Problemas e avarias nos motores trifásicos: Tipos, razões e soluções

O motor de indução trifásico é um dos motores eléctricos mais populares e mais utilizados na indústria. São utilizados em muitas aplicações devido à sua construção simples e robusta com um funcionamento quase isento de manutenção.

Trata-se de um motor assíncrono que funciona segundo o princípio da indução. Mas, tal como outros motores, estes motores também são vulneráveis a falhas que podem danificar o motor e agravar a produção. Por isso, o motor de indução deve ser monitorizado para um funcionamento contínuo e sem interrupções.

São muitos os factores que podem causar problemas nos motores trifásicos, tais como o serviço pesado, as más condições de trabalho, a instalação incorrecta do motor, factores de fabrico do motor, entre outros, que podem causar falhas no funcionamento do motor. Se as falhas nos motores trifásicos não forem corrigidas antecipadamente, podem gerar uma grande perda de receitas para a indústria e podem constituir uma ameaça à fiabilidade e à segurança do funcionamento.

Vejamos como identificar as avarias nos motores trifásicos de corrente alternada e como podemos retificar esses problemas. Seguem-se as possíveis causas das avarias e as suas soluções.

Avarias no motor de indução trifásico

O motor trifásico não arranca

O motor trifásico faz muito barulho

Problemas de sobreaquecimento do motor trifásico

Falhas de rolamentos sobreaquecidos em motores trifásicos

Problemas nos motores trifásicos devido a arranques e paragens

O motor trifásico funciona a velocidade reduzida

O motor trifásico funciona a alta velocidade.

Problemas mecânicos no motor de indução trifásico

Em geral, verifica-se que um motor desenvolve mais problemas mecânicos do que problemas eléctricos. É indispensável um conhecimento profundo dos rolamentos e da lubrificação. Seguem-se algumas das coisas a fazer e a não fazer para montar, manter, inspecionar e lubrificar rolamentos de esferas.

• Trabalhar com ferramentas limpas, num ambiente limpo, utilizar solventes e óleos de lavagem limpos.

• Não trabalhar sob a desvantagem de ferramentas de má qualidade, de uma bancada rugosa ou de um ambiente sujo, e não utilizar ferramentas sujas, quebradiças ou lascadas.

• As chumaceiras devem ser limpas com panos limpos e que não larguem pêlos. Não riscar as superfícies das chumaceiras.

• Mantenha os lubrificantes das chumaceiras limpos quando os aplicar e tape os recipientes quando não estiverem a ser utilizados. Não remover a massa ou o óleo de rolamentos novos.

• Para garantir que o tamanho do eixo está dentro das tolerâncias especificadas recomendadas para o rolamento. Não instale uma chumaceira num veio que apresente um desgaste excessivo.

• Utilize uma escova limpa, de cerdas curtas, com cerdas bem encaixadas para remover sujidade, lascas ou farpas.

• Para ter a certeza de que, quando instalada, a chumaceira está direita e firmemente encostada ao ressalto do veio. Não bater diretamente numa chumaceira ou num anel durante a instalação, pois isso pode danificar o veio e a chumaceira.

• Siga as instruções de lubrificação fornecidas com a máquina. Utilizar apenas massa lubrificante quando a utilização de massa lubrificante for especificada. Utilize apenas óleo onde a utilização de óleo estiver especificada. Certifique-se de que utiliza o tipo exato de lubrificante necessário.

• O excesso de massa lubrificante e óleo escorrerá das caixas demasiado cheias através dos vedantes e juntas, acumulará sujidade e causará problemas. Demasiado lubrificante também provoca sobreaquecimento, especialmente quando o rolamento funciona a altas velocidades.

• Manusear a massa lubrificante com pás ou pistolas de lubrificação limpas. Armazene a massa lubrificante em contentores limpos. Mantenha os recipientes de massa lubrificante tapados. Não permita que uma máquina fique inoperacional durante meses sem a pôr a funcionar periodicamente. Isto evita que a humidade que se pode condensar num rolamento estacionário provoque corrosão.

Resolução de problemas de motores trifásicos

Ensaio de resistência de isolamento de um motor trifásico

Uma vez que a fonte de alimentação, o equipamento acionado e o controlador/controlos do motor tenham sido eliminados como causa do problema, a próxima coisa a fazer é seguir uma série de procedimentos de deteção de problemas em motores eléctricos e como solucionar problemas de um motor trifásico suspeito e geralmente inclui os seguintes passos.

O primeiro passo é garantir que toda a energia é desligada e isolada do motor, utilizando procedimentos de bloqueio/etiquetagem adequados, bem como desativar, colocar em curto-circuito ou desligar quaisquer condensadores de correção do fator de potência que possam estar presentes.

O passo seguinte é efetuar uma ensaio de resistência de isolamento do motor elétricoEste teste eliminará a necessidade de um exame adicional se os enrolamentos do motor estiverem ligados à terra.

Sempre que possível, a resistência do isolamento deve ser testada o mais próximo possível do motor para eliminar possíveis leituras falsas do cabo compensado ou dos alimentadores do motor. Um motor ligado à terra é uma falha comum do enrolamento e requer o rebobinamento ou a substituição do motor.

Quando um motor é ligado à terra, o enrolamento entra em curto-circuito com o núcleo laminado ou com a estrutura do motor. Esta situação aplica-se tanto a motores de superfície como a motores submersíveis. O problema é normalmente encontrado numa ranhura, onde o isolamento da ranhura foi quebrado.

A água é a causa mais comum de um enrolamento aterrado. Algumas causas de avarias no isolamento de ranhuras são o sobreaquecimento, contaminantes condutores, relâmpagos, condições climatéricas, pressão de um ajuste apertado da bobina, pontos quentes causados por danos na laminação (devido a uma falha anterior do enrolamento) e movimento excessivo da bobina.

Para obter uma leitura óptima no teste de resistência de isolamento de um motor trifásico, este teste deve ser realizado com um megómetro com uma tensão de teste não inferior a 500 VDC (para motores de 230 volts) a 1000 VDC (para motores de 460 volts), embora seja frequentemente utilizado um ohmímetro analógico com uma escala de Rx100.000 ohm. Ao utilizar um megôhmetro de alta tensão de saída, tenha em atenção que os dispositivos podem produzir tensões de choque perigosamente elevadas; nunca os utilize ligando os cabos a pessoas ou animais.

Para obter melhores resultados, o ensaio deve ser efectuado imediatamente após desligar o motor com o motor trifásico à temperatura de funcionamento ou ligeiramente abaixo desta. Obviamente, isto não é possível se o motor não estiver a funcionar.

As leituras de resistência de isolamento para todos os tipos de motores trifásicos, tensões de 0 a 1000 VAC, fase e HP devem estar em conformidade com a norma IEEE 43-200/43-2013 e, em geral, estar dentro dos intervalos indicados na Tabela 1.

O ensaio de resistência de isolamento para detetar problemas em motores trifásicos em funcionamento deve ser efectuado pelo menos uma vez por ano para gerar uma base de dados histórica e acompanhar o estado do motor para prever uma falha iminente muito antes de esta ocorrer.

Uma regra geral é que se considera que o sistema de isolamento de um motor elétrico está em boas condições se a resistência de isolamento medida for maior ou igual a (≥) 10 000 000 ohms.

Ao verificar a resistência de isolamento de um motor, os valores serão quase idênticos para todas as leituras, uma vez que o circuito é encaminhado igualmente através dos três enrolamentos e de volta para o medidor.

Embora uma leitura de infinito (∞) seja desejável, geralmente não é possível com a maioria dos motores trifásicos. A resistência de isolamento deve ser de aproximadamente 1 megohm por 1000 volts de tensão de funcionamento, com um valor mínimo de 1 milhão de ohms (1 megohm).

No entanto, é importante notar que a resistência de isolamento mínima geralmente aceite de 1 milhão de ohms pode não ser adequada para muitas condições de serviço. Isto pode ser especialmente verdadeiro para instalações de motores/bombas submersíveis, uma vez que diversas variáveis, como a condutividade da água, a queda de tensão do cabo e as correntes de arranque do motor, podem causar disparos incómodos de disjuntores ou sobrecargas. Por conseguinte, podem ser necessários valores de resistência de isolamento mais elevados para determinadas condições.

Ensaio de resistência do enrolamento do motor trifásico

O passo seguinte é verificar a resistência do enrolamento. A resistência do enrolamento fornece uma indicação do estado e da continuidade dos enrolamentos. O teste de resistência do enrolamento é normalmente efectuado com um ohmímetro com uma configuração Rx1.

Ao contrário de um teste de resistência de isolamento, a resistência do enrolamento irá variar com a potência, fase, ligação (delta ou estrela) e tensão do motor trifásico.

Os valores da resistência do enrolamento variam, mas estão geralmente disponíveis para todos os motores nos fabricantes de motores, nas folhas de dados técnicos ou nos manuais de serviço.

Todos os três enrolamentos de um motor trifásico devem apresentar leituras iguais com leituras baixas, mas não 0 ohms. Quanto mais baixo for o HP do motor, mais elevada será esta leitura, mas não deve apresentar um circuito aberto e será geralmente de 30 ohms ou menos.

Quando estes dados não estão disponíveis, pode recorrer-se a uma regra geral, uma vez que, para a maioria dos motores trifásicos, a leitura de ramo a ramo deve situar-se entre 0,30 e 2 ohms. Se a leitura for 0, existe provavelmente um curto-circuito. Se a leitura for superior a 2 ohms ou infinita (∞), existe provavelmente um circuito aberto.

Testar a resistência do enrolamento de um motor pode frequentemente revelar vários problemas do motor, incluindo um enrolamento ou voltas em curto-circuito ou ligados à terra. As espiras em curto-circuito são causadas por fios da bobina cortados, picos de alta tensão, contaminantes condutores, enrolamentos sobreaquecidos, isolamento envelhecido e fios da bobina soltos e a vibrar.

A maior parte da resistência ao fluxo de corrente num motor CA é fornecida pela reactância indutiva. A resistência do fio num enrolamento é uma pequena percentagem da impedância total do motor (isto é, resistência mais reactância indutiva). A reactância indutiva faz com que cada volta seja significativa no consumo de amperes do motor, uma vez que cada volta fornece muito mais reactância indutiva do que resistência.

Apenas a resistência do fio (ou seja, o número de voltas) dentro do circuito fechado é agora removida do enrolamento da fase. Sem a demanda de amperes da corrente circulante, a diferença entre os amperes da fase defeituosa e os das fases normais diminui. Uma pequena diferença na resistência é tudo o que é necessário para identificar a fase defeituosa.

Note-se que, se possível, o rotor deve ser rodado durante este teste para eliminar o seu efeito. As espiras em curto-circuito em qualquer enrolamento AC são normalmente visíveis. Eles carbonizam rapidamente devido à alta corrente circulante que é transformada neles.

Um curto-circuito fase a fase é causado por uma rutura do isolamento nas extremidades da bobina ou nas ranhuras. Este tipo de avaria requer a rebobinagem ou a substituição do motor. A tensão entre fases pode ser elevada. Quando ocorre um curto-circuito, uma grande parte do enrolamento é contornada. Normalmente, os enrolamentos de ambas as fases fundem-se, pelo que o problema é facilmente detectado. As causas da rutura da interface incluem contaminantes, ranhuras bem ajustadas, idade, danos mecânicos e picos de alta tensão.

Os enrolamentos que formam os pólos de cada fase sobrepõem-se em todos os motores trifásicos. Uma causa comum de um enrolamento aberto são os terminais de chumbo subdimensionados. As ligações carbonizadas na caixa de junção (terminal) do motor são uma indicação fiável deste problema.

Os enrolamentos abertos também são causados por curtos-circuitos, curtos-circuitos fase-fase, curtos-circuitos terra-quadro, ligações internas defeituosas entre bobinas, sobrecargas graves e bobinas fisicamente danificadas. Estas falhas também requerem o rebobinamento ou a substituição do motor.

Um enrolamento aberto apresentará vários sintomas diferentes, dependendo da ligação interna do motor. Um motor ligado em estrela com um enrolamento aberto será testado de forma diferente de um motor ligado em delta. Um enrolamento de circuito único aberto será monofásico. A sua potência será reduzida para metade e o motor não arrancará. Se a ligação interna do motor for multi-circuito, este arrancará mas terá uma potência reduzida. Um circuito aberto provoca o desequilíbrio do circuito magnético. Por conseguinte, sob carga normal, o motor funcionará mais lentamente e sobreaquecerá.

Exames visuais de motores trifásicos defeituosos

É sempre importante identificar a verdadeira causa dos enrolamentos queimados e não apenas substituir o motor elétrico. Os enrolamentos do motor têm aparências diferentes para situações de falha comuns, que incluem avaria monofásica, sobrecarga, tensão desequilibrada e picos de tensão.

Uma inspeção visual dos enrolamentos do motor pode muitas vezes ajudar a determinar a causa da avaria e a desenvolver uma solução. Dois dos problemas mais comuns nos motores trifásicos são a sobrecarga e a monofásica.

Os danos provocados por picos de tensão ocorrem mais frequentemente em motores trifásicos controlados por accionamentos de frequência variável. Por isso, verifique a tensão aplicada o mais próximo possível do motor totalmente carregado para verificar se as tensões aplicadas são uniformes.

O desequilíbrio da tensão do motor não deve exceder 5% da tensão da linha. Para um motor de 460 volts, isto representa até 23 volts de variação linha a linha. Se a tensão não puder ser lida perto do motor, considere o comprimento do percurso e o tamanho do fio para estimar a queda de tensão real através do motor. Se as tensões linha-a-linha forem as mesmas mas o desequilíbrio de corrente ainda exceder 10 %, o enrolamento está provavelmente em curto-circuito e o motor deve ser reparado ou substituído.

Guia de resolução de problemas e testes de rotina de motores trifásicos

O teste de rotina de um motor elétrico como parte de um programa de manutenção também reduz a possibilidade de falha devido a calor excessivo. Muitos motores atualmente em uso estão classificados para um aumento de temperatura de 60°C (140°F). Quando combinado com uma temperatura ambiente de 40°C (104°F), a temperatura resultante do motor pode subir até 244°F. Isto é superior ao ponto de ebulição da água e pode levar a uma falha prematura do motor, especialmente em casos com circulação de ar de arrefecimento inadequada.

Não avalie a temperatura do motor simplesmente sentindo a superfície exterior com a sua mão. O tato não é um sensor de calor fiável, pois o que parece quente para si é frio para outra pessoa. Utilize métodos de teste adequados, como um sensor de calor por infravermelhos, para encontrar pontos quentes no interior dos enrolamentos do motor, uma vez que pontos quentes excessivos reduzem a vida útil do motor.

Certifique-se de que os motores dispõem de proteção adequada. Essa proteção deve incluir termóstatos e proteção contra sobrecargas. Apenas um elemento de um plano de manutenção preditiva eficaz para motores eléctricosEstes dispositivos asseguram que o motor não está a funcionar em sobrecarga ou a temperaturas nocivas.

Os motores eléctricos são frequentemente alguns dos bens mais dispendiosos de uma instalação, mas com uma manutenção adequada e bom senso, prolongar a sua vida útil torna-se um pouco mais fácil. Se quiser saber mais exemplos de falhas comuns em motores eléctricos e como as reparar pode subscrever o boletim informativo Tecnologia para a Indústria.