resulta em técnicas, métodos, simulações e materiais que poderão ser incorporados aos produtos WEG
A filosofia das empresas do Grupo Weg baseia-se numa frase célebre que foi dita por um dos seus fundadores:
“Se faltam máquinas, você pode comprá-las;Se não há dinheiro, você toma emprestado;
Mas homens você não pode comprar, nem pedir emprestado.Homens motivados por uma idéia são a base do êxito.”
Eggon João da Silva
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6. PROGRAMA DE ESTÁGIO6. PROGRAMA DE ESTÁGIOO Programa de Estágio propõe a elaboração de um manual para o projeto
mecânico de máquinas síncronas, visto que o estágio ocorre no departamento de Engenharia de Produto, Seção Máquinas Síncronas, da divisão Máquinas do Grupo WEG S.A.
A função deste manual é de auxiliar os projetistas no dimensionamento das Máquinas Síncronas, além de normalizar os cálculos e critérios adotados para os componentes que compõem as máquinas.
Para uma proposta inicial, tem-se os seguintes itens a serem abordados no manual.
1- Temas que devem ser apresentados para cada componente estudado:- Descrição do componente e suas funções principais e
complementares;- Variantes de projeto e suas diferenças;- Método de dimensionamento;- Referências – tabelas, normas, desenhos padrões, softwares;
2- Componentes mínimos a serem apresentados- Chapa do estator;- Chapa de prensar estator;- Tirantes de fixação do estator;- Pacote estator;- Carcaça tipo B3;- Carcaça tipo V1;- Carcaça tipo D5/D6;- Bases para carcaça tipo D5/D6;- Elementos de fixação do estator a carcaça;- Bases para fixação da carcaça ao concreto (para todos tipos de
carcaça);- Eixos;- Chavetas de fixação dos pólos ao anel magnético;- Chavetas de fixação do anel magnético ao cubo ou aranha;- Sistema de trava dos parafusos de fixação dos pólos;- Calças de fixação tangencial das bobinas do rotor para pólos salientes;- Anéis de curto;- Pontes de conexão entre anéis de curto;- Parafusos de fixação das pontes de conexão entre anéis de curto e
com o Anel Magnético;- Tampas;- Ventiladores;- Caixas de ventilação para máquinas abertas;- Caixas de ventilação para trocador Ar/Água;- Radiadores Ar/Água;- Trocadores de calor Ar/Ar;- Caixas de ligação de fase;- Caixas de ligação de neutro;- Caixas de acessórios;
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- Suporte de fixação das cabeças de bobina do estator;- Freios;- Volantes;
3- Padronização de nomenclatura de componentes (criar norma interna se necessário)
Plano a ser seguido:1º) Na fase inicial do trabalho, conceber o Layout do manual, de forma que o
mesmo possa explicar numa linguagem simples as aplicações e dimensionamentos dos componentes que compõem o projeto das máquinas síncronas.
2º) Criação de grupos, ou seja, tópicos que compreendem os componentes principais, onde se têm relacionado a eles os componentes complementares que formarão este conjunto.
3º) Em cada grupo (conjunto), desenrolar o mesmo a fim de mostrar de forma clara, as funções, especificações e dimensionamento dos componentes, através de Instruções Técnicas (IT´s) numeradas conforme componente e seus variantes.
4º) Desenvolvida a idéia inicial do Manual e sua estrutura, aplicar o mesmo a um componente (denominado piloto), de forma a analisar se a estrutura inicial apresentada pelo manual e sua metodologia satisfazem as informações necessárias, bem como, desta se apresentar completa, sucinta e clara ao entendimento de todos.
5º) Para o levantamento dos dados com os projetistas, tanto para o componente piloto como para os demais componentes, será criada uma metodologia de forma a racionalizar o tempo da pesquisa e ao mesmo tempo levantar as informações, normas e critérios para o dimensionamento de cada componente.
6º) Ao final da análise do componente piloto, reunir-se com os projetistas para apresentar os resultados, e analisando o Manual verificar possíveis melhorias para a implementação da pesquisa, sejam aplicadas na estrutura do Manual e/ou mesmo no levantamento dos dados.
7º) Aplicadas as melhorias, iniciar a fase intermediária do trabalho, que consiste na aplicação da pesquisa a todos os outros componentes.
8º) Durante o estudo de cada grupo ou conjunto, criar uma nomenclatura própria ao mesmo, especificados por norma interna, também a ser criada. Como há a possibilidade de existir variantes para alguns componentes, esta norma também deverá ser aplicada a estes. Nesta fase, interagir/questionar com os projetistas a fim de levantar o papel que cada componente representa, bem como a forma que os mesmos são dimensionados e a que normas e critérios estes seguem.
9º) Usualmente fazer reuniões para a discussão do andamento do trabalho, verificando se o mesmo está em consonância com o cronograma apresentado, ou ainda para a implementação de melhorias que possam começar a surgir com a familiarização e entendimento do processo de dimensionamento.
10º) Terminada a pesquisa com os componentes propostos, verificar se existam outros que possam ser analisados.
11º) Agora, faz-se uma verificação de todos os componentes pesquisados junto aos projetistas, com o intuito de corrigir possíveis erros, dificuldade na compreensão do texto, ou mesmo pelo layout apresentado pelo Manual.
12º) Como fase final do trabalho, criar uma apresentação para todos os projetistas explicando o papel e funcionamento deste Manual. Serão geradas uma versão impressa e uma versão eletrônica deste, para que possam ficar disponíveis a todos para uma eventual consulta.
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Como a participação do estagiário, dentro da empresa, está se estendendo para o programa de “Trainee”, o cronograma da atividade de desenvolver um manual de projeto mecânico sofre uma reformulação, garantindo que o grande volume de trabalho possa ser concluído ao final de 2005, dado que tal atividade está inserida no plano de metas do setor.
Assim, outras atividades foram desenvolvidas em paralelo, como:
- Procedimento para a padronização de tampas verticais, de carcaça tipo V1, que possuem mancal de bucha como escora;
- Estudo para a modificação do sistema de fixação do pacote estator a carcaça;
- Desenvolvimento de um Programa para calcular os esforços nas fundações e gerar o Layout da fundação de máquinas da forma construtiva B3 e D5/D6;
- Dedução e implementação de rotinas das equações de análises torcionais transitórias para o dimensionamento de eixos;
- Desenvolvimento de uma rotina de cálculo para o dimensionamento dos suportes entre bobinas de pólos salientes, e parafuso de fixação do mesmo;
- Resolução das equações de vigas hiperestáticas com apoios intermediários;
As atividades desenvolvidas ao longo deste período, conforme listadas acima, serão relatas de forma conceitual, não incluindo os cálculos e resultados apresentados para garantir a proteção tecnológica.
7. DESENVOLVIMENTO DO MANUAL DO PROJETO MECÂNICO DE MÁQUINAS7. DESENVOLVIMENTO DO MANUAL DO PROJETO MECÂNICO DE MÁQUINAS SÍNCRONASSÍNCRONAS
Como primeiro passo, ao verificar os temas para a confecção do Manual do Projetista, procurou-se dividi-los em grupos, nos quais determinados componentes fazem parte de um conjunto, ou mesmo, quando da existência de variantes daquele componente.
Por exemplo, no caso do dimensionamento do item “carcaça”, esta possui diferentes geometrias. Além, das diferentes geometrias, para cada uma destas, a carcaça pode variar em alguns detalhes, como a localização dos furos para a saída dos cabos elétricos. Assim, para estas pequenas modificações, denominou-se de “variantes” do componente. Isto pode ser melhor entendido, vendo o exemplo da carcaça no Anexo 1.
Em seguida, teve-se que pensar em uma forma de como apresentar o dimensionamento destes componentes e seus variantes. Então, optou-se por criar
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um Layout objetivo, preenchido por instruções de projeto, denominado de “Instrução Técnica (IT)”.
As IT’s possuem descritos os dimensionamentos dos componentes através de passos. Verifica-se que observações são colocadas, trazendo informações sobre os critérios e normas adotados ao projeto, e relatando possíveis experiências que ocorreram, no intuito de criar no projetista uma maior sensibilidade. Uma dessas informações é o campo “Aplicação”, para mostrar ao projetista, quais os tamanhos de carcaça, potência e o tipo de máquina (linha), que estes podem ser utilizados.
Cada IT possui uma numeração que está relacionada ao componente, onde esta IT é chamada ao longo do Manual.
O objetivo desta disposição dos itens, foi-se em detrimento da criação de um manual simples e claro ao entendimento.
Ao verificar o Manual, percebe-se que cada tema possui uma descrição do conjunto ou do componente, mostrando as funções e finalidades que o mesmo opera na máquina, além de elucidar sobre como e quando deve-se utilizá-lo.
Dentro de cada tema, tem-se um item denominado “Projeto da (o)” que trata do dimensionamento dos componentes. É nele que se chama as IT’s respectivas a cada componente do conjunto.
8. DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTES8. DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTESPara o levantamento dos passos de dimensionamento dos componentes,
conversou-se com os projetistas mais experientes, para levantar os critérios adotados para o projeto, bem como do por quê dos mesmos, pois a busca do entendimento dos critérios torna-se fundamental para que o projetista possa saber quando e como aplicá-lo.
Ao entrevistar os projetistas, verificou-se que para alguns componentes não existiam critérios determinados, ou mesmo, parte destes estavam guardados nas experientes cabeças e não estavam sendo difundidos para os outros projetistas. Assim, critérios foram implementados para estes casos.
8.1. CARCAÇAS8.1. CARCAÇASO primeiro tema a ser abordado no manual, foi a “CARCAÇA”. Como existem
várias geometrias, adotou-se uma IT específica para cada forma construtiva, conforme apresentado no tema CARCAÇA, dentro do Anexo 1 – Manual do Projetista Mecânico para Máquinas Síncronas.
No caso de motores e geradores, as geometrias, denominadas de “formas construtivas”, recebem nomenclaturas segundo as normas ABNT – NBR 5031 (CB 20), a IEC 34-7, a DIN-42955 e a NEMA MG 1-4.03.
Neste manual serão abordadas somente as formas construtivas “B3”, “D5/D6” e “V1”, já que estas são as mais fabricadas pela WM.
Além da forma construtiva, as carcaças podem variar de tamanho, onde o manual explica como é feita esta escolha.
Existe o item “Acessórios”, que traz os componentes que fazem parte das carcaças. Estes componentes estão devidamente identificados nas IT´s referentes a
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cada forma construtiva. Os acessórios são as bases de fixação e nivelamento da máquina no piso, denominados de “Placa de Ancoragem”, “Chumbadores” e “Parafusos Niveladores”. Entretanto, para as carcaças de forma construtiva D5/D6 existe ainda um outro acessório que é a “Base Intermediária”, claramente explicada na IT referente a esta geometria.
Neste caso, as carcaças podem ter como variantes as diferentes saídas para os cabos elétricos, que são as localizações da “caixa de ligação”. Estas localizações são padronizadas segundo as normas comentadas acima. Então, para diferenciar estas variantes, dentro de cada IT referente as carcaças B3, D5/D6 e V1, tem-se o dimensionamento específico quando a caixa de ligação se encontrar em um dos possíveis lados da carcaça.
As IT’s possuem explicações bem claras quanto a nomenclatura e definição destas variantes.
Nas IT’s, ao verificar o dimensionamento para cada forma construtiva, tem-se passos que chamam desenhos. Estes desenhos possuem as dimensões gerais para cada tamanho de carcaça, como comprimentos, larguras e espessuras das chapas utilizadas, de forma a padronizar e mesmo para servir de base, quando do início de um projeto especial. Estes desenhos não serão apresentados no relatório, por motivos de proteção tecnológica.
Tanto para as carcaças, como para o restante dos componentes já levantados, a implementação dos passos de dimensionamento, seguem a mesma lógica.
8.2. TAMPAS8.2. TAMPASNo caso das tampas, o manual as divide conforme o tipo de forma construtiva
das carcaças. No entanto, o dimensionamento das tampas se encontra na mesma Instrução Técnica, conforme pode ser visto no tema TAMPAS dentro do Anexo 1 – Manual do Projetista Mecânico para Máquinas Síncronas.
O manual também apresenta uma descrição das tampas, bem com as funções que a mesma desempenha na máquina. Pode-se verificar, que nem para todas as formas construtivas de carcaças, elas possuem funções semelhantes. Estas informações estão detalhadas também na própria IT. No caso das tampas, estas não requerem acessórios.
Como as tampas diferem para cada tipo de carcaça (B3, D5/D6 ou V1), estas foram definidas como variantes.Nos passos de dimensionamento das tampas, pode-se verificar também, que estes chamam desenhos, onde estão padronizadas as dimensões da tampa e reforços utilizados.
No caso das tampas para as carcaças B3, estas são divididas pelo tipo de mancalização (bucha ou rolamento), pois como eles são fixados na própria tampa as dimensões variam, tanto em função do tamanho e forma de fixação, como pelas cargas que os mesmos suportam. Os mancais de bucha suportam maiores esforços que os de rolamento.
Já para as tampas das carcaças D5/D6, os desenhos com as dimensões padrões são classificados pelo grau de proteção da máquina (aberta ou fechada). No caso destas tampas, as mesmas não têm a função estrutural como na das carcaças B3, mas sim de vedar a parte interna do motor de possíveis corpos estranhos, ou líquidos.
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Assim, para estas Tampas verticais, levantou-se geometrias e dimensões padrões, através de análises estruturais numéricas no software ANSYS.
As análises levaram em conta um tipo de Mancal vertical, especificado por VT, do fabricante RENK®, onde suporta cargas axiais e radiais, conforme Figura 1.
Figura 1 – Mancal VT
Em virtude do tamanho e das cargas que estes mancais suportam, e a partir de uma geometria de tampa já desenvolvida (Figura 2), fez-se várias análises numéricas modificando as dimensões, até que se chegou a otimização destas medidas.
No entanto, para garantir coerência nos resultados, fez-se um refinamento de malha nas superfícies onde se encontravam as maiores tensões e deformações (Figura 3).
Figura 2 – Geometria Padrão no SolidWorks 2005.
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Figura 3 – Malha da Tampa no ANSYS 9.0 com refinamento.
A aplicação da carga estava distribuída sobre uma superfície central da tampa, que é onde o mancal é montado. A superfície foi definida como a área que cada tamanho de mancal tem quando apoiado sobre a tampa. Já a carga aplicada, é a máxima que cada tamanho de mancal suporta, conforme especificação do fabricante (Figura 4).
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Figura 4 – Aplicação das Cargas e Suportes.Entretanto, quando as tampas são relativamente grandes, carcaças acima da
denominação 800, o crítico não são as tensões, mas as deflexões. Assim, para garantir que as deflexões máximas ficassem abaixo do critério limite (<= 0,5 mm), as dimensões da tampa deveriam ser muito reforçadas, gerando para a geometria padrão muito peso.
Assim, concebeu-se uma geometria diferenciada, chamada de “Reforçada” (Figura 5), onde garantiu-se deflexões dentro do critério especificado acima e com seu peso reduzido em torno de 40% em relação a geometria padrão.
A partir destas análises pôde-se levantar as tensões e deflexões máximas para cada tampa, em função da sua geometria, do tamanho do mancal e das cargas máximas aplicadas.
Figura 5 – Geometria Reforçada.
Caso o projetista necessite reduzir peso, já que as cargas de projeto são abaixo das simuladas (as máximas que cada tamanho de mancal suporta), ou mesmo de uma nova tampa, com tamanho que não esteja incluída na análise, seria necessário modelar a tampa, incluir no ANSYS, gerar uma malha coerente, para então extrair os resultados.
Como estes procedimentos levariam muito tempo, sem falar que dependendo dos resultados o projetista teria que mudar valores e simular novamente, desenvolveu-se para a geometria padrão uma rotina analítica no MathCAD, de forma
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a levantar rapidamente as dimensões das tampas, para então, se necessário, modelar a nova tampa no ANSYS.
8.3. PACOTE ESTATOR8.3. PACOTE ESTATOR
Quanto ao pacote estator, este não se trata de um componente específico, mas sim de um grupo ou conjunto de componentes.
Ao verificar o manual no tema PACOTE ESTATOR do Anexo 1, percebe-se que o pacote estator, simplesmente chamado de estator, é composto de 4 componentes: a “chapa do estator”, a “chapa distanciadora”, o “anel de prensar” e os “tirantes de fixação”.
A “Chapa do estator” é efetivamente o componente responsável pela indução do campo magnético que faz girar o rotor, no caso do motor, e o gerador de energia elétrica no caso do gerador.
Já a “chapa distanciadora” tem o papel de permitir a passagem do ar pelo pacote estator, garantindo a refrigeração do mesmo.
Assim, como o “anel de prensar estator”, os “tirantes de fixação” garantem a montagem do pacote, permitindo a integridade estrutural do conjunto, de forma a alcançar os rendimentos desejáveis.
O pacote estator, por ser um conjunto acoplado a carcaça e não sofrer rotação tem seu dimensionamento estático. Como existem forças eletromagnéticas sendo geradas entre o estator e o rotor, se o estator não estiver preso a carcaça também estará sendo girado junto com o rotor. Para isso, é necessário fixar o pacote estator na carcaça.
Dentro das carcaças, existem estruturas, denominas de assento do pacote. É nestas estruturas que o pacote estator fica sustentado, especificamente, pelos anéis de prensar que se apóiam nos assentos. A forma utilizada para fixar o pacote estator na carcaça é através de solda. Assim, desenvolveu-se uma rotina de cálculo, no software MathCAD, que calcula o comprimento necessário do cordão de solda, em função dos esforços.
Cálculo do Comprimento do Cordão de SoldaPrimeiramente, ao analisar a situação, verificou-se que o pacote do estator
sofre esforços tangenciais, originados dos campos magnéticos entre estator e rotor (parte móvel da máquina).
Assim, em função da posição da solda, verificou-se que os esforços atuantes são de cisalhamento, conforme pode ser visto na Figura 6.
Figura 6 – Fixação do Pacote Estator no Assento da Carcaça.
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Fig. 6
No PROTEC – Projetista de Máquinas, no item “Uniões Soldadas” têm-se deduções matemáticas para variados esforços sobre cordões de solda. Assim, para o esforço de cisalhamento, o cálculo analítico pode ser feito pela seguinte expressão:
,onde
conforme pode ser verificado pela Figura 7.
Figura 7 – Modelo de Cordão de Solda sofrendo cisalhamento.
Para o valor da Tensão admissível, utilizou-se o valor de 9 kgf/mm2 (aço comum 1010/1020), conforme dados do PROTEC.
A altura do cordão(a) utilizada é de 6mm. Mas por segurança, supô-se uma seção triangular para o cordão, onde o valor de “a” seria a menor altura da seção, que é a 45º de um dos catetos. Logo, tem-se:
Quanto a Força “F”, essa é a força dada pelo Torque nominal (Tn) de giro do motor.
Entretanto, pode haver esforços maiores, caso aconteça um curto-circuito na máquina. Esses esforços são chamados de “sobre torque (Tsb)”. Existem 4 tipos, são eles:
Torque de curto-circuito Trifásico; Torque de curto-circuito entre 2 fases e neutro; Torque de curto-circuito entre 2 fases; Torque de curto-circuito entre uma fase e neutro.
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L: comprimento do cordão de solda [mm];F: força cisalhante [kgf];a: espessura do cordão [mm];
: Tensão admissível [kgf/mm2].
onde, Tn: Torque nominal [N*m] P: Potência Efetiva (kW); w: velocidade angular [rad/s].
Ao avaliar o equacionamento dos curtos-circuitos, pode-se verificar que o maior “sobre torque” ocorre quando o curto acontecer entre 2 fases.
Em virtude da variedade de medidas que poderiam ser calculadas, pensou-se inicialmente em padronizar estes comprimentos, tomando-se como critério o tamanho de carcaça.
Como pode ser visto na equação acima, do torque nominal, este irá ter valor elevado, quando se tiver uma máquina de “grande” potência e “baixa” rotação. Estas características são encontradas em máquinas de pólos salientes, onde a rotação é inversamente proporcional ao número de pólos, dado pela equação:
Então, para cada tamanho de carcaça, estimou-se a maior potência, e o maior número de pólos possível.
Ao calcular os valores dos “sobre torques” a partir das reatâncias das maiores máquinas já orçadas ou fabricadas, e comparando com o torque nominal, pode-se verificar que o sobre torque de curto entre 2 fases está em torno de 10 vezes maior que o torque nominal.
Logo, tem-se um cálculo aproximado do comprimento do cordão de solda para cada tamanho de carcaça. No entanto, a rotina de cálculo desenvolvida no MATHCAD, prevê o cálculo a partir dos valores de potência e reatância de cada máquina.
Ao verificar a rotina, nota-se que os dados de entrada são poucos, e nem muito complicados de serem levantados. Logo, optou-se por manter esta rotina, onde em cada novo projeto, o comprimento do cordão é calculado pelo próprio projetista.
Os equacionamentos não poderá ser mostrado para garantir a proteção tecnológica.
8.4. EIXOS8.4. EIXOSPara o dimensionamento do eixo, nem todos os critérios foram levantados. No
entanto, será apresentado aqui o que já foi verificado junto com os projetistas.O eixo possui duas concepções. Uma delas é quando o eixo é maciço, e o
pacote de chapas do rotor é montado diretamente sobre um dos escalonamentos.Já a outra concepção, chamada de eixo costelado, adota costelas que são
soldadas radialmente a um dos escalonamentos do eixo. Isto é feito em virtude do diâmetro interno das chapas do rotor ser muito maior em relação a alma necessária do eixo.
O critério para diferenciação dos dois tipos de eixo, está descrito na norma interna TBG-30. Para garantir a proteção tecnológica, esta norma não poderá ser incluída ao relatório.
No dimensionamento do eixo, a primeira atitude do projetista, é calcular o diâmetro mínimo para que o mesmo possa suportar as estruturas que serão montadas a ele, como o pacote de chapas do rotor, o ventilador, e eventualmente as excitatrizes, principal e auxiliar, e o volante de inércia, entre outros.
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onde, n: rotação [rpm]; f: freqüência [Hz];
p: número de pólos
Como o eixo trabalha em movimento, é necessário um dimensionamento dinâmico quanto a flexão e a torção. Tem-se uma rotina de cálculo desenvolvida no MATHCAD.
Cálculo da Flexão e Torção para eixosDenominado também de cálculo do eixo na FLEXO-TORÇÃO. Neste cálculo,
tem-se o dimensionamento e verificação à fadiga.Este procedimento de cálculo é encontrado em livros clássicos de elementos
de máquina, conforme apresentado no livro do SHIGLEY [3].Primeiramente, o projetista entra com os dados gerais de projeto, como
potência(Pn) e rotação nominal(nn), número de pólos(np) e o fator de sobrecarga mecânica(φ).
A seguir, entra-se com os dados, da carga e posição do acoplamento, bem como a posição do encosto do mancal dianteiro (mancal mais próximo a ponta de eixo acionada).
Especifica-se qual será o tipo de aplicação: (Ventilador, Exaustor, Bomba Centríf., Bobinadeira, Compres. Centrífugo,
Máq. Operat.) Pequenos; (Ventilador, Exaustor, Bomba Centríf., Bobinadeira, Compres. Centrífugo,
Máq. Operat.) Grandes ou Misturadores, Punções, Tesourões, Máquinas Gráficas;
Prensas, Peneiras Oscilantes, Compressores de Pistão e de Parafuso, Pulverizadores, Transportadores Helicoidais, Máquinas para Lavrar Madeira, Máquinas Têxteis, Elevadores de Caneca, Amassadores, Máquinas para Cerâmica, Moedores para Indústria de Papel;
Pontes Rolantes, Moinhos de Martelos, Laminadores para Metais, Transportador Contínuo, Britadores Giratórios, Britadores de Mandíbula, Britadores de Rolos e de Cones, Moinhos de Rolos e de Bolas, Moinhos de Pilão, Misturadores de Borracha, Máquinas para Mineração, Picadores de Sucata.
A partir do tipo de aplicação, tiram-se os fatores de choque e fadiga para a torção (kt) e flexão (kf).
Especificado o material, com seus limites de escoamento (Se) e ruptura (Sr), e o fator de segurança (S), tem-se os valores de:
Tensão admissível:
Conjugado Máximo do motor:
onde, w: velocidade angular (rad/s)
Momento Fletor no encosto do acoplamento (Mmax.1);
Momento Fletor no encosto do mancal (Mmax.2);
Assim, utilizando o equacionamento clássico para o diâmetro de eixos e árvores, tem-se:
Para a ponta de eixo acionada:
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Para a seção do mancal:
No entanto, o projetista pode adotar diâmetros inferiores aos recomendados no procedimento.
Logo, para este caso crítico, é necessário calcular as Tensões atuantes na ponta de eixo e no assento do mancal, para verificar qual o novo fator de segurança empregado. Assim, tem-se:
Para a ponta de eixo acionada:
Fator de Segurança:
Para a seção do mancal:
Fator de Segurança:
9. 9. DESENVOLVIMENTO DE UM PROGRAMADESENVOLVIMENTO DE UM PROGRAMA - GERADOR DWG - GERADOR DWG
Durante as consultas, que é onde ocorre um pré-dimensionamento das máquinas, tanto elétrico como mecânico, o projetista precisa desenvolver um desenho com os dimensionais da máquina, que tratam das medidas externas. Estas dimensões são importantes para o cliente prever o espaço que a máquina irá ocupar, seja ela um motor ou um gerador.
Além das dimensões da máquina é necessário passar ao cliente os esforços que a fundação deverá suportar.
Estes esforços são calculados em virtude do peso e das cargas, quando em operação. No entanto, dimensiona-se a estrutura para suportar, ainda, sobre-torques, que podem ocorrer no caso de um curto-circuito na máquina, ou mesmo quando da sincronização da máquina na rede elétrica. Este último somente no caso de geradores.
No caso do dimensionamento estático, leva-se em consideração somente o peso da máquina.
Já no dinâmico, leva-se em consideração os esforços causados pela máquina trabalhando em regime contínuo, e pelos esforços da turbina. Para a turbina, dependendo do tipo, e caso ela esteja em balanço (fixada na própria ponta de eixo acionada), pode gerar cargas radiais e/ou axiais.
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Para o caso de falha, os esforços são calculados para o curto-circuito e sincronização. No caso do curto-circuito, existem 2 formas mais críticas de ocorrer, que é o bifásico (entre 2 fases) ou trifásico.
Quando ocorre este tipo de falha, a máquina, ou melhor, o rotor, é forçado a parar quase que instantaneamente pelas forças magnéticas geradas entre o estator e rotor. Em virtude da inércia do rotor tender a continuar a rotação, a carcaça da máquina, que por sua vez está presa na fundação, terá o papel de segurar (frear) o rotor, gerando os esforços na própria fundação. Normalmente, o curto bifásico produz um sobre torque maior que o curto trifásico, mas isto depende das características elétricas de cada máquina. Como estes fenômenos eletromagnéticos são regidos por equacionamentos de grande complexidade, fica muito difícil dizer qual dos dois curtos terá maior amplitude. Assim, é necessário avaliar estes dois tipos de curto no projeto de cada máquina.
No caso de falha por sincronismo fora de fase, também existem 2 casos mais críticos. A falha por sincronismo ocorre somente em geradores, e acontece quando se sincroniza as fases do gerador nas fases da rede elétrica. A falha se dá quando a fase do gerador está defasada em relação a mesma fase da rede. Assim, como a rede elétrica possui uma impedância muito maior que a de um único gerador, pois é alimentada por várias centrais elétricas (hidro, termo, etc), a corrente que circula nos terminais do gerador é literalmente impedida de circular (até se alinhar na fase correta), fazendo com que isso se transmita ao longo dos cabos até a geração, que é na rotação do rotor, tendendo-o a parar. Assim, o rotor recebe um “tranco” que pelas forças eletromagnéticas é transmitida a carcaça, que por sua vez responde na fundação. Os sobre-torques mais críticos são quando, no momento / instante da ligação do gerador na rede, uma das fases possui sua senóide defasada em 120 ou 180º.
Assim como as falhas por curto-circuito, as falhas de sincronismo dependem dos fenômenos eletromagnéticos, e variam de projeto para projeto, em função das características elétricas.
Estas falhas podem ser quantificadas por análises torcionais transitórias, implementadas a partir das equações diferenciais de sistemas massa-mola.
Como a atividade é de desenvolver um Programa que calcule estes esforços e já gere o layout da fundação, implementou-se dentro deste o equacionamento dos esforços descritos acima:
Esforços na Fundação em Regime Contínuo: Forças Estáticas; Forças Dinâmicas em Regime Contínuo; Esforços da Turbina;
Esforços na Fundação em Caso de Falha: Forças Dinâmicas Alternadas no Curto-Circuito Bifásico (Fase-Fase); Forças Dinâmicas Alternadas no Curto-Circuito Trifásico; Forças Dinâmicas Alternadas na Sincronização Fora de Fase a 120º; Forças Dinâmicas Alternadas na Sincronização Fora de Fase a 180º;
Como existem, basicamente, três tipos de formas construtivas para máquinas elétricas girantes: B3 , D5 e V1 (ver Figura 8), seria necessário implementar para
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cada uma delas. No entanto, como para as carcaças V1 ainda não desenvolveu-se todos os cálculos, implementou-se somente para as duas primeiras, B3 e D5.
Figura 8 – Formas Construtivas: A – B3, B – D5 e C – V1.
Futuramente, será implementado estes cálculos para a carcaça V1.Como os projetistas possuem um volume muito elevado de consultas, o tempo
em que eles ficariam implementando estes resultados, seria um tempo ocioso, já que seria braçal. Assim, o programa vem otimizar este tipo de processo.
A seguir, na Figura 9, tem-se a interface do programa.
Figura 9 – Interface do Programa
A partir do programa, o projetista escolhe a forma construtiva, B3 ou D5, além do idioma em que o layout deve ser gerado.
Para facilitar ainda mais o cálculo, já que a maioria dos dados são resultados dos cálculos elétricos, o próprio programa busca estes dados no bando de dados do “Oracle” e preenche seus respectivos campos.
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A B C
Assim, o projetista roda o programa onde o mesmo calcula os esforços e gera um desenho do layout em extensão DWG do programa AutoCAD.
10. 10. ANÁLISES TORSIONAIS TRANSITÓRIASANÁLISES TORSIONAIS TRANSITÓRIAS
Outra atividade esta na dedução das equações diferenciais para a análise matemática dos esforços de torção no eixo, quando da ocorrência das falhas de sobre-torques, que são os curtos-circuitos e as sincronizações fora de fase.
Conforme já comentado acima, as análises de sobre-torques são muito importantes, e nesse caso especificamente, para que numa eventual falha o eixo suporte os elevados momentos torçores, não causando acidentes.
Para o caso de geradores existem 3 configurações para o eixo, que são em função das consideráveis inércias distribuídas ao longo do mesmo. Assim, a partir dos modelos físicos, equacionou-se o modelo matemático pela teoria do sistema massa-mola.
Os sobre-torques, ou melhor, as falhas, podem ocorrer por curto-circuito ou por sincronização fora de fase.
Assim, como comentado anteriormente, no caso do curto-circuito, existem 2 formas mais críticas de ocorrer, que é o bifásico (entre 2 fases) ou trifásico.
No caso do sobre-torque por sincronismo fora de fase, também existem 2 casos mais críticos, que são quando, no momento / instante da ligação do gerador na rede, uma das fases possui sua senóide defasada em 120 ou 180º em relação a mesma fase da rede elétrica em que o mesmo está inserido.
Tanto as falhas por curto-circuito, como as falhas de sincronismo dependem dos fenômenos eletromagnéticos, e variam de projeto para projeto, em função das características elétricas, não podendo ser previsto qual delas será maior.
Estas análises torsionais não avaliam o amortecimento, visto que os eixos possuem uma rigidez muito alta, além da complexidade na resolução das equações.
A partir do máximo conjugado, dimensiona-se o eixo, obviamente confrontando com os dimensionamentos dinâmicos dados pelas análises de fadiga.
As 3 configurações do eixo do gerador, para análise das torsões transitórias são:
Com 2 volantes: nesse modelo, existem duas inércias consideráveis. A inércia do próprio rotor (pacote de chapas do rotor), e de uma possível turbina em balaço, acoplada a ponta de eixo, conforme Figura 10;
Figura 10 – com 2 volantes – Turbina e Rotor.
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As equações diferenciais aplicáveis são:
- gerador + (1)
- turbina + (2)
onde, J é momento de Inércia da Turbina ou Gerador;KGV é o módulo de rigidez torcional do eixo;MT é o torque/conjugado desenvolvido no gerador, nesse
caso os sobre-torques, curto-circuito ou sincronismo fora de fase;
TT é o torque/conjugado transmitido pela Turbina;o ângulo de rotação entre o gerador e a turbina em torno do eixo de rotação do sistema.
Resolvendo o equacionamento para um sistema homogêneo, ou seja, igualando as equações diferenciais a 0 (zero), tem-se como calcular a freqüência natural de oscilação deste sistema que comporta um eixo e dois volantes.
Com 3 volantes – Volante no centro: esse modelo avalia a configuração com uma turbina em balanço, um volante de inércia, e o rotor do gerador na outra extremidade, conforme Figura 11.
Figura 11 – com 3 volantes – Turbina, volante de Inércia e Rotor.
As equações diferenciais aplicáveis são:
- gerador + (1)
- volante + (2)
- turbina + (3)
onde, JG, JV, JT e é momento de Inércia, respectivamente, do gerador, volante de inércia e turbina;
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KGV, KTV é o módulo de rigidez torcional do eixo, respectivamente, entre o gerador e volante de inércia, e volante de inércia e turbina;
, e são os ângulos de rotação, respectivamente, do gerador, volante de inércia e turbina, tomados em relação ao instante da ocorrência das condições transitórias de falha.
MT é o torque/conjugado desenvolvido no gerador, nesse caso os sobre-torques, curto-circuito ou sincronismo fora de fase;
Resolvendo o equacionamento para um sistema homogêneo, ou seja, igualando as equações diferenciais a 0 (zero), tem-se como calcular as freqüências naturais de oscilação do sistema, que são duas, já que o sistema possui dois graus de liberdade.
Com 3 volantes – Rotor no centro: esse modelo tem a mesma configuração do anterior, no entanto, o rotor se encontra entre a turbina em balanço e o volante de inércia, conforme Figura 12.
Figura 12 – com 3 volantes – Turbina, Rotor e volante de Inércia.
As equações diferenciais aplicáveis são:
- gerador + (1)
- volante + (2)
- turbina + (3)
onde, JG, JV, JT e é momento de Inércia, respectivamente, do gerador, volante de inércia e turbina;
KGV, KTV é o módulo de rigidez torcional do eixo, respectivamente, entre o gerador e volante de inércia, e volante de inércia e turbina;
, e são os ângulos de rotação, respectivamente, do gerador, volante de inércia e turbina, tomados em relação ao instante da ocorrência das condições transitórias de falha.
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MT é o torque/conjugado desenvolvido no gerador, nesse caso os sobre-torques, curto-circuito ou sincronismo fora de fase;
Resolvendo o equacionamento para um sistema homogêneo, ou seja, igualando as equações diferenciais a 0 (zero), tem-se como calcular as freqüências naturais de oscilação do sistema, que são duas, já que o sistema possui dois graus de liberdade.
OBS: a utilização do volante de inércia é para garantir que a máquina não dispare, não atingindo a velocidade crítica (freqüência natural do sistema) e entre em colapso. Por exemplo, no caso de um disparo da turbina, até que o sistema de controle consiga atuar, é necessário retardar o aumento de velocidade, para que os controles de segurança atuem antes da mesma atingir uma das freqüências naturais, entrando em ressonância e causando um possível acidente.
As condições transitórias, ou seja, os sobre-torques, tem seus equacionamentos transitórios dados por:
- conjugado de sincronização com 120 graus fora de fase=
com máx. para t =
- conjugado de sincronização com 180 graus fora de fase
com máximo para t =
- conjugado de curto circuito bifásico ( linha-linha)
com máximo para t =
- conjugado de curto circuito trifásico
com máximo para t =
Onde:
= conjugado nominal = em Nm
VA = potência aparenteU = tensão nominal em p.u.E = tensão interna em p.u.X”d = reatância subtransitória de eixo direto em p.u.Xs = reatância externa (transformador + outras) em p.u.ω = pulsação em rd/seg = 2πf
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Para as 3 configurações dos volantes demonstradas acima, as deduções e os resultados não serão apresentados, pois existem algumas implementações avaliadas empiricamente que tornam os resultados mais coerentes em relação ao modelo físico real, e que por serem tecnologias de propriedade da WEG, deverão ser mantidas em sigilo.
11. 11. ROTINA DE CÁLCULO – DIMENSIONAMENTO DOS SUPORTES ENTREROTINA DE CÁLCULO – DIMENSIONAMENTO DOS SUPORTES ENTRE BOBINAS PARA PÓLOS SALIENTES.BOBINAS PARA PÓLOS SALIENTES.
No caso de máquinas síncronas, os rotores podem ter duas configurações mecânicas:
Rotor com Pólos Lisos : onde as bobinas de cobre estão colocadas dentro das próprias ranhuras do pacote de chapas do rotor, conforme Figura 6.
Rotor com Pólos Salientes : no caso de pólos salientes, as bobinas são enroladas em corpos maciços, denominados de “Pólos Salientes”, que por sua vez são fixados no rotor, conforme Figura 13.
Figura 13 – A: Rotor de Pólos Lisos, B: Rotor de Pólos Salientes.
Neste presente trabalho, tem-se o objetivo de calcular a quantidade de suportes/ calços, utilizados nas máquinas de pólos salientes. Para as bobinas de cobre, que ficam enroladas em torno dos “pólos salientes”, é necessário calcular a quantidade de calços que devem ser colocados ao longo do pólo, de forma que ao rotacionar, em virtude das forças centrífugas, as bobinas não flexionem. Ver Figura 14 e 15, abaixo.
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A B
Corpo do PóloBobina de Cobre Pólo
Figura 14 – Detalhe do Pólo Saliente.
Figura 15 – Seção do Pólo Saliente.
Tendo a massa de cobre e as dimensões das bobinas, além do número de pólos, é possível calcular a força centrífuga gerada por essa massa em rotação.
Para essa rotina de cálculo, são verificadas as tensões e deflexões das bobinas fabricadas a partir de barras de cobre. Assim, o método de cálculo das tensões e deflexões, é o método de vigas, utilizando a teoria da “linha elástica”. Como os pólos possuem seus comprimentos muito maiores que as suas larguras, as barras de cobre que ficam montadas nas larguras (barras transversais) podem ser desconsideradas. Logo, somente são analisadas as barras localizadas ao longo do comprimento do pólo, denominadas de barras longitudinais.
Ao avaliar as bobinas, percebe-se que as extremidades das barras longitudinais, onde ocorre à ligação com as barras transversais, podem ser consideradas como suportes engastados. Assim, verifica-se um problema hiperestático de viga, onde as duas extremidades estão engastadas, ou seja, vigas Bi-engastadas.
No caso de bobinas fabricadas a partir de fios de cobre, o método a ser utilizado é o da “catenária” que será implementado no futuro.
Como as barras são soldadas nas extremidades, pelo processo de indução, para formar a bobina, há o fenômeno de recozimento nestas localidades, fragilizando o material. Assim, a tensão de escoamento cai de 60 MPa até em torno de 20 MPa. Aplicando ainda uma tensão admissível de 2/3 da tensão de escoamento do cobre.
Utilizando a Teoria da Linha Elástica para viga bi-engastada nas extremidades, desde sem nenhum apoio intermediário até 5 apoios, obteve-se como máximo valor das reações e momentos:
Sem nenhum apoio intermediário:
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Pólo Saliente
Bobina de Cobre Pólo
Suporte/Calço
onde, e Com 1 apoio Intermediário:
onde, ,
Com 2 apoios Intermediários:
onde, ,
Com 3 apoios Intermediários:
onde, ,
Com 4 apoios Intermediários:
onde, ,
30
Com 5 apoios Intermediários:
onde, , ,
OBS: Estes valores das reações e momentos, foram calculados para apoios localizados eqüidistantes ao longo do comprimento da barra.
Como esta rotina de cálculo está sendo implementada no programa MathCAD, criou-se uma matriz com estes dados, das reações e momentos, em função do número de apoios intermediários. Logo, estes apoios intermediários, representam literalmente os suportes/calços que devem ser colocados ao longo do comprimento do pólo.
A partir destes dados, calcula-se a máxima tensão, e caso a mesma tenha um valor maior que a Tensão Admissível ( ), recalcula-se a tensão a partir do valores do momento, para um suporte/calço a mais que o calculado no anterior, até que a tensão máxima fique abaixo da admissível.
O cálculo da tensão é feito a partir do momento resistente:
Logo, a tensão é dada por: , sendo M o momento máximo.
31
onde,
(Momento de Inércia)
O critério para determinação do número de suportes não é só em função da tensão, mas também em função da deflexão máxima, que tem como valor admissível( ) 3 mm. Caso as tensões fiquem abaixo da , mas a flecha máxima está acima de 3mm, aumenta-se os números de calços até que a deflexão máxima fique abaixo da .
A deflexão é calculada a partir da equação da linha elástica. No entanto, para
a máxima deflexão, é necessário igualar a equação para determinar qual
a posição onde está a máxima deflexão. Logo, tem-se a posição em:
E a máxima deflexão dada por:
onde, : Módulo de Elasticidade do Cobre;
: Momento de Inércia da seção ( ).
Avaliando os problemas hiper-estáticos, a máxima deflexão ocorrerá sempre no segmento que estará mais ao centro da viga, no caso de existirem os apoios intermediários. Entretanto, como as equações da linha elástica diferem para cada segmento, seria necessário inserir uma rotina complexa, onde ela analisaria, a partir do número de apoios, qual a equação a ser utilizada, bem como a inclusão dos valores das constantes de integração, que são resultantes da resolução do problema de hiper-estaticidade.
Verificando as deflexões de cada segmento, percebe-se que a deflexão do segmento mais ao centro não é muito mais relevante que a das extremidades. Sendo assim, uma boa aproximação, é utilizar sempre a mesma equação, que se refere ao primeiro segmento, onde é mais simples, já que o valor das constantes de integração são nulas.
Determinado o número de suportes/calços, é necessário dimensionar o parafuso que sustenta o suporte/calço, conforme Figura 16.
32
Figura 16 – Detalhe do Parafuso de Fixação do suporte / calço.
Com a massa do calço, calcula-se a força centrífuga, que por sua vez calcula-se a área mínima necessária ao parafuso para suportar tal força. Como o parafuso sofre tração, pode-se utilizar a seguinte equação da Tensão:
,onde F: Força centrífuga;
A: Área mínima necessária;é a Tensão Admissível do Parafuso – 2/3
(classe de resistência 8.8 - 640 MPa).
A partir da área mínima do parafuso, tem-se como determinar o diâmetro mínimo. Logo, verifica-se qual o parafuso que possui o diâmetro interno nessa dimensão ou maior.
Na rotina, criou-se mais uma matriz, onde consta os diâmetros internos das roscas e suas respectivas denominações comerciais, já que se tratam de parafusos padrões, rosca métrica e de passo normal, identificados pela norma ISO. Por exemplo, o parafuso denominado de “M20” possui diâmetro interno de 16.933 mm, conforme a linha 5 da matriz abaixo:
Assim, a própria rotina já indica a denominação do parafuso a ser utilizado.
33
Parafuso
Suporte / calço
Entretanto, na Figura 9, acima, tem-se desenhado uma cota denominada de dimensão “X”, essa dimensão é definida em função da espessura da bobina, bem como de outras dimensões, e principalmente pelo número total de pólos.
Isso quer dizer, que dependendo da quantidade de pólos, o parafuso dimensionado pode ter seu diâmetro maior que a dimensão “X”.
Logo, adicionou-se dentro da rotina uma verificação. Se por acaso, o diâmetro for maior que a dimensão “X”, dividi-se área mínima por 2 e acha-se um novo diâmetro, que corresponde a utilização de 2 parafusos em vez de um, e segue-se assim, até achar um diâmetro que caiba dentro da dimensão “X”.
Ao final da rotina, plota-se a quantidade de reforços/calços necessária, as tensões e deflexões nas barras de cobre, bem como a quantidade e denominação do parafuso.
34
12. CONCLUSÕES12. CONCLUSÕESDas atividades desenvolvidas durante o período de bolsa da ANP, estas
auxiliaram muito no aprendizado e experiência técnica. O programa de Recursos Humanos da ANP, especificamente o PRH-09 /
MECPETRO foi um grande impulsionador, para que as atividades e projetos pudessem ter sido concluídas.
O programa é uma ferramenta muito valiosa para preencher esta lacuna do mercado brasileiro, carente de fabricantes de equipamentos e de recursos humanos que dominem esta tecnologia que envolve a indústria de petróleo e gás, contribuindo, com isto, para a economia e enriquecimento tecnológico do país.
No que tange as atividades desenvolvidas no estágio, pode-se verificar que o Manual do Projeto Mecânico vem a ser um importante documento de padronização e treinamento para os novos projetistas.
A intenção, além destas, é garantir que o conhecimento e as informações dos projetistas mais experientes possam ser disseminados a toda a equipe. Nota-se que o manual não trata-se apenas de um guia de treinamento, onde passos devem ser seguidos, mas também, procurou-se incluir informações e relatos para capacitar o projetista quanto ao entendimento e aplicação da tecnologia desenvolvida.
Quanto ao estágio em si, vê-se o mesmo como uma oportunidade de aplicar a técnica, concretizando o aprendizado da universidade. Ainda, surge o aprendizado quanto a capacidade do relacionamento humano, conceitos importantes para transformar o conhecimento em resultados.
Assim, trocam-se informações, negocia-se, pergunta-se, cobra-se e é cobrado. Características próprias de um sistema capitalista, que por enquanto tem-se mostrado irrelevante, pois no momento o pensamento está voltado para o conhecimento.
Para finalizar, gostaria ainda de agradecer a todo a equipe do PRH-09 / MECPETRO, do Laboratório de Soldagem – LABSOLDA/UFSC e demais pessoas que de uma forma ou de outra estiveram ligadas ao programa e as atividades por mim desenvolvidas, e que proporcionam o êxito do programa dentro da Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC.
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13. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS13. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] PROVENZA, Eng. FRANCESCO, PROTEC – Projetista de Máquinas, 71º ed, São Paulo: Edit. Provenza, 1990, 454p.
[1] HIBBELER, R. C. , Resistência dos Materiais, 3º ed, Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora, 2000, 701p.
[3] TIMOSHENKO, STEPHEN E., Resistência dos Materiais – Vol. 1 e 2, ed. traduzida: Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora, 1977.
[4] SHIGLEY, JOSEPH E., Elementos de máquinas – Vol. 2, ed. traduzida: Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora, 1984, 700p.
[5] YOUNG, WARREN C., Roark's Formulas for Stress and Strain, New York: McGraw-Hill Inc International Editions, 6th Edition, 1989, 763p.
[6] RAO, SINGIRESO S., Mechanical Vibration, New York: Addison-Wesley Publishing Company, Massachusetts - EUA, 3th Edition, 1995, 912p.
[7] Norma ABNT – NBR 5031/CB 20, Máquinas Elétricas Girantes – Classificação das Formas Construtivas e Montagens, 1981/1977.
[8] Norma DIN – 42955, Tolerances of Shaft Extension Run-out and of Mountaing Flanges for Rotating Electrical Machinery and Test, December 1981
[9] Norma NEMA MG 1-4, General Standards Applying to all Machines – Dimensoins, Tolerances and Mountaing, Revision 1, 2004.
[10] Norma ABNT – NBR 6158, Sistema de Tolerâncias e Ajustes, 1995.[11] Norma ABNT – NBR 5432, Máquina Elétrica Girante – Dimensões e
Potências Nominais, 1983.[12] Norma ABNT – NBR 6146, Invólucro de Equipamentos Elétricos – Proteção,
1980.[13] Norma WEG TBG-30, Dimensões Básicas de Eixos Costelados para
Máquinas Elétricas Girantes – Carcaças IEC/ABNT 500 a 1250, 3º edi., 2003.
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14. ANEXO 1 – MANUAL DE PROJETO MECÂNICO PARA MÁQUINAS 14. ANEXO 1 – MANUAL DE PROJETO MECÂNICO PARA MÁQUINAS SÍNCRONASSÍNCRONAS
Manual de Projeto Mecânico para Máquinas Síncronas
Este manual tem como finalidade auxiliar os projetistas no dimensionamento das Máquinas Síncronas.
O papel deste manual, além de servir de base aos atuais e futuros projetistas, é uma ferramenta para a normalização dos cálculos e critérios adotados para o dimensionamento das máquinas síncronas.
O manual foi dividido em grupos, que são os componentes principais da Máquina Síncrona, e a eles estão interligados suas subdivisões e acessórios que o compõem.
Para cada grupo há uma instrução técnica (IT) mencionando suas funções , dimensionamentos, normas e critérios que cada componente deve respeitar, bem como suas variantes. Estas variantes estarão também devidamente documentadas por suas próprias IT’s, chamadas ao longo da Instrução Técnica de cada grupo.
Além destes pontos, menciona-se também os acessórios, que são componentes complementares, através de suas respectivas IT’s.
1. CARCAÇA
1.1. Descrição: a carcaça, como o nome já diz, é o corpo externo principal da máquina. Ela pode ser fabricada pelo processo de fundição ou soldagem de chapas de forma a construir a geometria desejada. Normalmente as carcaças fundidas são usadas para máquinas relativamente pequenas, onde o tamanho do molde torna-se inviável física e economicamente. Assim, para máquinas maiores as carcaças são soldadas.
1.2. Função: Sua função principal é apoiar e proteger o motor, alojando também o pacote de chapas e enrolamento do estator.
Pode assumir ainda como funções complementares: Localizar e manter a circularidade do núcleo do estator; Manter a compactação das lâminas do núcleo; Transmitir o torque da máquina para as fundações; Transmitir as forças magnéticas radias às fundações; Transmitir parte da força radial sobre o mancal de guia superior para as fundações; Fixar e localizar as ligações das bobinas; Fixar e localizar os resfriadores de ar; Direcionar o fluxo de ar para os resfriadores de ar.
1.3. Forma Construtiva: Como as pessoas que solicitam a cotação das máquinas junto a WEG são pessoas qualificadas, e juntamente com a equipe técnica de venda da empresa chegam a uma configuração desejada para o cliente.
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Assim, o departamento de engenharia recebe estas características técnicas, juntamente com as Especificações do cliente na forma de uma ORDEM DE PRODUÇÃO, também denominada de OP.Logo, para o projeto mecânico, a forma construtiva já vem descrita/ selecionada na própria OP.
As carcaças podem ser construídas nos tipos horizontais ou verticais (conforme norma IEC 34-7, ABNT-CB 20 / NBR 5031 e DIN 42955) e com grau de proteção de acordo com as necessidades do ambiente (conforme norma NBR 6146).
Quando construída na horizontal, pode seguir as seguintes configurações:
2.3.2. Forma B3:A forma B possui mancalização flangeada e fixada nas próprias tampas do motor. Na concepção B3, sua fixação é dada pelos pés.
2.3.2. Forma D5:É utilizada para carcaças que requerem grande rigidez, tendo o acoplamento da ponta de eixo dado por chaveta.
2.3.2. Forma D6:Assim como a D5, esta carcaça também é utilizada quando se requer elevada rigidez. Tendo como diferença, o tipo de acoplamento que é por eixo flangeado.
Quando construída na Vertical, pode seguir as seguintes configurações:
2.3.2. Forma V1: carcaça flangeada e fixada com a ponta de eixo para baixo.
1.4. Tamanho da Carcaça:
A escolha do tamanho da carcaça é dada pelo cálculo elétrico. A partir da potência, tensão e rotação/número de pólos, dados estes que são informados pelo cliente, o projetista verifica a existência de máquinas já fabricadas com essas características, e identifica o tamanho de carcaça mais apropriado. No caso de não haver nenhum histórico compatível, o projetista escolhe um tamanho e procede com os cálculos elétricos. Ao final, analisa se o pacote não ficou muito apertado ou mesmo muito longo, além de verificar as temperaturas de trabalho alcançadas. Caso os valores mostrem-se compatíveis, utiliza-se o tamanho de carcaça para o qual os dados foram calculados, caso contrário continua-se o cálculo para outros tamanhos de carcaça.
1.5. Projeto da Carcaça:1.5.1. Forma B3: dimensionamento conforme IT 0001-00;1.5.2. Forma D5 / D6: dimensionamento conforme IT 0002-00;1.5.3. Forma V1: dimensionamento conforme IT 0003-00;
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1.6. Acessórios
Tem-se como acessórios para as carcaças as placas de ancoragem , os chumbadores e parafusos de nivelamento. No caso das carcaças de forma construtiva D5 ou D6, tem ainda a base de fixação.
Conforme Forma Construtiva:1.6.1. Forma B3: item acessórios da IT 0001-00;1.6.2. Forma D5 / D6: item acessórios da IT 0002-00;1.6.3. Forma V1: item acessórios da IT 0003-00;
2. TAMPA
2.1. Descrição: as tampas são fabricadas a partir de chapas de aço 1010/1020 soldadas e fixadas as carcaças através de uniões aparafusadas.Para as máquinas de forma construtiva B3 e V1, existem reforços distribuídos radialmente a mesma, visto que estes tipos de máquinas possuem os mancais presos as tampas. Assim, necessitam de uma boa precisão dimensional, para garantir a concentricidade do estator com o rotor.Já as tampas para as carcaças de forma construtiva D5/D6 não há necessidade de rigidez e precisão, pois os mancais utilizados para estas máquinas são de pedestais e presos as bases intermediárias das máquinas. Assim, estas tampas são fabricadas com chapas de menor espessura em relação as utilizadas em carcaças de forma construtiva B3 e V1, sem reforços e bipartidas.
2.2. Função: para as carcaças de forma construtiva B3 e V1, a tampa tem função estrutural e de posicionamento dos mancais, visto que os mesmos são fixados nelas, além de servir como superfície dissipadora de calor.Já para as carcaças de forma construtiva D5/D6 as tampas não têm função estrutural e nem de posicionamento dos mancais, visto que os mancais não são fixados as tampas, mas são responsáveis principalmente pelo direcionamento do ar frio proveniente da saída do trocador de calor, e assim arrefecer o gerador. Logo, são chamadas de “tampas direcionadoras de ar”.
2.3. Projeto da Tampa: para o dimensionamento das tampas, procede-se separadamente para cada um dos 3 tipos:
2.3.1. Tampa – Carcaça B3: dimensionamento conforme IT 0006-01;2.3.2. Tampa – Carcaça D5/D6: dimensionamento conforme IT 0006-
02;2.3.3. Tampa – Carcaça V1: dimensionamento conforme IT 0006-03;
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3. PACOTE ESTATOR
3.1. Descrição: o pacote estator é uma estrutura formada por chapas, dispostas uma ao lado da outra. A quantidade de chapas determina o comprimento do pacote. Nas duas extremidades do pacote são colocadas chapas mais espessas, denominadas de “chapa de prensar”, e que são interligadas por tirantes dispostos longitudinalmente ao pacote, garantindo que as chapas fiquem montadas/prensadas, e assim possam desempenhar seu papel adequadamente. Na linha S, para todos os tamanhos de carcaça há a necessidade de construir canais radiais para a refrigeração do pacote. Assim, ao longo do pacote estator, são colocadas chapas denominadas de distanciadoras, que garantem uma abertura entre as chapas do estator, garantindo o fluxo de ar para a troca térmica.O Pacote Estator pode ser dividido em 4 componentes principais:Chapa do estator, Chapa distanciadora, Chapa de prensar estator e tirantes de fixação do pacote estator.
3.2. Função: a função do pacote estator, no caso dos motores, é de gerar um campo magnético, através da passagem de corrente, e assim induzir um torque a massa rotórica (rotor), garantindo o giro do eixo. Já no caso de geradores, com o movimento angular do rotor, o estator irá sofrer um campo magnético, que por sua vez irá produzir uma corrente elétrica por seu enrolamento, garantindo a geração de energia elétrica.
3.3. Projeto do Pacote Estator: para o dimensionamento do pacote estator, procede-se separadamente para cada um dos 4 componentes principais:
3.3.1. Chapa do estator: a chapa é dimensionada, ou melhor, escolhida pelo próprio projeto elétrico. Como o tamanho da carcaça já foi definido anteriormente, tem-se fixados os diâmetros externos e internos da mesma. Agora, a partir dos dados informados pelo cliente, como potência, fator de potência, tensão, rotação/número de pólos, o projetista elétrico identifica qual a ranhura apropriada, bem como suas dimensões. Verificar dimensionamento conforme IT 0007-00;
3.3.2. Chapa distanciadora: dimensionamento conforme IT 0008-00;3.3.3. Chapa de prensar estator: dimensionamento conforme IT 0009-
00;3.3.4. Tirantes de Fixação do Pacote Estator: dimensionamento
conforme IT 0010-00;
3.4. Observações
Fixação do Pacote Estator a Carcaça:
A fixação do pacote estator na carcaça, faz-se por soldagem.
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O procedimento está em soldar os anéis de prensar nos encaixes/assentos da carcaça.
Assim, para cada diâmetro de pacote, pode-se calcular o comprimento do cordão de solda necessário para que o pacote não gire dentro da carcaça, devido aos torques atuantes.
O cálculo pode ser feito pela rotina Cálculo do Comprimento do Cordão de Solda, que se encontra em ROTINAS CALCULO MECÂNICO, denominado de Cálculo do Comprimento do Cordão de Solda - Carcaça_Estator.mcd.
4. EIXO
4.1. Descrição: o eixo é a estrutura responsável pela transmissão do torque ao componente acoplado a ele, no caso do motor, ou recebe o movimento rotacional, no caso do gerador.
A transmissão do torque entre o eixo do motor / gerador e a máquina acoplada (acionada / acionante) é feita normalmente a partir de três formas distintas:
De forma flexível – com acoplamento flexível ou por polias e correias; Rigidamente – através de meia-luva e chaveta ou com sistema de
engrenagens do redutor; De forma direta – eixo flangeado.
Existem duas formas utilizadas de eixo. A primeira, denominada de “Eixo Maciço” possui o pacote de chapas do rotor, montado diretamente sobre sua superfície. Já os “eixos costelados” possuem costelas (barras retangulares) soldadas longitudinalmente ao longo do perímetro de uma das superfícies.
4.2. Função: é de transmitir torque/potência entre motor/gerador e máquina acoplada (acionada / acionante).Tendo como função complementar a de servir de suporte para as partes agregadas do rotor: ventiladores, acoplamentos, roda polar, pacote do rotor, anel coletor, etc.
4.3. Projeto do Eixo: para o dimensionamento do eixo, deve-se proceder conforme as 2 variantes:
4.3.1. Eixo Maciço: verificar dimensionamento conforme IT 0011-00;4.3.2. Chapa distanciadora: dimensionamento conforme IT 0012-00;
4.4. Observações
Diâmetro Mínimo e Deflexão Máxima da Ponta de Eixo Acionada:
Em virtude das forças atuantes na ponta de eixo, é necessário calcular o diâmetro mínimo da mesma, para que esta possa suportar o torque /conjugado gerado pelo equipamento acoplado, bem como a deflexão
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gerada por esses esforços e massas apoiado na ponta acionada. O cálculo pode ser feito pela rotina Cálculo do eixo para Flexo-Torção, Flextor.mcd.
Freqüência Natural:
Todos os eixos, em virtude da sua natureza de trabalho, pode rotacionar na freqüência crítica de trabalho, fazendo com que a máquina entre em colapso. Logo, utiliza-se um procedimento de cálculo para calcular qual a rotação crítica.
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