Prévia do material em texto
Escola Superior de Gestão Ciência e Tecnologia Departamento de Ciências Tecnológicas e Engenharias (CTE) ESTUDO DA OCORRÊNCIA DA ACIDEZ NO TRANSFORMADOR-REGULADOR DE 132,6MVA DO GRUPO RECTIFICADOR 12 NA MOZAL Félix Samuel Manhique Maputo, … de … de 2023 Escola Superior de Gestão Ciência e Tecnologia Departamento de Ciências Tecnológicas e Engenharias (CTE) ESTUDO DA OCORRÊNCIA DA ACIDEZ NO TRANSFORMADOR-REGULADOR DE 132,6MVA DO GRUPO RECTIFICADOR 12 NA MOZAL Projecto de Monografia a ser submetido ao Departamento de Ciências Tecnológicas e Engenharias da Universidade A Politécnica, como requisito parcial para a autorização do início do trabalho escrito de Monografia para a obtenção do grau de licenciatura em Engenharia Eléctrica, sob Orientação de Professor Mestre José Bento Machiana Félix Samuel Manhique Maputo, … de 2023 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.Gerador monofásico CA elementar 5 Figura 2.Representações da corrente e tensão de um circuito resistivo puro 7 Figura 3.Representações da corrente e tensão de um circuito capacitivo puro 7 Figura 4.Representação da corrente e tensão de um circuito indutivo puro 8 Figura 5,Gerador monofásico – detalhes construtivos com campo fixo com geração no 8 Figura 6.Gerador trifásico – detalhes construtivos com campo móvel 9 Figura 7.Ilustração de um galvanômetro 11 Figura 8.Medida de Corrente Elétrica 11 Figura 9.Voltímetro analógico convencional 12 Figura 10.Transformador 13 Figura 11. Tipos de Nucleos 14 Figura 12.4 (a) Transformador ideal em vazio; (b) idem, alimentando carga Zc. 14 Figura 13.Transformador Real 15 Figura 14.Transformador utilizado em sistemas de distribuição transformadores ideias. 15 Figura 15.Transformador utilizado em subestação de sistemas industriais 16 Figura 16.Transformador utilizado em subestação de sistemas de distribuição (cerca de 3,5 metros de altura) 16 Figura 17.Corte em um transformador (bobinas, buchas, radiador) 16 Figura 18. Transformador utilizado para realizar casamento de impedância em circuito impresso 17 Figura 19. Refrigeração ONAN do transformador 19 Figura 20.Refrigeração ONAF do transformador 19 Figura 21.Refrigeração de OFAF do transformador 20 Figura 22.Refrigeração de OFWF do transformador 1 Figura 23.Curva característica 3 Figura 24iDagrama 4 Figura 25.Símbolos utilizados em diagramas de circuitos 4 Figura 26. Circuito retificador de meia onda 4 Figura 27.Diagrama do circuito do retificador de meia onda 5 Figura 28.Diagrama do circuito retificador onda completa com derivação central 5 Figura 29.Apresentado o diagrama do circuito retificador onda completa utilizando ponte de díodo. 6 Figura 30.Forma de onda da tensão senoidal aplicada ao circuito retificador, 6 Figura 31.Diagrama do circuito retificador duplicador de tensão. A saída deste circuito fornece uma tensão igual ao dobro da tensão de pico do sinal de entrada 7 Figura 32.Topologia e formas de onda (com carga resistiva) de retificador monofásico não controlado, 8 Figura 33.Estruturas de pontes retificadores monofásicas. 8 Figura 34.Topologias de retificadores a díodo (não-controlados) 9 Figura 35. Transformador a líquido isolante 12 Figura 36.Garoto de teste de acidez 13 Figura 37.Edifício com temperatura interna maior que a temperatura externa 15 Figura 38.Tipos de ventilação 15 Figura 39.Insuflação mecânica e exaustão natural 17 Figura 40.posicionamento indicado para as aberturas 18 Figura 41.Ventilador axial e centrífugo 19 Figura 42.Ventiladores axiais 20 Figura 43.Centrifugo de pás para trás, (b) centrifugo de pás radias e (c) centrifugo de pás para frente 21 ii ÍNDICE ÍNDICE DE FIGURAS i CAPITULO I - INTRODUÇÃO 1 I. Introdução 1 I.2 Problema de Pesquisa 2 O desenvolvimento da acidez do óleo isolante no transformador regulador de 132.6MVA do grupo retificador. 2 I.3 A Pergunta a Investigar e as Hipóteses a Considerar 2 I.3.1 Formulação do problema a ser investigado 2 I.3.2 Perguntas investigativas e Hipóteses a considerar 2 I.3.3 Hipóteses H0 e H1 3 I.4 Justificativa da Pesquisa 3 I.5 Objectivos da Pesquisa 4 I.5.1 Objectivo Geral 4 I.5.2 Objectivos Específicos 4 CAPITULO II- INTRODUÇÃO 5 II. Corrente alternada 5 II.1 Gerador de Corrente Alternada 5 II.1.1 Tipos de cargas em circuitos CA 6 II.2 Tipos de sistemas elétricos 8 II.2.1 Sistema Monofásico 8 II.2.2 Sistema trifásico 8 II.3 Gerador Trifásico 9 II.3.1 Ligações estrela e triângulo 10 II.4 Sistema Elétrico de Potência (SEP) 10 II.5 Medidas Elétricas 10 II.5 .1 Medida de Corrente Elétrica 11 II.5 .1. Medida de Voltagem 12 II.5 .1. A medida de Resistência 12 II.6 Transformadores 12 II.6.1 Aspectos Construtivos de um transformador 12 II.6.2 Tipos de Núcleo 14 II.6.2.1 O Transformador Ideal 14 II.6.2.2 Transformador Real 15 II.6.3 Tipos de transformadores e as suas aplicações 15 II.7 Refrigeração dos transformadores 17 II.7.1 Sistema de refrigeração 17 II.7.2 Convenção Natural 18 II.7.3 Convenção Forçada 18 II.7.4 Tipo de Resfriamento do Transformador 18 Refrigeração ONAN do transformador 18 II.8 O efeito da temperatura ambiente no sobre carregamento dos transformadores 1 II.8.1 Geração de calor do transformador 2 II.9 Rectificadores 2 II.9.1 Díodo retificador 3 II.9.2 Curva característica tensão-corrente de um retificador ideal. 3 II.9.3 Circuitos retificadores 4 II.9.4 Diagrama do circuito do retificador de meia onda 5 II.9.5 Tipos de Retificadores 8 II.10 Isolante 10 II.10.1 Óleo Isolante 10 II.10.2 Características quanto ao meio isolante 11 II.10.3 Causas de acidez em óleo isolante 12 II.10.4 Efeitos da acidez em óleo isolante 12 II.10.5 Garoto de teste de acidez 13 II.10.6 Princípio do Teste de Acidez do Óleo Isolante 13 II.11 Ventilação 14 II.11.1 Tipos de ventilação 15 II.11.2 Ventilação local e ventilação geral 16 II.11.3 Ventilação exaustora 16 II.11.4 Ventilação geral ou insufladora 16 II.11.5 Ventilação mecânica (forçada) 17 II.11.6 Ventilação em locais de instalação dos transformadores 17 II.11.7 Posicionamento de aberturas para ventilação do transformador em cubículos 18 II.12 Ventiladores 19 II.12.1 Indicação quanto à localização dos ventiladores, para ventilação diluidora 19 II.12.2 Ventiladores axiais 20 II.12.3 Ventiladores centrífugos 21 III.1 Quanto à Abordagem 22 III.2 Quanto aos Objectivos 22 III.3 Quanto aos Procedimentos 22 CAPITULO IV-DISCUSSO E APRESANTACAO DE RESULTADOS 24 IV.1 Descrição do Equipamento 24 IV.2 A influencia do Oxigénio para a Ocorrência da Acidez 25 IV.3 Analise e efeitos do Ácidos 26 IV.3.1 Analise Ácido 26 IV.3.2 Efeito do Ácido 27 IV.4 Processo de Regeneração do Óleo como Solução Para Purificação do óleo (Redução da Quantidade de Acidez) 28 IV.5 Estresse Térmico no Transformador 28 IV.6 Consequências do Estresse Térmico no Transformador 30 IV.7 Proposta para Redução de Temperatura 31 IV.7.1 Calculo da Redução do Calor 31 IV.7.2 Calculo Da Potencia Do Ventilador Para A Temperatura Máxima De 110 Graus Celcius Do Transformador 32 IV.7.3 Calculo da Potência do Ventilador 33 CAPITULO V-CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES 34 V.1 Conclusões 35 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 37 vi CAPíTULO I - INTRODUÇÃO I. Introdução Os sistemas de distribuição eléctrica e de produção funcionam em paralelo para a resolução de vários problemas e com finalidade de gerar resultados satisfatórios em ambientes cooperativos, como é o caso de produção de insumos ou matérias para consumo e fabricação. Actualmente as empresas do sector eléctrico deparam-se cada vez mais com as exigências do mercado energético sendo obrigadas a assegurarem aos seus clientes bons níveis de continuidade e confiabilidade no serviço de fornecimento do alumínio, pois, vivemos em tempos no qual o alumínio é imprescindível para a produção de mateiras de boa qualidade, desde a geração até o consumo, passando por sistemas complexos de transmissão e distribuição. Quando há interrupção no fornecimento de electricidade e da produção, é notório o transtorno causado. As falhas nos sistemas dedo regulador quando submetido ao funcionamento, avaliando o estado de acidez do aléo, assim também como o seu principio de funcionamento. Este também poderá analisar o tempo a qual o problema ocorre, isto é, o tempo na qual óleo de transformador foi colocado e defacto apurar se realmente este é o agente causador da acidez. III.2 Quanto aos Objectivos · Pesquisa Descritiva: Descrever as características de determinadas populações ou fenômenos. Uma de suas peculiaridades está na utilização de técnicas padronizadas de coleta de dados, tais como o questionário e a observação sistemática. (Gil,2019). Para o presente projecto será feita análise e descrição dos dados colectados da acidez do óleo isolante no transformador regulador de 132,6MVA do grupo rectificador 12. III.3 Quanto aos Procedimentos · Pesquisa bibliográfica: Consiste em fundamentar o desenvolvimento do trabalho com auxílio a referências teóricas publicadas na internet tais como manuais, vídeos aulas, revistas científicas, páginas Web, artigos científicos e entre outras ferramentas relacionadas com o fenómeno observado. Esta facilitara na análise e aquisição de toda a informação, quer seja em formato digital e/ou físico, por forma a adquirir uma fundamentação teórica sobre desenvolvimento da acidez do óleo isolante no transformador. · Pesquisa Ex- Post –Facto: O investigador não dispõe de controlo sobre a variável independente, que é fator presumível do fenômeno, devido este já ter ocorrido. É realizada após a ocorrência de variações na variável de maneira natural. Suas conclusões com relação à causa-efeito, não são totalmente seguras. (GIL2022). Esta consistirá na colecta de dados após o desenvolvimento da acidez do óleo isolante no transformador. · Pesquisa de campo: Procura o aprofundamento de uma realidade específica. É basicamente realizada por meio da observação direta das atividades do grupo estudado e de entrevistas com informantes para captar as explicações e interpretações do ocorrem naquela realidade. (GIL2022). Esta consistirá na recolha da informação e dados por meio de intercâmbio com profissionais da área, que por meio de conversas informais, ideias e conhecimentos para a concepção da pesquisa. · Estudo de Caso Segundo Fonte: GIL (2022), é um estudo adequado para a investigação de um fenômeno contemporâneo dentro de seu contexto real, tendo crescente utilização dentro das ciências sociais com diferentes propósitos. O presente estudo foca se na análise de um fenómeno actual no seu contexto real (a ocorrência da acidez no grupo regulador), de salientar que este ainda produzirá um conhecimento a respeito do fenómeno em causa, daí que se caracteriza como estudo de caso. Para o presente projecto esta consistirá na solução de problema específico de desenvolvimento da acidez do óleo isolante no transformador regulador de 132,6MVA. CAPíTULO IV-DISCUSSO E APRESANTACAO DE RESULTADOS IV.1 Descrição do Equipamento AQUI VAI A DESCRICAO DO EQUIPAMENTO Rectifier Transformer possui 9 cooling fans O rectifier transformer tem como objetivo fazer a regulação da corrente através do tapchanger e possui um sistema de ventilação de 9 cooling fans. Retifier transformer possui 9 cooling fans O retifier transfomer realiza o processo de retificação da tensão de 1330V DC. O equipamento é constituído por vários elementos, como descrito acima, porém o estudo é focado no Rectifier Transformer que possui 9 cooling fans, e o objetivo é apresentar a proposta da solução para a não ocorrência da acidez no óleo. Comment by Usuário do Windows: Ver se é focado no rectifier transformer ou no regulating Importa referir que as análises e abordagem aqui apresentadas no trabalho são relativamente o estágio actual do equipamento associado principalmente aos factores idade (desde o dia de montagem), o sistema de ventilação, a temperatura interna e ambiente assim também como a entrada do 02 no interior do equipamento, ou seja o método usado para vedar a entrada do oxigénio no seu interior. IV.2 A influencia do Oxigénio para a Ocorrência da Acidez O oxigénio é um composto químico que faz parte da atmosfera, desta forma por mais ínfimas as suas partículas, estas poderão penetrar no interior do equipamento devido a mudanças no volume de óleo como resultado de mudanças de temperatura e carga. Quando as temperaturas de operação do transformador aumentam, o óleo se expande e seu volume aumenta. O maior volume de óleo atua como um pistão para empurrar os gases atmosféricos para fora do transformador. Quando a temperatura diminui, o volume de óleo se contrai e os gases atmosféricos são sugados de volta para o transformador. O O2 é consumido dentro do transformador, então o conteúdo de O2 estará em um estado equilibrado entre disponibilidade e consumo. Assim, normalmente os níveis de O2 em sistemas fechados serão menores do que em sistemas de respiração aberta. IV.3 Analise e efeitos do Ácido IV.3.1 Analise Ácido A interação do O2 e do calor com o óleo isolante no transformador leva à formação de ácidos no óleo. Os ácidos são medidos pelo número de ácido expresso em “mgKOH/g” -miligramas de hidróxido de potássio por grama. Este número indica quanto material alcalino (KOH) é necessário para neutralizar os ácidos no óleo. Um índice de acidez é uma medida do nível de acidez e é a maneira mais importante de avaliar a condição do óleo isolante no transformador. Os níveis de acidez em função da capacidade do transformador: O método do teste JIS C2101, ASTM D974, BS4705 ou mesmo IEC pub 296 por neutralização especifica os valores abaixo para os valores aceitáveis para o estado do óleo isolante em função do nível de acidez contido no seu interior. Tensão Nominal do Equipamento Número de Ácido Expresso em “mgKOH/g”. Nível Normal Nível Instável Nível Anormal Maior 110kV Menor que 0.1 0.1-0.3 Maior que 0.3 Entre 6.6 kV abaixo de 110kV Menor que 0.2 0.2-0.5 Maior que 0.5 Abaixo de 6.6kV Menor que 0.3 0.3-0.5 Maior que 0.5 Com base nos valores medidos da acidez no equipamento em questão, eles não atingem um nível crítico que exija a remoção imediata. No entanto, é necessário aprimorar o método ou o processo que está resultando na geração contínua de acidez no equipamento, a fim de resolver o problema de sobreaquecimento. As soluções para esse problema serão apresentadas nas seções subsequentes. IV.3.2 Efeito do Ácido Desta forma pode observar-se que o equipamento em estudo se encontra na tensão maior que 110Kv, sendo assim o valor do número de ácido não pode ser maior que 0.3 mgKOH/g. Nestas condições a cor do óleo é denunciável, o equipamento tende ao envelhecimento e de certa forma cria condições para que o material isolante ou entre outras partes do equipamento entrem degradação. Os efeitos causados pelo nível anormal de acidez são: · Corrosão: Ácidos corrosivos podem atacar os materiais internos do transformador, como o papel isolante, os enrolamentos de cobre e os componentes metálicos. Isso pode levar à corrosão, enfraquecimento e falha dos materiais. · Redução da vida útil: A presença de ácidos pode acelerar o envelhecimento dos materiais isolantes, reduzindo a vida útil do transformador. Isso pode resultar em falhas prematuras e necessidade de substituição antecipada. · Diminuição do desempenho: O aumento da acidez pode afetar o desempenho elétrico do transformador, causando perdas adicionais, aumento da temperatura e redução da eficiência. · Redução da capacidade dielétrica: A presença de ácidos pode diminuir a capacidade dielétrica do óleo isolante, aumentando o risco de falhas elétricas e arcos internos. É importante monitorar regularmente a acidez do óleo isolante em transformadores e tomar medidas adequadas, como filtragem, regeneração ou substituição do óleo, para evitar danos e garantir o desempenho adequado do transformador. IV.4 Processo de Regeneração do Óleo como Solução Para Purificação do óleo (Redução da Quantidade de Acidez) É necessário evitar a entrada do oxigênio no transformador de modo que este evitea geração da acidez no óleo. Sistemas bypass/regeneração podem ser usados são um método alternativo para a redução no oxigénio no óleo sem interrupção durante o funcionamento, de modo que o processo de produção continue. Com este método, os custos de manutenção são minimizados, não são necessários reparos constantes no transformador, pois, considera-se que com o óleo encontra-se em regeneração contínua. Assim que 0,2 mgKOH/g é atingido, o óleo precisa ser regenerado, seguido pela inibição do óleo, mesmo que o óleo não tenha sido originalmente inibido. É contra as melhores práticas não inibir o óleo após a regeneração, pois o óleo recém-regenerado não contém mais nenhum estabilizador ou elementos que possam comprometer o equipamento. IV.5 Estresse Térmico no Transformador A taxa de formação de ácido pode ser usada para avaliar o projecto do sistema de resfriamento interno do transformador e a taxa de envelhecimento. Uma alta taxa de formação de ácido significa que o óleo está sob influência térmica, o que faz com que o óleo se degrade em um ritmo mais rápido, o que aponta para indicação de resfriamento inadequado do sistema de ventilação, desta forma as secções seguintes poderão discutir de forma sucinta a proposta da melhoria do sistema de refrigeração do equipamento de modo que o óleo não seja afectado pela influencia térmica gerando desta forma acidez. Um transformador é um dispositivo elétrico usado para transferir energia entre diferentes circuitos. Ele possui várias partes, incluindo enrolamentos de cobre, núcleo de ferro e isolamento. A temperatura máxima que um transformador pode suportar depende de vários fatores, como o tipo de isolamento usado, o projeto e a carga aplicada. Os transformadores são projetados para operar em uma faixa de temperatura específica, geralmente definida pelo fabricante. Normalmente, os transformadores são projetados para operar a uma temperatura ambiente específica, que é geralmente em torno de 30 a 40 graus Celsius. O sistema de ventilação é projetado para remover o calor gerado durante a operação do transformador e manter sua temperatura dentro de limites seguros. A seguir é apresentado o estado actual do funcionamento do transformador em função da temperatura responsável por acionar o alarme de sobre temperatura. O gráfico ilustra o cenário em que o equipamento está em processo de produção e atinge o valor da carga não esperada ou seja, durante o processo de produção o equipamento está sujeito a sobreaquecimento por vários fatores abordados na secções anteriores, entretanto a temperatura ambiente e a temperatura interna do equipamento tende a atingir o valor de 90 graus Celsius e quando este é atingido o alarme é acionado, obrigando desta forma que o grupo é a operação execute o processo de resfriamento de forma manual colocando água sobre o equipamento o que pode não ser sustentável. O gráfico a seguir analisa o aspecto diferente ao primeiro, isto é, o equipamento pode não ser submetido a condições de produção forçadas sendo que a carga produzida pode não gerar constrangimentos que podem levar ao estresse térmico interno. Para o caso, o estresse em causa é gerado pela temperatura ambiente, onde observa-se a elevação da temperatura limite do funcionamento, e o alarme é acionado e o mesmo procedimento de arrefecimento manual através da água é realizado. IV.6 Consequências do Estresse Térmico no Transformador Muitos dos ácidos formados no óleo do transformador e na degradação da celulose são absorvidos no papel. Portanto, mesmo quando a regeneração do óleo remove o O2 do sistema, os ácidos que ainda permanecem no isolamento do papel continuam a degradar a celulose e criam um caminho para uma oxidação mais rápida. No entanto, se o sistema de ventilação não for adequado ou não estiver funcionando corretamente, a temperatura do transformador pode começar a aumentar. O aumento da temperatura pode levar a uma deterioração do isolamento, redução da vida útil do transformador e, em casos extremos, falhas catastróficas. Se o sistema de ventilação não for suficiente para manter a temperatura do transformador dentro dos limites seguros, a temperatura máxima permitida pode ser excedida. Isso pode levar a problemas como falha do isolamento, perda de eficiência e, em casos extremos, incêndio ou explosão. Para evitar esses problemas, é importante garantir que o sistema de ventilação seja adequado para dissipar o calor gerado pelo transformador. Isso geralmente envolve o uso de ventiladores, radiadores ou sistemas de refrigeração mais avançados, dependendo do tamanho e da aplicação do transformador. Além disso, é fundamental realizar manutenções regulares no transformador, como limpeza dos radiadores, verificação dos níveis de óleo e inspeção do sistema de ventilação, para garantir que tudo esteja funcionando corretamente e evitar o superaquecimento. Em resumo, a temperatura máxima que um transformador pode suportar em caso de insuficiência do sistema de ventilação depende de vários fatores, mas é essencial garantir que o sistema de ventilação seja adequado para manter a temperatura dentro dos limites seguros especificados pelo fabricante. Em função das consequências abordadas na secção anterior, a próxima secção apresenta a solução para o problema da ocorrência da acidez no seu todo, isto é a upgrade do sistema de ventilação de modo que temperaturas anormais não sejam atingidas, pois este é o factor principal que influencia para a ocorrência da acidez no óleo quando esta entra em contacto com o oxigénio e estado do volume aumentado do óleo. IV.7 Proposta para Redução de Temperatura IV.7.1 Cálculo da Redução do Calor O cálculo da redução do calor é um método usado para a redução do calor do equipamento consoante as suas especificações técnicas. Para calcular a redução de calor, usaremos: · A potência nominal do transformador (kVA- quilovolt-amperes). Essa informação é essencial para determinar a carga térmica do transformador. Comment by Usuário do Windows: Dados · A eficiência do transformador. A eficiência do transformador indica a proporção da energia de entrada que é convertida em energia útil e a quantidade dissipada como calor. Comment by Usuário do Windows: Dados · A carga térmica: A carga térmica do transformador é a quantidade de calor que precisa ser dissipada para manter a temperatura adequada de funcionamento. Para determinar a carga térmica, use a fórmula: Carga Térmica = Potência Nominal / Eficiência Converter a potência nominal para watts antes de realizar o cálculo (1 kVA = 1000 watts). Redução de Calor Necessária: A redução de calor necessária é a diferença entre a carga térmica atual e a carga térmica desejada. Redução de Calor Necessária = Carga Térmica Atual - Carga Térmica Desejada Carga térmica atual: Carga térmica atual = Corrente de carga atual x Tensão de carga atual x Fator de potência atual Carga térmica desejada: Carga térmica desejada = Capacidade nominal do transformador x Fator de carga desejado O fator de carga desejado é um valor que representa a carga máxima desejada em relação à capacidade nominal do transformador. Por exemplo, se você deseja operar o transformador a 80% de sua capacidade nominal, o fator de carga desejado seria 0,8. IV.7.2 Cálculo Da Potência Do Ventilador Para A Temperatura Máxima De 110 Graus Celcius Do Transformador O cálculo é realizado, considerando que os sistemas de ventilação actualmente usados são antigos, onde actulamente estes não são adequados para arrefecer o equipamento nas condições da temperatura limite estabelecida, desta forma o cálculo a seguir indica o dimensionamento de um sistema de ventilação melhorado, capaz de suportar a temperatura máxima de 110 graus. Para calcular a potência do ventilador necessário para resfriar um transformador com temperatura máxima de 150 graus Celsius, é preciso considerar alguns fatores importantes. · Determinar a carga térmica do transformador: A carga térmica é a quantidade de calor que o transformador precisa dissipar para manter uma temperatura segurade operação. Esse valor pode ser obtido a partir das especificações do transformador ou de cálculos específicos. Vamos usar um exemplo hipotético de carga térmica de 10.000 watts. · Determinar a diferença de temperatura: A diferença de temperatura é a diferença entre a temperatura ambiente e a temperatura máxima de operação do transformador. Nesse caso, suponhamos que a temperatura ambiente seja de 95 graus Celsius. Portanto, a diferença de temperatura é de (250) – (95) = 110 graus Celsius. · Determinar o fluxo de ar necessário: A potência do ventilador é diretamente relacionada ao fluxo de ar necessário para resfriar o transformador. Para determinar o fluxo de ar, é preciso conhecer a eficiência do ventilador e o coeficiente de transferência de calor do transformador. Essas informações podem ser obtidas com base na escolha do ventilador específico e nas características do transformador. IV.7.3 Cálculo da Potência do Ventilador Com base nas informações acima, a potência do ventilador pode ser calculada usando a seguinte fórmula: Potência do Ventilador = (Carga Térmica * Diferença de Temperatura) / Eficiência (0.,99) Comment by Usuário do Windows: ESPECIFICADO PELO EQUIPAMENTO · diferença de temperatura é de (250) – (95) = 110 graus Celsius. Lembre-se de utilizar as unidades consistentes ao fazer os cálculos (watts e graus Celsius). CAPíTULO V-CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES V.1 Conclusões Se o seu transformador está respirando abertamente ou selado contra a atmosfera, se for projetado adequadamente e você adotar o mapeamento como uma prática de manutenção preditiva, poderá obter uma vida útil mais longa para sua frota. V.2 Recomendações 2. Localização dos ventiladores: Posicione os ventiladores de forma estratégica para otimizar o fluxo de ar sobre o transformador. Considere a instalação de ventiladores na entrada e saída do ar, de modo a criar um fluxo contínuo e direcionado. 3. Dutos de ventilação: Utilize dutos de ventilação adequados para direcionar o fluxo de ar dos ventiladores para o transformador e vice-versa. Certifique-se de que os dutos sejam dimensionados corretamente e possuam um design que minimize a perda de pressão e o atrito do ar. 4. Controle e monitoramento: Implemente sistemas de controle e monitoramento para garantir o desempenho adequado do sistema de ventilação. Isso pode incluir o uso de sensores de temperatura para monitorar a temperatura do transformador e controladores de velocidade dos ventiladores para ajustar o fluxo de ar de acordo com as necessidades de resfriamento. 5. Considerações de segurança: Ao instalar um sistema de ventilação forçada, siga todas as diretrizes de segurança e normas aplicáveis, como distâncias seguras entre o transformador, ventiladores e dutos, bem como a proteção adequada dos componentes elétricos. ABORDAR O SISTEMA DE NOTIFICACAO ABORDAR REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS · aprendendoeletrica. (2022). Tipos de Refrigeração dos transformadores. Recuperado em 2 de Janeiro de 2023, de: https://aprendendoeletrica.com/tipos-de-refrigeracao-dos-transformadores/ · BARROSO, F. (2014). Análise do comportamento do equipamento de MT em postos de transformação, sob condições de temperatura e humidade desfavoráveis. Instituto Superior de Engenharia de Coimbra. · BECHERA, R. (2010). Análise de falhas de transformadores de potência. São Paulo Brasil: Universidade de São Paulo. · CARVALHO, G. (2011). Máquinas eléctricas (teoria de ensaios) (4ª ed.). São PauloBrasil: Érica Ltda. · CLEZAR, C. A., NOGUEIRA, A. C. R. (200). Ventilação Industrial. Florianopólis. · COSTA, N. D. O. DA. (2014). Ventilação de Locais Afetos a Serviços Técnicos Elétricos. Instituto Superior de Engenharia do Porto. · edisciplinas (2023). SEL 329 – CONVERSÃO ELETROMECÂNICA DE ENERGIA. Recuperado em 7 Janeiro de 2023, de:https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4417412/mod_resource/content/3/Aula05_perdas_2018.pdf. · ESCOLA POLITECNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO (s-d). Transformadores. Teoria-Parte I. · edisciplinas (2023). SEL 329 – CONVERSÃO ELETROMECÂNICA DE ENERGIA. Recuperado em 7 Janeiro de 2023, de: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4417412/mod_resource/content/3/Aula05_perdas_2018.pdf. · FERREIRA, D. A. (2013). Análise de falhas em transformadores de distribuição por metodologia forense. São Carlos-Brasil: Universidade de São Paulo. · Gerhardt, T. E., & Silveira, D. T. (2009). Métodos de pesquisa. Rio Grande do Sul: Universidade Federal do Rio Grande do sul. · Gil, António Carlos. (2019). Como Elaborar Projectos de Pesquisa. São Paulo: Atlas. · Gil, António Carlos. (2010). Como Elaborar Projectos de Pesquisa. São Paulo: Atlas. · GIL, Antônio Carlos. (2022). Como classificar as pesquisas. Recuperado em 20 de Junho de 2022, de: https://www.academia.edu/10317454/TABELA_COMPARATIVA_ENTRE_TIPOS_DE_PESQUISAS. · JUNIOR, J. N. (2017). Ensaios para diagnóstico das falhas em transformadores de potência. Palhoça-Brasil: Universidade do Sul de Santa Catarina. · JÚNIOR, R. C. (2014). Análise de falhas e defeitos nos transformadores de potência e seus dispositivos. Curitiba-Brasil: Universidade Tecnológica Federal do Paraná. · MACINTYRE, A. J.(1990). Ventilação Industrial e Controle da Poluição. Rio de Janeiro. · MESQUITA, A. S.,GUIMARÃES, F. DE A., NEFUSSI, N. (1988). Engenharia de Ventilação Industrial. São Paulo: Blucher. · OLIVEIRA, J. M. DE. (2012). Noções de Ventilação Industrial. Brazil: Universidade Federal do Paraná. · PINHEIRO, A. C. (2016). Análise de falhas em transformadores de potência. Rio de Janeiro: Escola Politécnica-Universidade Federal do Rio de Janeiro. · Pomilio A., J.(s-d). Electronica de Potencia. Recuperado em 9 Setembro de 2022, de: https://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/pdffiles/eltpot/cap3.pdf. · riverglennapts.(2023). Tipos de refrigeração dos transformadores. Recuperado em 2 de Janeiro, de: https://riverglennapts.com/pt/transformer-accessories/885-transformer-cooling-system-and-methods.html. · Sá., de Araújo., Manuel., Carlos. (2011). Elementos para a Gestão do Ciclo de Vida deTransformadores Eléctricos de Potência. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. · SOUZA, L. M. (2006). Método de detecção de falhas em transformadores de distribuição de poste com proteção operada. Belo Horizonte: Universidade Federal de Minas Gerais. · Silva. F., Marcelo. (2015). Eletricidade. Brasil: Colégio Técnico Industrial de Santa Maria. · Silva., Oliveira., Matheus. (2021). DIMENSIONAMENTO E SELEÇÃO DE UM SISTEMA DE VENTILAÇÃO PARA UM TRANSFORMADOR A ÓLEO EM UMA SUBESTAÇÃO DE UMA USINA SOLAR FOTOVOLTAICA. UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO – UFOP ESCOLA DE MINAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA. · Toginho Filho, D. O.; Laureto, E.(2010). Circuitos retificadores de Tensão. Brazil: Universidade Estadual de Londrina. · tecnogera (2014). Sistema Elétrico de Potência - O que é? Recuperado em 4 de Janeiro de 2023, de: https://blog.tecnogera.com.br/blog/o-que-e-sep-sistema-eletrico-de-potencia · TRAEL, T. E. MANUAL (2016). Transformador a Óleo de média Força. Recuperado em 2 de Janeiro, de: https://www.trael.com.br/ · · ANEXOS Especificação de Transporte de Energia 33 image3.png image4.png image5.png image6.png image7.png image8.png image9.png image10.png image11.png image12.png image13.png image14.png image15.png image16.png image17.png image18.png image19.png image20.png image21.gif image22.gif image23.gif image24.jpeg image25.png image26.png image27.png image28.png image29.png image30.png image31.png image32.png image33.png image34.png image35.png image36.png image37.png image38.png image39.png image40.png image41.png image42.png image43.emf image44.png image45.png image46.png image47.png image48.png image49.png image50.png image2.jpgtransmissão de linha elétrica são notórias devidos a vários fatores que por consequência estes geram graves problemas de forma recorrente. Na maioria das vezes, as interrupções têm origem nas linhas de transmissão, rede de distribuição, barramento de subestações, transformador de potência, aquecimento, falhas de ventilação e de manutenção e desgaste do equipamento.Transformador de potência é o elemento mais importante do sistema eléctrico, no transporte e distribuição de energia eléctrica, estando integrado nas centrais geradoras, subestações e indústrias, (Bechera, 2010), onde que mantem constante a potência, variando os níveis de tensão e corrente conforme a sua utilização dentro do sistema eléctrico (podendo ser um transformador elevador ou abaixador respectivamente). A maior parte dos transformadores de potência são construídos de modo que trabalhem imersos em óleo isolante. O óleo é usado com o objectivo de garantir um isolamento e dissipar o calor entre os componentes internos do transformador, (Del Toro, 1994). A perda da função transformador que resulta em desligamento por falha ou defeito gera grandes “transtornos operacionais”, pois há interrupção no fornecimento de energia eléctrica aos consumidores. Muitas vezes sua substituição é difícil e muito cara, (Bechera & Brandão Jr, 2009). O presente trabalho, abordam-se as causas do desenvolvimento da acidez do óleo isolante no transformador regulador de 132,6MVA do grupo rectificador 12, pertencente a empresa MOZAL, sendo este que tem apresentado acidez no seu óleo isolante com mais frequência do que o normal. I.2 Problema de Pesquisa A ocorrência da acidez do óleo isolante no transformador regulador de 132.6MVA do grupo retificador. I.3 A Pergunta a Investigar e as Hipóteses a Considerar I.3.1 Formulação do problema a ser investigado O processo de produção na Mozal tem sido ineficiente nos últimos tempos devido ao problema técnico observado (ocorrência de acidez). Este ocorre devido a vários factores que são observados no local onde o grupo retificador foi instalado. De acordo com a empresa houve a necessidade de aumentar o sistema de produção ( aumento de corrente, redução da resistência e manter-se a potencia), consequentemente foram alterados alguns equipamentos associados, principalmente o sistema de alimentação e de ventilação, posto isto, notou-se a incapacidade do sistema de arrefecimento do rectificador, pois, o sistema de arrefecimento antigo (horizontal) não apresenta capacidade suficiente para o processo de redução da temperatura do sistema de produção actual, daí que há dificuldades para arrefecer os equipamentos quando forem removidos para a manutenção, ,sendo que há dias em que a temperatura ambiente excede os 35 ̊ Celcius. A variável temperatura, quando elevada obriga na realização de um processo manual de arrefecimento onde, é colocada água sobre o equipamento de forma aleatória até que este arrefeça, sendo este um sistema não dimensionado, logo, não pode ser considerado eficiente. A concessionária responsável por fornecer a tensão eléctrica tem apresentado problemas de interrupções, e a interrupção do fornecimento da corrente de forma intermitente acaba danificado o equipamento a longo prazo. O processo de manutenção é levado em consideração para a ocorrência do problema em causa, pois, é baseado na lavagem dos radiadores, e quanto as impurezas, ou a sujidade que estas contém não são removidos de forma eficiente, os resíduos comprometem a sua performance, e consequentemente a ventilação nos equipamentos não é completa. Os equipamentos reguladores usam o óleo para o processo de arrefecimento, e estes são renovados de tempos em tempos, foi usado um óleo que continha um agente corrosivo que influencia para a ocorrência da acidez. I.3.2 Perguntas investigativas e Hipóteses a considerar Qual é a razão da ocorrência da acidez do óleo isolante em um transformador de grande potência? I.3.3 Hipóteses H0 e H1 H0: O óleo isolante no transformador regulador de 132.6MVA do grupo retificador 12, pode não ser o factor da ocorrência da acidez apesar de este conter um agente corrosivo, (onde a acidez e a oxidação são formadas, devido a descargas parciais e fortes campos eléctricos). H1: A ocorrência da acidez do óleo isolante no transformador regulador de 132.6MVA do grupo retificador 12 é devido ao uso de um tipo de óleo que contém um agente corrosivo, (onde a acidez e a oxidação são formadas, devido a descargas parciais e fortes campos eléctricos). I.4 Justificativa da Pesquisa Os transformadores de potência são peças-chave nos sistemas de transmissão e distribuição de energia eléctrica, pois são responsáveis pela conversão de grandes blocos de energia. São os elementos centrais das indústrias fabris e subestações de energia e são os elementos mais caros, daí que há necessidade extrema e pontual de resolver qualquer problema que estes podem eventualmente apresentar, por forma a salvaguardar o patrimônio da empresa. A realização do presente estudo (causas da ocorrência da acidez) justifica-se pela necessidade do aprimoramento do sistema de produção actulamente usado na Mozal, pois, este tem apresentado problemas de produção acidez devido aos pontos citados na secção 3. Findo o presente estudo, e após, ter-se feito a conclusão das causas efectivas da ocorrência do problema e aferir-se em termos quantitativos os valores e as variáveis que estão associados as causas da ocorrência da acidez, poder-se-á propor uma solução para a erradicação do problema observado pelo autor dando continuidade desta forma com o processo de produção sem interrupções. O sistema de produção está interligado com os demais sistemas, sendo que estes geralmente são afetados quando observa-se o mau desempenho da parte do grupo retificador. Desta forma pressupõe-se que após a resolução do problema observado nos retificadores, os sistemas associados poderão estar aprimorados para a produção de resultados satisfatórios. Considerando que a produção é a fonte de renda principal da Mozal, desta forma, a mitigação do problema em causa poderá estabilizar e aumentar a renda esperada pela empresa sendo que a parte técnica terá sido aprimorada. Em função do mesmo problema, poder-se buscar soluções melhores principalmente no processo de manutenção que tem sido a causa das paragens. O presente estudo poderá impulsionar e trazer mais soluções ou variáveis de análise no ramo académico de modo que o conhecimento sobre o funcionamento, manutenção, ventilação e ocorrência de acidez no âmbito académico. I.5 Objectivos da Pesquisa I.5.1 Objectivo Geral · Analisar as causas do desenvolvimento da acidez do óleo isolante no transformador regulador de 132,6MVA do grupo rectificador. I.5.2 Objectivos Específicos · Abordar conceitos sobre transformadores; · Explicar o funcionamento dos transformadores e rectificadores; · Descrever as principais causas do desenvolvimento da acidez do óleo isolante no transformador; · Apresentar a solução para erradicação da acidez do óleo isolante no transformador. CAPíTULO II- INTRODUÇÃO II. Corrente alternada Silva (2015), afirma que história da eletricidade teve início há muito tempo. Entretanto, os sistemas de potência para geração, transmissão e distribuição de energia elétrica iniciaram a pouco mais de um século, à partir de 1882, com o sistema em corrente contínua (CC) no qual foi desenvolvido por Thomas Alva Edison e a partir de 1886, com o sistema em corrente alternada (CA), desenvolvido por George Westinghouse e Nikola Tesla. Os sistemas em CC apresentaram dificuldades com o aumento da demanda e no atendimento de clientes a longas distâncias. Já o sistema em CA possibilita o uso de transformadores, elevando ou diminuindo assim os níveis de tensão, permitindo o transporte de energia a longas distâncias com reduzidas perdas e menores investimentos na construção de redes elétricas. Assim, sistemas em CA se multiplicaram rapidamente, sendo utilizados mundialmente nas etapasde geração, transmissão, distribuição e utilização de energia elétrica. II.1 Gerador de Corrente Alternada Os geradores CA, também denominados alternadores, são máquinas designadas a converter energia mecânica em energia elétrica. A transformação de energia nos geradores fundamenta-se nas Leis de Faraday e Lenz. O gerador elementar monofásico de CA, concebido por Michael Faraday em 1831, na Inglaterra, e aproximadamente na mesma época por Joseph Henry, nos Estados Unidos, é constituído por uma espira que girava entre os polos de um ímã, semelhante à Figura 1. Figura 1.Gerador monofásico CA elementar Fonte: Silva (2015) No gerador monofásico elementar, uma espira de fio girando em um campo magnético produz uma força eletromotriz induzida (femi). Os terminais da bobina são ligados ao circuito externo por meio dos anéis colectores e escovas. A força electromotriz e a corrente de um gerador elementar mudam de direção cada vez que a espira gira 180°. A tensão de saída deste gerador é alternada do tipo senoidal. · Definições em corrente alternada Para o melhor entendimento dos princípios que regem a corrente alternada, se faz necessário o uso de diversas definições técnica que serão esclarecidas à seguir. · Período A forma de onda da tensão gerada por um gerador CA é periódica, isto é, seus valores se repetem periodicamente. O tempo necessário para que a onda senoidal complete um ciclo é chamado de período (T), dado em segundos (s). · Frequência A frequência (f) de um sinal senoidal corresponde ao número de ciclos no intervalo de tempo de 1 s. Dessa forma f = 1/T e T = 1/f. Unidade: 1/s = Hz. · Velocidade angular A velocidade angular (ω) de um sinal senoidal mede a taxa de variação de seus valores cíclicos. A velocidade angular depende da frequência da onda senoidal conforme a equação ω = 2 × π × f. Unidade: rad/s. · Valor de pico O valor de pico (Vp) é o máximo valor que uma grandeza pode assumir. Também é conhecido como valor máximo ou valor de crista. Os valores compreendidos entre o pico de máximo positivo e o de máximo negativo são chamados de valor pico a pico (Vpp = 2 × Vp). · Valor médio O valor médio (Vm) de uma grandeza puramente senoidal, quando considerado de um período inteiro, é nulo, pois a soma dos valores da área relativa à semionda positiva é igual à negativa. Por essa razão, o Vm de uma grandeza senoidal normalmente é analisado como a média aritmética dos valores instantâneos no intervalo de meio período. Matematicamente Vm = 0,637 × Vp. II.1.1 Tipos de cargas em circuitos CA Os circuitos CA terão comportamento diferente conforme o tipo de carga ligadas a estes. · Cargas resistivas puras Em um circuito resistivo puro em CA, as variações na corrente ocorrem em fase (ângulo de fase igual a zero) com a tensão aplicada. A Figura 2 mostra um circuito resistivo puro em CA, bem como a tensão e corrente do circuito, representadas pelas formas de onda, expressões trigonométricas, diagrama fasorial e números complexos. Figura 2.Representações da corrente e tensão de um circuito resistivo puro Fonte: Silva (2015) · Cargas capacitivas puras Em um circuito capacitivo puro em CA, as variações na corrente estão adiantadas 90° em relação à tensão aplicada. A Figura 3 mostra um circuito capacitivo puro em CA, bem como a tensão e corrente do circuito, representadas pelas formas de onda, expressões trigonométricas, diagrama fasorial e números complexos. Figura 3.Representações da corrente e tensão de um circuito capacitivo puro Fonte: Silva (2015) · Cargas indutivas puras Em um circuito indutivo puro em CA, as variações na corrente estão atrasadas 90° em relação à tensão aplicada. A Figura 4 mostra um circuito indutivo puro em CA, bem como a tensão e corrente do circuito, representadas pelas formas de onda, expressões trigonométricas, diagrama fasorial e números complexos. Figura 4.Representação da corrente e tensão de um circuito indutivo puro Fonte: Silva (2015) II.2 Tipos de sistemas elétricos II.2.1 Sistema Monofásico O entendimento do sistema monofásico é necessário para o estudo do sistema trifásico. Note que um sistema monofásico difere de um circuito monofásico. A instalação de uma lâmpada utiliza um circuito monofásico, na grande maioria das vezes derivado de um sistema trifásico que emprega geradores, transformadores, linhas de transmissão e linhas de distribuição trifásicas. Já um sistema monofásico é aquele oriundo de um gerador monofásico que produz uma única tensão senoidal, chamada tensão de fase. Figura 5,Gerador monofásico – detalhes construtivos com campo fixo com geração no Fonte: Silva (2015) II.2.2 Sistema trifásico Os sistemas que possuem mais de uma fase são denominados polifásicos, apresentam fases iguais, porém defasadas entre si de um ângulo de 360º/n, sendo n o número de fases. O sistema polifásico composto de três fases, chamado de trifásico, é o mais usado em todas as etapas do sistema elétrico. Existem aparelhos que demandam três fases para o seu funcionamento, como é o caso de motores elétricos trifásicos. · Características dos sistemas trifásicos Os sistemas trifásicos apresentam uma série de vantagens em relação aos monofásicos, tais como: · Possibilidade de obtenção de duas tensões diferentes na mesma rede ou fonte. Além disso, os circuitos monofásicos podem ser alimentados pelas fases do sistema trifásico. · As máquinas trifásicas têm quase 50 % a mais de potência que as monofásicas de mesmo peso e volume. · O conjugado (torque) dos motores trifásicos é mais constante que o das máquinas monofásicas. · Para transmitir a mesma potência, as redes trifásicas usam condutores de menor bitola que as monofásicas. · Redes trifásicas criam campos magnéticos giratórios utilizados pelos motores de indução trifásicos que são os mais baratos e robustos de todos os motores elétricos. II.3 Gerador Trifásico Em um gerador trifásico, existem três enrolamentos distribuídos simetricamente no estator da máquina, propiciando uma separação física de 120º entre os enrolamentos. Dessa forma, a geração resulta em três tensões (fases) com a mesma amplitude e frequência, porém defasadas em 120º. A Figura 6 mostra, de forma simplificada, um gerador trifásico com geração no estator e rotor, bem como seus enrolamentos e formas de onda. Figura 6.Gerador trifásico – detalhes construtivos com campo móvel Fonte: Silva (2015) II.3.1 Ligações estrela e triângulo Como vimos, os geradores trifásicos possuem três bobinas (seis terminais). Considerando a utilização independente destas bobinas, necessitaríamos de seis condutores para o transporte da energia gerada por um gerador trifásico. Entretanto, existem duas formas de ligação das bobinas de máquinas elétricas trifásicas que permitem a redução do número de condutores e, consequentemente, dos custos no transporte da energia. Estas ligações são denominadas estrela (Y) e triângulo ou delta (∆), devido ao seu formato. II.4 Sistema Elétrico de Potência (SEP) Segundo tecnogera (2014), sistemas Elétricos de Potência (SEP) são grandes sistemas de energia que englobam a geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. · Geração: etapa de obtenção e transformação da energia oriunda de fontes primárias. · Transmissão: é o passo da condução da energia de onde foi produzida para os centros de consumo. Nesta etapa, acontece também a interligação dos sistemas por meio das linhas de transmissão de alta tensão. Neste momento, ocorre mudança de tensão. · Distribuição: neste passo ocorre a redução de tensão para níveis mais seguros dentro das subestações rebaixadoras. Para este processo dá-se o nome de distribuição primária. A distribuição secundária ocorre depois dos transformadores, onde acontece novo rebaixamento para utilização segura em equipamentos elétricos. Esta é a rede de distribuição de baixa tensão. · Utilização: último passo. É o momento em que a energia é transformada para utilização para os mais diversos fins de consumo. II.5 Medidas Elétricas O estudo dos instrumentos demedição é cada vez mais importante para obter um melhor entendimento e aprimoramento em circuitos elétricos variados desde placas em circuitos eletrônicos, até mesmo redes de distribuição elétrica. Os aparelhos elétricos de medição são separados em duas versões: analógica (de ponteiro) e digital. Ambos equipamentos possuem escalas configuráveis de medição, que definem o limite de medição do aparelho. Existem também diferenças entre instrumentos produzidos para CA ou CC. Os aparelhos produzidos para medir grandezas em CA não possuem polaridade, enquanto os aparelhos produzidos para grandezas em CC possuem. Os aparelhos CC possuem terminais positivos e negativos indicados. É importante notar que os aparelhos analógicos para CC podem ser danificados se conectados de forma incorreta. Os instrumentos analógicos são baseados no funcionamento do galvanômetro. Este aparelho pode medir correntes pequenas ou a diferença de potencial entre dois pontos. O princípio de funcionamento do galvanômetro é apresentado na Figura à baixo. Figura 7.Ilustração de um galvanômetro Fonte: Silva (2015) II.5 .1 Medida de Corrente Elétrica Um aparelho capaz de indicar a presença de corrente elétrica em um circuito elétrico é denominado de galvanômetro. Se for possível graduar a escala desse aparelho ele receberá o nome de amperímetro, o qual possibilita a medição da intensidade da corrente elétrica. Existem tanto amperímetros digitais quanto amperímetros analógicos, ambos são muito utilizados, no entanto o digital permite maior precisão nos resultados. Figura 8.Medida de Corrente Elétrica Fonte: Silva (2015) Para medir a corrente em um circuito elétrico deve-se ligar o amperímetro em série com o circuito. Contudo, esse aparelho possui em seu interior uma resistência elétrica, cujo valor deve ser acrescido à resistência do circuito ao realizar os cálculos. De forma a tornar desprezível a resistência do amperímetro, esse aparelho é construído com a menor resistência interna possível. II.5 .1. Medida de Voltagem A medida de voltagem é mais conhecida como medida de diferença de potencial. Para realizar a medida de voltagem utilizamos aparelhos denominados de voltímetros. Assim como no caso do amperímetro, existem também voltímetros analógicos e digitais. Ambos são muito utilizados, porém o voltímetro digital possibilita a melhor leitura do valor da ddp como também a certeza do que está sendo medido. Figura 9.Voltímetro analógico convencional Fonte: Silva (2015) II.5 .1. A medida de Resistência Para medir o valor de uma resistência utiliza-se um aparelho chamado ohmímetro, no entanto, se tivermos um multímetro, aparelho que tem capacidade de medir valores de voltagem, corrente elétrica e também a resistência do resistor, podemos medir o valor da resistência de um resistor. Para realizar essa medida basta conectar as ponteiras do multímetro nos terminais do resistor. II.6 Transformadores A ESCOLA POLITECNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO (s-d), define um transformador como um dispositivo destinado a transformar tensões, correntes e impedâncias. Trata-se de um dispositivo de corrente alternada que operada baseado no princípio da lei de farady[footnoteRef:1]. [1: Definir a lei de faraday] II.6.1 Aspectos Construtivos de um transformador Um transformador consiste de uma ou duas bobinas em “caminho” ou circuito magnético que “acopla” essas bobinas, ou enrolamentos, e o núcleo não possui entreferros correspondendo a um circuito magnético fechado. Essa corresponde a configuração clássica para estudo de transformadores monofásicos. A figura a seguir representa um transformador na qual o enrolamento conectado a fonte, é denominado por convenção de enrolamento primário e o enrolamento conectado a carga é denominado de enrolamento secundário. Figura 10.Transformador Fonte: ESCOLA POLITECNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO (s-d) Transformadores de potência são destinados primariamente à transformação de tensão e operam com correntes relativamente altas. O circuito magnético é constituído de material ferromagnético, como aço, a fim de produzir um caminho de baixa relutância para o fluxo gerado (Fig. acima). Geralmente o núcleo de aço dos transformadores é laminado para reduzir a indução de correntes no próprio núcleo, já que essas correntes contribuem para o surgimento de perdas por aquecimento devido ao efeito Joule[footnoteRef:2]. Em geral se utiliza aço-silício com o intuito de se aumentar a resistividade e diminuir ainda mais essas correntes parasitas. Transformadores para casamento de impedâncias são em geral destinados a aplicações de baixa potência. Há outros tipos de transformadores, alguns com núcleo ferromagnético, outros sem núcleo, ditos transformadores com núcleo de ar, e ainda aqueles com núcleo de ferrite. [2: definir] Para edisciplinas (2023), transformadores são utilizados para transferir energia elétrica entre diferentes circuitos elétricos por meio de um campo magnético, usualmente com diferentes níveis de tensão. As principais aplicações dos transformadores são: · Adequar os níveis de tensão em sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica; · Isolar eletricamente sistemas de controlo e eletrônicos do circuito de potência principal (toda a energia é transferida somente através do campo magnético). · Realizar casamento de impedância de forma a maximizar a transferência de potência; · Evitar que a corrente contínua de um circuito elétrico seja transferida para o outro circuito elétrico; · Realizar medidas de tensão e corrente, Etc. II.6.2 Tipos de Núcleo Figura 11. Tipos de Nucleos Fonte: edisciplinas (2023) II.6.2.1 O Transformador Ideal Um transformador ideal é aquele em que o acoplamento entre suas bobinas é perfeito, ou seja, todas concatenam, ou “abraçam”, o mesmo fluxo, o que vale dizer que não há dispersão de fluxo. Isso implica assumir a hipótese de que a permeabilidade magnética do núcleo ferromagnético é alta ou, no caso ideal, infinita, e o circuito magnético é fechado. Além disso, admite-se que o transformador não possui perdas de qualquer natureza, seja nos enrolamentos, seja no núcleo. As Fig. 12a e 12b mostram uma representação esquemática de um transformador ideal. Em 12a o transformador está com o circuito secundário em aberto, enquanto em 12b o secundário está alimentando uma carga. As seguintes hipóteses serão adotadas: 1 – Correntes positivas são aquelas que estabelecem fluxos positivos; 2 – Os pontos nos terminais superiores dos enrolamentos primários e secundário correspondem às suas marcas de polaridade[footnoteRef:3], ou seja, corrente entrando pelo ponto estabelece um fluxo positivo no núcleo. [3: Em corrente alternada a definição de polaridade de um enrolamento de transformador monofásico, em relação à polaridade do outro enrolamento desse mesmo transformador, resume-se em saber se as tensões nelas induzidas pelo fluxo mútuo, e observadas entre seus terminais, estão em plena concordância ou plena oposição de fases. Entretanto, o fato de elas estarem ou não em fase será decorrência única e exclusivamente da maneira como se aplica a tensão em um deles e como se utiliza a tensão induzida entre terminais do outro. ] Figura 12.4 (a) Transformador ideal em vazio; (b) idem, alimentando carga Zc. Fonte: edisciplinas (2023) • As resistências dos enrolamentos são desprezíveis; • A permeabilidade do núcleo é infinita (portanto a corrente de magnetização é nula); • Não há dispersão do fluxo magnético; • Não há perdas no núcleo. II.6.2.2 Transformador Real A ESCOLA POLITECNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO (s-d) afirma que embora um transformador real esteja sujeito a perdas devido à resistência de condutores, correntes induzidas no núcleo e correntes necessárias para magnetizar seu núcleo (bem como perdas capacitivas), a principal hipótese considerada na definição de um transformador ideal foi a adoção de uma permeabilidade infinita do núcleo, o que implica uma relutância nula para esse circuitomagnético. Todavia, em algumas aplicações práticas e para alguns transformadores, essa hipótese raramente ou nunca se aplica, como é o caso de transformadores com núcleo de ar. Figura 13.Transformador Real Fonte: ESCOLA POLITECNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO (s-d) II.6.3 Tipos de transformadores e as suas aplicações edisciplinas (2023), afirma que existem diversos tipos de transformadores com diferentes aplicações e as figuras a seguir ilustram a sua aplicabilidade. · Transformador utilizado em sistemas de distribuição transformadores ideias Figura 14.Transformador utilizado em sistemas de distribuição transformadores ideias. Fonte: edisciplinas (2023) · Transformador utilizado em subestação de sistemas industriais Figura 15.Transformador utilizado em subestação de sistemas industriais Fonte: edisciplinas (2023) · Transformador utilizado em subestação de sistemas de distribuição (cerca de 3,5 metros de altura) Figura 16.Transformador utilizado em subestação de sistemas de distribuição (cerca de 3,5 metros de altura) Fonte: edisciplinas (2023) · Corte em um transformador (bobinas, buchas, radiador) Figura 17.Corte em um transformador (bobinas, buchas, radiador) Fonte: edisciplinas (2023) · Transformador utilizado para realizar casamento de impedância em circuito impresso Figura 18. Transformador utilizado para realizar casamento de impedância em circuito impresso Fonte: edisciplinas (2023) De acordo com que foi abordado pelo edisciplinas quanto ao conceito de transformadores, conclui-se que são dispositivos destinados a realizar a transformação de uma tensão para outra usando os conceitos de eletromagnetismo com objectivo de fornecer abastecer certos sectores segundo as suas necessidades ou especificações técnicas. Estes são classificados segundo vários critérios, descritos a seguir. II.7 Refrigeração dos transformadores O resfriamento pode se processar em trocadores de calor óleo/ar ou óleo/água quando limitações de espaço forem especificadas. A circulação forçada do líquido isolante por meio de bombas é utilizada quando as perdas de carga hidráulica nos canais dos enrolamentos, radiadores, tubulações e válvulas assim o exigem, de forma a manter a eficiência das trocas térmicas. Quando são combinados métodos de resfriamento por convecção natural e forçado do óleo (ex.: baterias de radiadores) a bomba deve ser helicoidal (a hélice), para permitir a circulação natural do óleo com pequena resistência hidráulica na bomba parada. Nos trocadores de calor, em que a perda de carga hidráulica nos elementos de radiação é maior, podem ser empregues as bombas centrífugas para a circulação forçada do óleo. Nos trocadores de calor, o meio refrigerante externo (ar ou água) também tem circulação forçada. Os transformadores com fluxo de óleo dirigido são geralmente providos de bombas para aumentar a velocidade de circulação do óleo nos caminhos não preferenciais ou com maior perda hidráulica, aumentando a taxa de troca de calor entre estes enrolamentos e óleo circundante. (aprendendoeletrica, 2022). II.7.1 Sistema de refrigeração O transformador (qualquer que seja) em funcionamento gera uma enorme quantidade de calor, acompanhado de perdas ôhmicas nos fios do enrolamento. Essa elevação de temperatura (calor) é transferida para o óleo isolante, que em contacto com as paredes do tanque ou através dos radiadores é dissipada ao meio ambiente, (Pires, 2017). Segundo o conceito de sistema de refregiracao abordado pelo Pires, no parágrafo anterior, para o transformador em estudo, o sistema de refrigeração presenta equipamentos destinados a tornar o processo de funcionamento dos transformadores ou equipamentos que tendem a aumentar a sua temperatura durante o uso. O processo para minimizar a transferência de calor pode ser feito de duas formas, (JUNIOR, 2017): II.7.2 Convenção Natural A massa de ar aquecida que está em contacto com o corpo do transformador movimenta-se para cima, sendo substituída por uma massa de ar mais fria, tornando um processo lento e cíclico. Quando a massa de óleo quente atinge a parte superior do transformador, volta pelos radiadores, libertando calor ao meio exterior, chegando na sua parte inferior fria. A convecção natural apresenta baixas taxas de transferência de calor nos transformadores, (JUNIOR, 2017). II.7.3 Convenção Forçada No caso da convecção forçada é necessária a utilização de motores acoplados a ventiladores que aceleram a movimentação das massas de ar quente que são substituídas por massas de ar frio, num processo rápido e contínuo, (JUNIOR, 2017). II.7.4 Tipo de Resfriamento do Transformador · ONAN – Óleo natural com resfriamento natural; · ONAF – Óleo natural com ventilação forçada; · OFAF – Óleo com circulação forçada do líquido isolante e com ventilação forçada; · OFWF – Óleo com circulação forçada do líquido isolante e com resfriamento a água. (JUNIOR, 2017). · Refrigeração ONAN do transformador Este é o mais simples sistema de refrigeração do transformador. A forma completa do ONAN é “Oil Natural AirNatural". Aqui, o fluxo convectivo natural de óleo quente é utilizado para o resfriamento. Na circulação convencional de óleo, o óleo quente flui para a parte superior do tanque do transformador e o local vago é ocupado por óleo frio. Este óleo quente que vem ao lado superior, dissipará o calor na atmosfera pela condução natural, convecção e radiação no ar e ficará frio. Desta forma, o óleo no tanque do transformador circula continuamente quando o transformador é colocado em carga. Como a taxa de dissipação do calor no ar depende. Ao dissipar a superfície do tanque de óleo, é essencial aumentar a área de superfície efetiva do tanque. Superfície de dissipação adicional na forma de tubos ou radiadores ligados ao tanque do transformador. Isso é conhecido como radiador de transformador ou banco de radiador do transformador. Mostramos abaixo uma forma mais simples de resfriamento natural ou arranjo de resfriamento ONAN de um transformador de aterramento abaixo. Figura 19. Refrigeração ONAN do transformador Fonte: (JUNIOR, 2017) · Refrigeração ONAF do transformador A dissipação de calor pode obviamente ser aumentada, se a superfície de dissipação é aumentada, mas pode ser acelerada com a aplicação de fluxo de ar forçado nessa superfície de dissipação. Ventiladores soprando ar na superfície de refrigeração é empregado. O ar forçado retira o calor da superfície do radiador e proporciona melhor resfriamento do que o ar natural. A forma completa da ONAF é "Oil Natural Air Forced". Como a taxa de dissipação de calor é mais rápida e mais no método de resfriamento do transformador ONAF do que o sistema de resfriamento ONAN, o transformador de energia elétrica pode ser colocado em mais carga sem ultrapassar os limites de temperatura permitidos. Figura 20.Refrigeração ONAF do transformador Fonte: (JUNIOR, 2017) · Refrigeração de OFAF do transformador Em óleo forçado ar natural sistema de arrefecimento do transformador, a dissipação de calor é acelerada pelo uso de ar forçado na superfície de dissipação, mas a circulação do óleo quente no tanque do transformador é um fluxo convectivo natural. Figura 21.Refrigeração de OFAF do transformador Fonte: (JUNIOR, 2017) A taxa de dissipação de calor ainda pode ser aumentada além disso, se esta circulação de óleo é acelerada, aplicando alguma força. No sistema de refrigeração OFAF, o óleo é forçado a circular dentro do circuito fechado do tanque do transformador por meio de bombas de óleo. OFAF significa “Métodos de resfriamento forçado a ar forçado a óleo” do transformador. A principal vantagem deste sistema é que ele é um sistema compacto e, para a mesma capacidade de refrigeração, a OFAF ocupa muito menos espaço do que o agricultor dois. sistemas de refrigeração de transformadores. Na verdade, no sistema de refrigeração natural a óleo, o calor sai da parte condutora do transformador é deslocado de sua posição, em uma taxa mais lenta devido ao fluxo convencional de óleo, mas no sistemade resfriamento de óleo forçado o calor é deslocado de sua origem assim que sai do óleo, daí a taxa de resfriamento se torna mais rápido. · Refrigeração de OFWF do transformador Sabemos que a temperatura ambiente da água é muito menor do que o ar atmosférico na mesma condição climática. Assim, a água pode ser usada como melhor meio de troca de calor do que o ar. Em OFWF sistema de arrefecimento do transformador, o óleo quente é enviado para um óleo para aquecer o calor trocador por meio de bomba de óleo e lá o óleo é resfriado pela aplicação de semeadores de água fria nos tubos de óleo do trocador de calor. OFWF significa “resfriamento forçado a óleo forçado” no transformador. 20 Figura 22.Refrigeração de OFWF do transformador Fonte: (JUNIOR, 2017) II.8 O efeito da temperatura ambiente no sobre carregamento dos transformadores Segundo (MONIZ, 2007), “citado em Silva (2021), em razão da contribuição na elevação da temperatura do transformador a qualquer carga, a temperatura ambiente exerce um fator importante na capacidade de carregamento de um transformador. A elevação da temperatura ambiente faz com que haja um aumento na temperatura do topo do óleo e do ponto mais quente do enrolamento, possibilitando assim um aumento de danos térmicos. Um transformador com isolamento feito com o uso de óleo e arrefecido a ar, operando em carga nominal, a temperatura ambiente não deve atingir valores superiores a 40°C e a temperatura do topo de óleo deve ter o limite de 55°C, para transformadores de isolação de 55°C, e 65°C, para transformadores de isolação de 65°C. Mas a vida útil do equipamento de transformação pode ser maior que a vida estimada, ou menor, devido as nuances da aplicação de carga e das variações de temperatura ambiente. (MONIZ, 2007) “citado em” Silva (2021). Eventualmente é que a temperatura máxima aceitável coincide com um transformador em plena carga. Porém quando isso ocorre, por um intervalo de tempo grande, é possível que apresente uma redução na vida útil do transformador. Com isso, a temperatura média diária não deve ultrapassar os 30ºC para uma temperatura máxima de 40ºC. A operação do equipamento de transformação tem sua carga limitada pela geração de calor. Portanto quanto maior for a dissipação de calor para o ambiente, maior será a capacidade do transformador suportar sobre carregamento, que ocasiona o excesso de aquecimento e a diminuição da vida útil do equipamento. II.8.1 Geração de calor do transformador A dissipação de calor de um transformador é oriunda das perdas de energia, mesmo que essa energia seja um valor pequeno em relação a toda energia que está em operação. Portanto, faz-se necessário retirar o calor das fontes de carga térmica, ou seja, do interior dos enrolamentos magnéticos para o óleo, que por sua vez troca calor com a estrutura do transformador e em seguida com o ambiente (BARROSO, 2014), Para (MAMEDE FILHO, 2013). “citado em” Silva (2021), a operação dos transformadores faz com que internamente haja uma geração de carga térmica no seu interior. Para que não tenha nenhum dano na qualidade de isolação dos enrolamentos esse calor gerado deve ser levado ao meio externo. O calor gerado no interior do equipamento é transferido pelo óleo mineral isolante, que é o meio de resfriamento interno, e que em contato com as paredes do tanque ou dos radiadores é transferido ao meio ambiente. Condução, radiação e convecção são as formas de transferência de calor realizadas. A radiação e a condução de calor são tipos de transferência de calor de pouca importância e pode ser desprezada. Assim, o processo de convecção é o maior responsável pela troca de calor entre o núcleo e o óleo e do tanque para o meio ambiente. II.9 Rectificadores Segundo Filho e Laureto (2010). A maioria dos equipamentos eletroeletrónicos de uso domésticos e equipamentos utilizados em laboratórios opera com tensão contínua menor que 110V. Para o funcionamento adequado desses equipamentos é necessário que a tensão da rede elétrica seja reduzida, retificada e filtrada a valores apropriados. A redução da tensão da rede geralmente é feita com o uso de transformadores de tensão. A retificação é realizada por dispositivos chamados díodos retificadores, e a filtragem por circuitos que compostos por capacitores ou capacitores associados a indutores. Entre os circuitos retificadores podemos citar o circuito retificador de meia onda, de onda completa com terminal central, o circuito retificador de onda completa em configuração de ponte de díodo, e ainda circuitos retificadores duplicadores ou multiplicadores de tensão. II.9.1 Díodo retificador O processo de retificação de um sinal elétrico de corrente alternada consiste em fazer com que um sinal AC (Alternating Current) seja transformado em um sinal DC (Direct Current). A realização desse processo exige um dispositivo chamado díodo retificador que permite a passagem da corrente elétrica em um sentido (corrente direta) e não permita a passagem da corrente elétrica no sentido contrário (corrente reversa). Na Figura 23 é apresentada a curva característica da corrente em função da tensão aplicada em um díodo retificador ideal. Com a aplicação da tensão no sentido direto da polarização do díodo, a corrente elétrica é positiva com alta intensidade, com a aplicação da tensão no sentido inverso da polarização do díodo, a corrente elétrica é nula. Figura 23.Curva característica Fonte: Filho e Laureto (2010) II.9.2 Curva característica tensão-corrente de um retificador ideal. A curva apresentada na Figura 23 mostra que um retificador ideal tem resistência nula quando a tensão é aplicada com polaridade direta e resistência infinita quando a tensão é aplicada com a polaridade reversa. O retificador mais utilizado e que apresenta características muito próximas do retificador ideal é o díodo de junção p-n, que é constituído por um pedaço de material semicondutor (geralmente silício ou germânio) dopado tipo-P e outro pedaço dopado tipo- N, conforme diagrama apresentado na Figura 24. Figura 24 Dagrama Fonte: Filho e Laureto (2010) O semicondutor dopado tipo-N apresenta excesso de cargas moveis negativas (e por isso chamado de semicondutor tipo –n) e pedaço tipo-P apresenta excesso de cargas móveis positivas (semicondutor tipo p). A polarização direta no díodo com junção p-n é obtida quando se aplica uma tensão positiva no lado p e tensão negativa no lado n. Figura 25.Símbolos utilizados em diagramas de circuitos Fonte: Filho e Laureto (2010) II.9.3 Circuitos retificadores Existem várias maneiras de utilizar o díodo na construção de circuitos retificadores, sendo possível a retificação de meia onda, de onda completa e ainda retificação com duplicação ou multiplicação da tensão de pico da fonte geradora. Na Figura 26 é apresento o diagrama do circuito retificador de meia onda. Este circuito é construído com um díodo ligado em série com um resistor de carga e com uma fonte de tensão alternada. Figura 26. Circuito retificador de meia onda Fonte: Filho e Laureto (2010) II.9.4 Diagrama do circuito do retificador de meia onda Neste circuito o díodo conduz se a fonte polarizar o díodo diretamente, fazendo com que haja passagem de corrente durante esse semiciclo. No semiciclo seguinte o díodo é polarizado reversamente, não havendo fluxo de corrente elétrica. Na Figura 27a é apresentada a forma de onda da tensão senoidal aplicada a um circuito retificador de meia onda, e na Figura 27b a forma de onda da corrente elétrica que passa através do díodo no mesmo circuito. No Circuito retificador de meia onda só há corrente durante os semiciclos positivos. Figura 27.Diagrama do circuito do retificador de meia onda Fonte: Filho e Laureto (2010) Figura 28.Diagrama do circuito retificador onda completa com derivação central Fonte: Filho e Laureto (2010) Figura 29.Apresentado o diagrama do circuito retificador onda completa utilizando ponte de díodo. Fonte: Filho e Laureto (2010) Na Figura 30 a é apresentada a forma de onda da tensão senoidal aplicada ao circuito retificador, e naFigura 30 b a forma de onda da corrente elétrica que na saída do circuito retificador de onda completa. Tanto o circuito retificador com derivação central como o circuito em ponte de díodo apresentam esta forma de onda. No circuito retificador de onda completa há corrente nos semiciclo positivo e no semiciclo negativo. Figura 30.Forma de onda da tensão senoidal aplicada ao circuito retificador, Fonte: Filho e Laureto (2010) Figura 30 - a) Forma de onda da tensão aplicada e b) forma de onda da corrente que circula através do circuito retificador de onda completa. Na Figura 31 é apresento o diagrama do circuito retificador duplicador de onda completa. Figura 31.Diagrama do circuito retificador duplicador de tensão. A saída deste circuito fornece uma tensão igual ao dobro da tensão de pico do sinal de entrada Fonte: Filho e Laureto (2010) Segundo Pomilio (s-d), os retificadores podem ser classificados segundo a sua capacidade de ajustar o valor da tensão de saída (controlados x não controlados); de acordo com o número de fases da tensão alternada de entrada (monofásico, trifásico, hexafásico, etc.); em função do tipo de conexão dos elementos retificadores (meia ponte x ponte completa). Os retificadores não-controlados são aqueles que utilizam díodos como elementos de retificação, enquanto os controlados utilizam tirístores ou transístores. Usualmente topologias em meia ponte não são aplicadas. A principal razão é que, nesta conexão, a corrente média da entrada apresenta um nível médio diferente de zero. Tal nível contínuo pode levar elementos magnéticos presentes no sistema (indutores e transformadores) à saturação, o que é prejudicial ao sistema. Topologias em ponte completa absorvem uma corrente média nula da rede, não afetando, assim, tais elementos magnéticos. A figura 32 mostra o circuito e as formas de onda com carga resistiva para um retificador monofásico com topologia de meia-ponte, também chamado de meia-onda. Figura 32.Topologia e formas de onda (com carga resistiva) de retificador monofásico não controlado, Fonte: Filho e Laureto (2010) II.9.5 Tipos de Retificadores · Retificadores Controlados Os circuitos retificadores controlados constituem a principal aplicação dos tirístores em conversores estáticos. Possuem vasta aplicação industrial, no accionamento de motores de corrente contínua, em estações retificadoras para alimentação de redes de transmissão CC, no acionamento de locomotivas, etc. Para potência superior a alguns kVA geralmente se usam pontes trifásicas (ou mesmo hexafásicas). A Figura 33 mostra 3 estruturas de pontes retificadores monofásicas. Figura 33.Estruturas de pontes retificadores monofásicas. Fonte: Filho e Laureto (2010) a) Semicontrolada assimétrica; b) Semicontrolada simétrica; c) Totalmente controlada. A principal vantagem das pontes semicontroladas é o uso de apenas 2 tirístores, sendo indicadas quando o fluxo de energia será apenas da fonte para a carga. Neste circuito a tensão de saída, vo(t), pode assumir apenas valores (instantâneos e médios) positivos. Sempre que a tensão de saída tender a se inverter haverá um caminho interno que manterá esta tensão em zero, desconectando a carga da rede. Quando a carga for resistiva, a forma de onda da corrente de linha será a mesma da tensão sobre a carga (obviamente sem a retificação). Com carga indutiva, a corrente irá se alisando à medida que aumenta a constante de tempo elétrica da carga, tendo, no limite, uma forma plana. · Rectificadores Não Controlados Os retificadores não controlados não há possibilidade de controlar a tensão de saída devido à ausência de interruptores controláveis. Têm-se os três tipos básicos de carga: resistiva, capacitiva e indutiva. Figura 34.Topologias de retificadores a díodo (não-controlados) Fonte: Filho e Laureto (2010) Com carga resistiva (fig. 34.a) as formas de onda da tensão e da corrente na saída do retificador e na carga são as mesmas, a corrente de entrada apresenta-se com a mesma forma e fase da tensão. Um retificador com carga capacitiva (fig. 34 B) faz com que a tensão de saída se apresente alisada, elevando o seu valor médio em relação à carga resistiva. O capacitor carrega-se com a tensão de pico da entrada (desprezando a queda nos díodos). Quando a tensão de entrada se torna menor do que a tensão no capacitor os díodos ficam bloqueados e a corrente de saída é fornecida exclusivamente pelo capacitor, o qual vai se descarregando, até que, novamente, a tensão de entrada fique maior, recarregando o capacitor. Para o retificador com carga indutiva (fig. 34 .C), a carga se comporta como uma fonte de corrente. Para valores reduzidos de indutância, a corrente tende a uma forma que depende do tipo de componente à sua jusante. Se for apenas uma resistência, tende a uma senóide. Se for um capacitor, tende à forma de pulso, mas apresentando uma taxa de variação (di/dt) reduzida. Conforme explicado pelo Pomilio na secção anterior, o autor concluiu que retificar é o processo de corrigir a tensão para um valor estavelmente necessário tornando o funcionamento dos sistemas pleno, desta forma estes são diferenciados, e são construídos na base de componentes electrónicos como díodos e tirístores. Considerando o anexo a energia eléctrica esta subdividida em níveis valores de tensão padronizados, dos quais são pode concluir-se que o consumo da mesma esta destinado para cada fim (para o caso em específico, destina-se a alimentação do grupo retificador para a produção de alumínio). De acordo com o tipo equipamento em estudo, o presente trabalho lida com tensões altas, isto é, o equipamento é alimentado com uma tensão de 400KV. Desta forma o presente estudo enquadra-se neste grupo de voltagem. II.10 Isolante Segundo Assunção (2007) “como citado em” Sá (2011), a função principal dos isolantes, em equipamentos elétricos de alta tensão, é diminuir o fluxo de corrente entre condutores que apresentam um gradiente de potencial elétrico, oferecendo suporte ao campo elétrico resultante. A troca térmica também é um campo de atuação dos isolantes sobre os condutores, portando a estabilidade térmica adequada garante propriedades mecânicas capazes de suportar forças eletromagnéticas e também ter estabilidade química para garantir o papel de isolação elétrica. II.10.1 Óleo Isolante Segundo Sá (2011), para a generalidade dos transformadores, o óleo mineral e o meio mais eficiente para absorver o calor do núcleo e dos enrolamentos e transmiti-lo as superfícies exteriores, arrefecidas naturalmente ou por circulação forcada. O óleo do transformador é também um componente fundamental no sistema de isolamento do transformador, aumentando a eficiência do isolamento solido do transformador, através da penetração e preenchimento dos espaços entre camadas laminadas e impregnação dos materiais isolantes celulósicos após secagem e vácuo. A facilidade de amostragem e análise do óleo isolante da-lhe a funcionalidade adicional de meio de diagnostico do estado do transformador, uma vez que estando em contacto com os principais componentes activos do transformador de potencia, nele se irão refletir os fenómenos térmicos e electricos associados a alterações de comportamento. Um dos principais e mais frequentemente utilizados métodos de diagnóstico e a análise de gases dissolvidos no óleo (DGA). II.10.2 Características quanto ao meio isolante Segundo Assunção (2007) “como citado em” Sá (2011), explica que em torno dos anos de 1880 não existia muitos materiais isolantes elétricos, sendo os transformadores pequenos do tipo seco e isolados com celulose. Com o surgimento de transformadores de maior potência, foi necessário melhores isolantes e maior eficiência na dissipação de perdas dos enrolamentos e do núcleo. Uma combinação, que ocasionou boas características térmicas e elétricas, foi o óleo mineral com o papel ou papelão. MAMEDE FILHO (2013) “como citado em” Sá (2011), apresenta diferenciados tipos de meios isolantes, a seguir são apresentados de forma detalhada. · Transformador a seco Equipamento de alto custoem relação aos transformadores em líquido isolante. Utilizados onde o perigo de incêndio é maior, como na indústria de petróleo ou em locais onde é proibido o uso de transformadores a óleo mineral. O isolante usado na chapa é feito com produto inorgânico a base de resina. · Transformador a líquido isolante Esse tipo de transformador é usado de forma mais geral em indústrias com plantas comuns. São usados normalmente o óleo mineral, silicone e ascarel como tipos de líquidos isolantes. O ascarel é proibido em território brasileiro. A figura 35 mostra as partes que compõem um transformador a óleo mineral. Figura 35. Transformador a líquido isolante Fonte; MAMEDE FILHO (2013) O tanque do transformador é a parte metálica onde se encontra o núcleo, onde contém o líquido isolante, e transmite o calor gerado na parte ativa para o meio exterior. Os tanques são confeccionados de material que resista a corrosão, como alumínios especiais. O conservador de líquido isolante tem a função de receber o líquido vindo do tanque quando ele se expande devido ao aquecimento referente as perdas. II.10.3 Causas de acidez em óleo isolante Segundo riverglennapts (2023), em óleo isolante no transformador pode ocasionalmente entrar em contato com o ar. Pode ser durante a abertura de qualquer supressão ou devido a vazamentos nos tanques de óleo ou nas linhas de tubulação associadas. Por causa disso, ocorre a reação de oxidação no óleo do transformador, que ainda pode ser acelerada devido à temperatura e à presença de catalisadores como ferro, cobre e compostos metálicos dissolvidos no óleo do transformador. II.10.4 Efeitos da acidez em óleo isolante Acidez aumentada do óleo, provoca diminuição na resistividade do óleo. Também aumenta o fator de dissipação do óleo. A oxidação excessiva acelera as taxas de formação de lesmas no óleo. Também pode causar deterioração anormal do papel usado para isolamento nos enrolamentos do transformador. II.10.5 Garoto de teste de acidez Podemos determinar a acidez do transformador óleo isolante, por um simples garoto teste de acidez portátil. É composto por uma garrafa de polietileno de espírito retificado (álcool etílico), um frasco de polietileno de solução de carbonato de sódio e um frasco de indicador universal (líquido). Também consiste em tubos de ensaio transparentes e transparentes e seringas volumetricamente escalonadas. Figura 36.Garoto de teste de acidez Fonte: riverglennapts (2023) II.10.6 Princípio do Teste de Acidez do Óleo Isolante Quando uma quantidade específica de álcali é adicionada a uma quantidade específica de óleo, o óleo se tornará ácido, neutro ou alcalino, dependendo da quantidade de ácido presente na amostra. Se a quantidade fixa de álcali adicionado for exatamente igual à quantidade de álcali necessária para neutralizar o ácido presente na amostra de óleo, o óleo terá um valor de pH de 7. Se a quantidade fixa de álcali adicionado for maior do que a necessária para neutralizar todo ácido na amostra de óleo, o óleo torna-se alcalino e terá qualquer valor de pH entre 8 e 14, dependendo da quantidade de ácido presente no óleo. Se a quantidade fixa de álcali adicionado for menor do que a necessária para neutralizar todo o ácido na amostra de óleo, o óleo se tornará ácido e terá qualquer valor de pH de 0 a 6, dependendo da quantidade de ácido presente no óleo. O indicador universal é uma solução química que fornece cores diferentes para diferentes valores de pH do óleo. Assim, podemos determinar visualmente o valor de pH da amostra, daí a natureza ácida do óleo, visualizando suas cores. Conforme JUNIOR oleos isolatentes são liqudidos que tem como funcao proteger o equipamento, isto é, o tranformador, com a tendencia de tornar este equipamento isolador entre as partes que o contem, pois, é constituido por várias chapas metálicas onde estas podem de certa forma criar o curto circuito em caso de qualquer tipo de acidente. Para o retificador em estudo, acordando com o JUNIOR, o oleo isolante tem a mesma finalidade. Os sistemas de arrefecimento estão divididos em várias categorias, onde cada um trás a sua respetiva tecnologia considerando a finalidade em causa, para o presente trabalho o tipo de arrefecimento a ser estudado para o grupo retificador em causa será do tipo água e o tipo óleo com circulação forcada. Considerando os diferentes tipos de arrefecimentos abordados pelo JUNIOR. II.11 Ventilação Concordando com Macintyre (1990) “ventilar significa deslocar o ar”. Em termos práticos o intuito de deslocar o ar é a retirada ou o fornecimento de ar a um local, isto é, neste ambiente há uma renovação de ar. Para OLIVEIRA (2012), em instalações industriais, a ventilação é normalmente usada para controlar as concentrações de contaminantes e poluentes ou as condições térmicas, e em vários casos, ambos. Nestas situações, a ventilação pode ser constituída simplesmente de uma corrente de ar exterior, aparentemente não contaminado e com temperatura menor. O movimento do ar dentro de um ambiente possibilitado pela pressão dinâmica e/ou temperatura fornecido por aberturas no teto, laterais e pisos, é denominado ventilação natural. A diferença de pressão entre as partes interna e externa e da resistência ao fluxo de ar fornecido pelas aberturas são os critérios controladores do fluxo de ar que entra e sai de um recinto por ventilação natural ou infiltração. A infiltração é um movimento de ar provocado pelos mesmos agentes físicos, porém não é controlado. O gradiente de pressões imposta pelo ar sobre o ambiente pode ser causado pelo vento ou pela diferença de densidade do ar de fora com o de dentro. O “efeito chaminé” é o principal fator para a diferença de densidade. São produzidas uma pressão interna negativa e uma corrente de ar entra pelas partes inferiores, ocasionando uma pressão interna positiva, e uma corrente de ar sai nas partes superiores do edifício, quando a temperatura interna é maior que a externa. A figura 37 mostra um esquema de como o fluxo de ar se comporta em um edifício de temperatura interna maior que a tempera externa. Figura 37.Edifício com temperatura interna maior que a temperatura externa Fonte; OLIVEIRA (2012) II.11.1 Tipos de ventilação Clezar e Nogueira (2009) mostram que a ventilação recebe a classificação de dois grandes grupos, a ventilação local exaustora (vle) e a ventilação geral diluidora (vdg). Na figura 38, é mostrado os dois tipos de ventilação. Figura 38.Tipos de ventilação Fonte: Clezar e Nogueira (2009) II.11.2 Ventilação local e ventilação geral A ventilação local exaustora é realizada por meio de um dispositivo que faz a captação de ar junto a fonte poluidora. A ventilação geral diluidora possibilita, de um modo geral, a ventilação do ambiente. II.11.3 Ventilação exaustora Acordando com Mesquita et al. (1988) a finalidade da ventilação local exaustora é a proteção da saúde do trabalhador, com a captação dos poluentes de uma certa fonte. Mas também a ventilação local exaustora retira uma porção do calor de convecção liberadas de uma fonte quente que possa existir no local. O sistema de ventilação exaustora é composto por pelo menos uma das peças a seguir: o captor, que é o ponto de entrada do ar a ser retirado pelo sistema, sistema de dutos, que tem o objetivo de transportar o ar retirado, o ventilador que fornece a energia de movimentação do ar com uma diferença de pressão entre o captor e a saída do sistema e também do equipamento de controle de poluição do ar, necessário para reter os poluentes e não contaminar o ambiente externo. O projeto de ventilação local exaustora precisa seguir os princípios da engenharia, com isso é preciso pensar na maior eficiência com o menor custo. Porém os objetivos da ventilação local exaustora devem ser o principal fator de projeto para esses sistemas. II.11.4 Ventilação geral ou insufladora Um método disponível de controlo das condições de um ambiente usando ventiladores é a ventilação geral. Um ventilador pode fazer a insuflação do ar no ambiente, pegando o ar externo, ou também pode fazer a exaustãodo ar desse ambiente para o exterior. Exaustor é o nome do ventilador quando funciona no modo de exaustão do ar. O método da ventilação geral diluidora garante exaustão, insuflação, ou ambos, em um ambiente promovendo a redução da concentração de poluente e da temperatura. Essa redução é promovida porque há uma introdução de ar limpo e de menor temperatura no ambiente, fazendo que a concentração de poluentes seja menor e dispersada e quando a temperatura externa é menor que a interna, uma diminuição na temperatura do ambiente (OLIVEIRA, 2012). II.11.5 Ventilação mecânica (forçada) Quando a admissão, circulação e extração de ar no interior do compartimento é feito por meio de recursos mecânicos, tem-se a chamada ventilação mecânica ou forçada. Esse tipo de ventilação implica no uso de motores elétricos, adicionando assim custos iniciais e permanentes com a energia elétrica e manutenção periódica. Em alguns casos, pode existir dispositivos de controle do sistema de ventilação. A fim de evitar a sucção de água da chuva para o interior dos locais onde se encontra o transformador as velocidades do ar devem ser limitadas entre 150 e 220 metros/min (2,5 e 3,6 metros/s). Essa característica deve ser considerada para a seleção dos ventiladores. As aberturas e entradas de ar devem conter proteções, do tipo persiana, para proteger a entrada de animais que possam ocasionar problemas nas instalações elétricas (COSTA, 2014). Figura 39.Insuflação mecânica e exaustão natural Fonte: (COSTA, 2014) II.11.6 Ventilação em locais de instalação dos transformadores A carga térmica gerada pelos equipamentos localizados internamente aos postos de transformação tem grande impacto na temperatura do espaço. O calor gerado em função das perdas provoca movimentação de ar dentro dos ambientes, que deve ser eliminado com o sistema de ventilação (BARROSO, 2014). A figura 40 representa o posicionamento indicado para as aberturas por onde o ar será inserido e extraído do local de instalação de um transformador. Figura 40.posicionamento indicado para as aberturas Fonte;(BARROSO, 2014) II.11.7 Posicionamento de aberturas para ventilação do transformador em cubículos De acordo com Trael (2016) os locais de instalação devem ser protegidos de alagamentos e possuir condições de ventilação adequada. Além disso, as entradas de ar devem estar localizadas na parte inferior do ambiente, e as saídas na parte superior. As orientações de temperatura da NBR 5356-9 para os locais de instalação de transformadores são: · Temperatura máxima: 40°C; · Temperatura mínima: -25°C; · Temperatura diária média de 30°C. As cabines de transformação de alvenaria representam 31% dos tipos de construção do total de postos de transformação. Esses locais de instalação de transformadores possuem aberturas de ventilação em níveis de altura diferente para garantir a circulação de ar entre o interior e o exterior. O caminho do fluxo de ar entre o ponto de entrada e o ponto de saída deve ser considerado, a fim de avaliar a ação da ventilação. O posicionamento e a forma dos postos de transformação têm influência para a necessidade de maior ou menor ventilação. As características do ambiente ou o sombreamento a qual o local está submetido gera impacto na quantidade de ar necessária para ventilação (BARROSO, 2014). II.12 Ventiladores Os ventiladores são equipamentos responsáveis por fornecer energia ao ar, com o intuito de movimentá-lo, seja em um ambiente, seja em um sistema de dutos. O equipamento de ventilação deve fornecer uma pressão estática suficiente para vencer as perdas do sistema e gerar uma pressão cinética para manter a movimentação do ar, a fim de garantir a função básica de mover uma quantidade de ar no sistema de ventilação (OLIVEIRA, 2012). É possível também que se use uma associação de ventiladores para garantir a vazão necessária e também por onde o fluxo de ar irá passar no ambiente, a fim de garantir as condições ideais estimadas. Os dois tipos de associação são: · Em série: quando há uma ligação em série de ventiladores, a vazão de cada ventilador é mesma, mas as pressões totais são somadas. · Em paralelo: quando existe uma ligação de ventiladores em paralelo, a pressão total proporcionada pelos ventiladores é única, mas suas vazões são somadas. II.12.1 Indicação quanto à localização dos ventiladores, para ventilação diluidora Os ventiladores axiais e centrífugos são os dois tipos básicos de ventilador. Na figura 41 é mostrado um exemplo dos dois tipos. Figura 41.Ventilador axial e centrífugo Fonte: (OLIVEIRA, 2012) II.12.2 Ventiladores axiais O ventilador axial é formado por uma hélice criada em uma armação de controlo de fluxo, suportes apoiam o motor usualmente presos a estrutura da armação. Esse tipo de ventilador é desenvolvido para fazer a movimentação do ar em espaços fechados com pressões estáticas relativamente baixas. O tipo de hélice e armação tem grande influência no desempenho e eficiência do ventilador. A figura 42 exemplifica alguns tipos de ventiladores do tipo axial (OLIVEIRA, 2012). Figura 42.Ventiladores axiais Fonte: (OLIVEIRA, 2012) a) Axial propulsor: utilizado normalmente para circulação de ar ambiente. Move grandes volumes de ar, em baixas pressões, e tem baixo custo. b) Axial comum: usado em minas subterrâneas e em indústrias. A forma das pás não deve ser utilizada em ambientes que tem alto risco de erosão e corrosão. Move o ar em pressões mais elevadas pois possui ampla calota central. c) Turbo axial: colocado dentro de dutos, o que permite a conexão com tubos e tem pás mais grossas e largas. II.12.3 Ventiladores centrífugos A constituição de ventiladores centrífugos é feita com o conjunto de um rotor, uma carcaça de conversão de pressão e um motor. Nesse equipamento o ar entra no centro do rotor e sofre movimentação acelerada pelas palhetas ganhando a impulsão pela periferia do rotor até a abertura de descarga. A figura 43 mostra os tipos de pás em ventiladores centrífugos. Figura 43.Centrifugo de pás para trás, (b) centrifugo de pás radias e (c) centrifugo de pás para frente Fonte: (OLIVEIRA, 2012) a) Centrífugo de pás para trás: tem autolimitação da potência e alta eficiência, além de ser silencioso trabalhando em um ponto adequado. b) Centrífugo de pás radiais: ventilador de alta robustez, usado na movimentação de efluentes com grande carga de poeira, poeira pegajosa e corrosiva. Porém, tem alto ruído e baixa eficiência. c) Centrífugo de pás para frente: maior capacidade de exaustão em baixa velocidade, não indicado para trabalhos de alta pressão e nem cargas de poeira elevada, frequentemente apresenta corrosão com utilização inadequada. De acordo com que foi abordado pelo BARROSO quanto a ventilação, conclui-se queventilar é um processo que tem como objetivo tornar os sistemas em pleno funcionamento, pois, quando estes são usados o transformador tendem e expelir o ar quente por eles produzido, compormentendo os componentes electroncios a ele associado. O processo de ventilação tem em vista a tornar o processo de produção, exercício ou estabilidade de funcionamento de um equipamento sob influencia da lei de joule. O processo de ventilação é incondicional em sistemas ou equipamentos de genérico, o sistema de ventilação a ser abordado no presente trabalho é do tipo natural e forcado baseado em ventoinhas e radiadores. CAPITULO III-METODOLOGIA DE PESQUISA Para o alcance dos objectivos, propõe-se a pesquisa: III.1 Quanto à Abordagem · Pesquisa Quantitativa A pesquisa quantitativa é um método de pesquisa que utiliza a quantificação nas modalidades de coleta de informações e no seu tratamento, mediante técnicas estatísticas, tais como percentual, média, desvio-padrão, coeficiente de correlação, análise de regressão, entre outros. (Gil,2010). Segundo o paragrafo anterior, a presente pesquisa é caracterizada por dados numéricos, geralmente apresentados de forma gráfica, sendo a caraterística principal da presente pesquisa, na qual os resultados serão aparentados com base nos resultados das medições do comportamento
Mais conteúdos dessa disciplina
A Lei de Ohm- teste
- Exercicios Resolvidos de Electricidade, Magnetismo e Circuitos
- Apoio fisica
- Tipos de Retificadores em UPS
- Inversor de frequência, pois controla a velocidade do motor e ajusta automaticamente sua corrente para evitar sobreaquecimento. Disjuntor termomagnéti
- CENTRO UNIVER Período Letivo: Construa sua própria história Prova: 116665360 Avaliação Final (Objetiva) Disci 8. A adaptação dos cata-ventos para g...
- Transformador é uma máquina elétrica estática que tem como finalidade transferir energia elétrica de um circulto para outro, geralmente com tensões...
- juntamente com a folha de respostas. utilizado en natureza, o isotópica, III- A mai 1. A matriz energética compreende o conjunto de elétrica at rec...
- a prateleira deve manter o afastamento recomendado de 10 cm UAN
- a prateleira deve manter o afastamento recomendado de 10 cm
- a prateleira deve manter o afastamento recomendado de 10 cm
- 3. Os disjuntores como chaves para ligerou destigara padrão diatribuiçãs de dentro des painéis se quadros de as sentenças verdadeiras para as falsas i
- (UFJF-MG) A água é uma molécula polar, ou seja, embora tenha carga elétrica total nula, há uma separação entre as cargas da mesma molécula devido à di
- (EEAR-SP) Considere quatro esferas metálicas idênticas, A, B, C e D, inicialmente separadas entre si. Duas delas, B e D, estão inicialmente neutras, e
- O conceito fundamental para Resistividade Elétrica é: Questão 3Resposta a. Resistência à passagem de corrente elétrica através de um corpo. b....
- 7. A associação de indutores em um circuito influencia diretamente a indutância total, dependendo da forma como são conectados. Quando os indutores...
- Uma fonte de tensão de 48V alimenta um circuito com quatro resistores: dois de 4Ω em série, ligados em paralelo com um de 8Ω. O conjunto está conectad
- CE2_6
- Manual Técnico Correias
