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  • Writer's pictureLarissa Paiva

Quando o aquecimento do motor elétrico é um problema?

Updated: Jun 21, 2023

O aquecimento é uma realidade universal, e ocorre em quaisquer equipamentos que realizam trabalho, ou qualquer tipo de transformação de energia. De fato, a produção de calor é uma exigência necessária da Segunda Lei da Termodinâmica. Com motores elétricos de uso industrial, que transformam energia elétrica em mecânica para mover a produção da sua empresa, não é diferente. Esta realidade tão natural pode, porém, causar muitos problemas, pois tão naturais quanto ela são as limitações dos materiais disponíveis para o gênero humano.


Estator Queimado Motor Elétrico

O calor nos motores elétricos costuma ser produzido principalmente de duas formas: no enrolamento, através do Efeito Joule, ou nos componentes que estão em contato com a parte fixa e a parte girante, através de atrito. O Efeito Joule é intrínseco aos condutores, pois todos eles possuem alguma resistência ao fluxo de elétrons, e esta energia associada à resistência é transformada em calor.


Temperatura na isolação


Limites mecânicos à parte, em teoria, poderia exigir-se 20cv mesmo de um pequeno motor, com placa de 1cv. A questão da temperatura é um grande limitador neste sentido: esse motor aqueceria tanto, e tão rapidamente, que queimaria imediatamente. Quando os fabricantes projetam o motor, eles o fazem com materiais de uma certa Classe de Isolamento, que quer dizer, a temperatura máxima que os isolantes utilizados no motor podem suportar. No Brasil, é levada em consideração uma temperatura ambiente de 40°C. Na Tabela 1, pode-se verificar as Classes mais comuns, com suas respectivas temperaturas máximas admissíveis.


Tabela Classes de Isolamento
Tabela 1: Classes de Isolamento.

A Tabela 1 responde-nos qual a temperatura máxima que o enrolamento de um motor pode atingir. Este é um dos fatores levados em conta para se determinar a potência nominal de um motor. A tabela já nos sugere o porquê, por exemplo, de existirem fatores de redução de potência associados a uma maior temperatura ambiente. Exigir de um motor certa carga está associado a uma certa elevação de temperatura. Esta mesma elevação, em um ambiente mais quente, pode superar a temperatura admissível pelo isolante.


Temperatura nos rolamentos


Fora os isolantes, a temperatura costuma ser fator crítico para os rolamentos. Estes, além de trocarem calor com o bobinado via condução, possuem aquecimento próprio via atrito, crítico sobretudo para rolamentos vedados e aplicações de alta velocidade, como em Spindles. Toda graxa, a certa temperatura, perde a consistência e torna-se líquida: é o chamado ponto de gota. A partir dele, a graxa perde a função, e o atrito no rolamento tende a piorar, gerando, por exemplo, descascamento até uma falha crítica. Um pouco abaixo do ponto de gota está o limite de operação do rolamento, pois também o calor acelera reações químicas, levando a uma rápida oxidação do lubrificante. Graxas mais comuns, à base de lítio ou sódio costumam operar até 120°C, enquanto as à base de cálcio, até 80°C. Por isso, é essencial a seleção adequada do lubrificante e do tipo de rolamento a cada aplicação.


Fatores mecânicos


Além disso, a temperatura está associada a processos de dilatação térmica, com coeficientes que variam conforme o material. Isto significa que o aquecimento do motor pode alterar seus ajustes mecânicos, e, por outro lado, os ajustes mecânicos devem ser feitos tendo em vista a temperatura de operação do equipamento. Por exemplo, um aquecimento excessivo do eixo, mantendo-se frios os mancais, pode levar a uma tensão excessiva nas esfera de um rolamento sem folga adequada.


Ensaio de aquecimento no motor elétrico


Deste modo, um procedimento necessário no projeto de motores, e que pode ser realizado até mesmo após a manutenção, ou durante a operação, é a realização de um ensaio de aquecimento. Trata-se de medir a temperatura do motor em sua operação com carga, em função do tempo. Pelo sobredito, nota-se a importância da medida nos mancais, para avaliar os rolamentos, mas sobretudo a medida no bobinado, que costuma ser mais crítico. A utilização de sondas é o método mais recomendado, mas medidas diretas da resistência ôhmica entre as fases também são suficientes. Isto porque a temperatura pode ser aproximada como função da resistência segundo a equação:


T=T₀+[(R/R₀)-1]*1/α


Em que T é a temperatura no momento da medida, T₀ é a temperatura ambiente, R é a resistência à quente, R₀ é a resistência à temperatura ambiente e α é um coeficiente empírico, que vale aproximadamente 0,004 °C¹ para o cobre.


As medidas podem ser realizadas, por exemplo, de 5 em 5 minutos inicialmente, depois de 15 em 15, e enfim, 30 em 30. A desvantagem deste método é a necessidade de desligar o motor para realizar-se a medida, por questões de segurança. Em um motor de regime constante, a curva de aquecimento esperada pode ser vista na Figura 1.


Curva de aquecimento para motor elétrico
Figura 1: Curva de aquecimento para motor em regime constante. Nota-se o traço da tangente e da linha horizontal na temperatura de equilíbrio. A vertical traçada a partir daí intersecta a curva de aquecimento a 63,5% desta temperatura.

A Figura 1 nos indica certos fatos intuitivos: a maior parte do aquecimento se dá nos primeiros minutos, e existe uma temperatura de equilíbrio, que já nos é sugerida por uma medida realizada após muito tempo.


Conclusão


Deste modo, verificamos a importância do cuidado com o aquecimento nos motores elétricos. A má especificação pode levar a falhas precoces, tanto de caráter mecânico quanto elétrico. Por isso a importância de métodos de se medir e avaliar a temperatura, segundo critérios objetivos, como a temperatura crítica da isolação e do lubrificante.



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