1. Introdução
Em agosto de 2023, em um dos departamentos de uma empresa de indústria alimentícia ucraniana, surgiu uma situação crítica: o motor principal da linha de embalagem parava a cada 4-6 horas devido à ativação do relé térmico de proteção. O pessoal técnico substituiu o contatoor do conjunto três vezes durante a semana, porém o problema persistiu. Essas paradas não apenas reduzem a eficiência geral do equipamento (OEE), mas também causam ciclos térmicos nas bobinas do motor elétrico, reduzindo sua vida útil. Nosso objetivo como engenheiros da UNITEC-D GmbH é conduzir uma investigação sistemática das causas raiz de acordo com a metodologia de análise de falhas.
2. Visão do componente e condições de operação
Relé térmico destinado à proteção de motores elétricos assíncronos contra sobrecarga, falta de fase e assimetria de correntes. Ele está localizado na caixa de controle de potência, imediatamente após o contato de corrente alternada. Neste sistema é utilizado um motor com potência nominal de 15 kW (400 V, 28,5 A), que opera no modo de funcionamento repetitivo de curta duração S3 (P.V. 40%).
O controle da parte mecânica é realizado através de um redutor de alta precisão e um conjunto de huso, onde os elementos-chave de rotação são mancais radiais de precisão, tais como SKF 7007 CD/P4ADGA, projetados para altas cargas axiais e radiais com rotações máximas até 12 000 rpm. Qualquer desvio na parte elétrica ou mecânica é imediatamente refletido no perfil da corrente consumida.
3. Provas de falha e coleta de dados
Durante a saída ao local, os especialistas da nossa serviço realizaram um complexo de ações diagnósticas. Foram registrados os seguintes parâmetros:
- Corrente de trabalho real em modo estável: 26,2 A (abaixo do valor nominal do relé 29,0 A).
- Temperatura do ar dentro da gaveta de distribuição: +52 °C (na temperatura nominal de calibração do relé +20 °C de acordo com EN 60947-4-1).
- Amplitude de vibração no painel de rolamento do motor (ISO 10816-3): 1,8 mm/s (dentro dos limites normais para a zona de classe II).
- Termografia de placas bimetálicas de relé: detectado aquecimento localizado nas grupos de contatos até +78 °C.
Nota do diretor técnico: "Dispositivos de proteção frequentemente reagem não ao sobrecarregamento do motor, mas à mudança do meio físico dentro das gavetas de controle compactas durante o período de verão".
4. Análise sistemática das causas raiz (Método 5 Porquês)
- Por que o relé térmico ativa? Devido às placas bimetálicas se curvarem para a posição crítica de desconexão devido ao excesso de dissipação térmica.
- Por que muito calor está sendo liberado? Devido à corrente de partida elevada e à temperatura ambiente aumentada na caixa de controle.
- Por que a temperatura na gaveta excede o projetado +35 °C? O sistema de ventilação forçada (ventiladores filtrantes) tem capacidade insuficiente devido à sujidade do pó.
- Por que os filtros ficaram entupidos antes do prazo? O regulamento de manutenção não considerou o aumento sazonal da concentração de materiais pulverulentos no setor.
- Por que a seleção do equipamento não considerou o coeficiente térmico? Durante o projeto da gaveta de controle, não foi aplicada a correção para deratização da corrente nominal do relé de acordo com EN 60947-4-1 para temperaturas acima de +20 °C.
5. Causas Identificadas (Lista Ordenada)
| Primeira causa | Probabilidade | Provas |
|---|---|---|
| 1. Drift térmico devido ao aquecimento da gaveta | 65% | Temperatura no invólucro +52 °C; ausência de compensação térmica na série de relé selecionada. |
| 2. Incorrespondência do perfil de partida (classe de abertura) | 20% | Frequentes arranques em modo S3 causam acúmulo de calor mais rápido do que o resfriamento do bimetálico. |
| 3. Cálculo incorreto do valor nominal (erro de seleção) | 15% | Escolha da definição de ajuste sem considerar as características de partida do mecanismo com unidade de eixo. |
6. Ações corretivas e preventivas
Para a eliminação da falha atual e prevenção de incidentes semelhantes no futuro foi desenvolvido um plano de ações:
- Resolução imediata: Instalado módulo adicional de condicionamento da caixa de controle e reduzida a temperatura interna para +28 °C. A inserção do relé térmico foi revisada com base nas novas exigências DSTU EN 60947-4-1.
- Prevenção de longo prazo: Foi realizado o переход para relés eletrônicos de sobrecarga com funcionalidade ampliada e independência da temperatura ambiental no intervalo de -20 °C até +60 °C.
7. Checklist diagnóstico rápido para pessoal técnico
Use esse checklist diretamente na linha de produção no tablet durante a inspeção da caixa de controle:
- [ ] Medir a temperatura do ar dentro da caixa de controle (norma: até +35 °C).
- [ ] Verificar o estado dos filtros da ventilação forçada e, se necessário, limpar com ar comprimido.
- [ ] Medir os valores dos correntes de fase utilizando clamp-meters sob carga.
- [ ] Verificar o torque de aperto das conexões de força (torque recomendado conforme o manual — 2,5 Nm).
- [ ] Comparar a realidade de ajuste do relé com os dados do motor elétrico no passaporte.
- [ ] Avaliar o estado das superfícies de contato quanto à presença de traços de oxidação ou carbonização.
- [ ] Verificar a integridade da isolação das linhas de cabos e a ausência de microfissuras.
- [ ] Verificar a presença de vibrações externas no mecanismo de transmissão de rotação.
8. Estratégia de prevenção de falhas
Para atingir o índice MTBF no nível superior a 50 000 horas de funcionamento ininterrupto é necessário implementar o seguinte:
- Controle térmico periódico de conexões de contato de equipamentos de comutação (a cada 3 meses).
- Controle da limpeza dos filtros de ar das gavetas de controle mensalmente.
- O uso de componentes originais e unidades de rotação verificadas (por exemplo, rolamentos SKF 7007 CD/P4ADGA para garantir a precisão dos eixos e a ausência de resistências mecânicas excessivas).
9. Conclusão
Falhas de funcionamento térmico quase sempre são resultado de deficiências no projeto do sistema de resfriamento da caixa de controle ou erros na seleção das correções térmicas. Abordagem sistemática para análise do ambiente e parâmetros de corrente permite eliminar totalmente os paradas de equipamento. O completo catálogo de aparelhos de comutação certificados, componentes elétrônicos e peças de precisão são mantidos em estoque. Familiarize-se com as especificações técnicas e faça seu pedido através UNITEC-D E-Catalog.
10. Referência
- DSTU EN 60947-4-1:2014 Aparelhos de distribuição e controle de baixa tensão. Parte 4-1. Contator e arrancadores de motores.
- ISO 10816-3:2009 Vibração. Avaliação da vibração de máquinas com medições em partes não rotativas.
- Catálogo Geral SKF: Manual Técnico de Rolamentos de Precisão
- IEEE Std 141-1993 IEEE Prática Recomendada para Distribuição de Energia Elétrica em Instalações Industriais.
