MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOUNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁCAMPUS CURITIBA
CAMILE T. DA ROCHA CERCALDANIELE RAMOS
LUIZ PAULO DE SOUZARAFAEL MERIGUE
VERIFICAÇÃO DA QUEIMA DE FUSÍVEIS DE QUADROS DE COMANDO
CURITIBA2008
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOUNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁCAMPUS CURITIBA
CAMILE T. DA ROCHA CERCALDANIELE RAMOS
LUIZ PAULO DE SOUZARAFAEL MERIGUE
VERIFICAÇÃO DA QUEIMA DE FUSÍVEIS DE QUADROS DE COMANDO
Projeto de pesquisa, exigido para conclusão da disciplina Metodologia da Pesquisa do Curso Engenharia Industrial Elétrica da UTFPR.
Orientador: Julio César Nitsch
CURITIBA2008
TERMO DE APROVAÇÃO
CAMILE THAIS DA ROCHA CERCALDANIELE RAMOS
LUIZ PAULO DE SOUZARAFAEL MERIGUE
VERIFICAÇÃO DA QUEIMA DE FUSÍVEIS DE QUADROS DE COMANDO
Projeto aprovado como requisito parcial para obtenção da nota da disciplina Metodologia de Pesquisa no Curso de Engenharia Industrial Elétrica com Ênfase em Eletrotécnica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
COMISSÃO EXAMINADORA
_______________________________
Prof. Ed. Julio César Nitsch
Engenharia Industrial Elétrica Ênfase em Eletrotécnica, Departamento de Eletrotécnica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba, 09 de Maio de 2008.
i
DEDICATÓRIA
Aos professores, Luis Fernando Lopes e Hamilton Born
Ao coordenador do DAELT, Paulo Sérgio Walênia.
ii
AGRADECIMENTOS
Aos nossos pais por todo o apoio e educação que nos proporcionaram
durante nossa jornada, neste caso, acadêmica.
iii
“Continue procurando idéias novas que outros
tenham usado com êxito. Sua idéia tem que ser
original somente na adaptação a seu problema.”
Thomas Edson
iv
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS...................................................................................................v
LISTA DE FIGURAS..................................................................................................vi
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS...................................................................vii
RESUMO..................................................................................................................viii
1 INTRODUÇÃO.......................................................................................................1
2 TEMA.....................................................................................................................1
3 PROBLEMA...........................................................................................................1
4 JUSTIFICATIVA.....................................................................................................1
5 OBJETIVO GERAL................................................................................................2
6 OBJETIVOS ESPECÍFICOS..................................................................................2
7 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.............................................................................2
7.1 CORRENTE NOMINAL (IN).................................................................................2
7.2 CORRENTE TÉRMICA NOMINAL (Ith)................................................................2
7.3 CORRENTE DE AJUSTE....................................................................................2
7.4 CORRENTE CONVENCIONAL DE FUSÃO (IF)..................................................2
7.5 CORRENTE CONVENCIONAL DE NÃO FUSÃO (INF).......................................2
7.6 COMPOSIÇÃO....................................................................................................3
7.7 CLASSES DE FUSÍVEIS.....................................................................................3
7.8 FUSÍVEL DIAZED...............................................................................................4
7.9 REGIME DE TRABALHO....................................................................................5
7.10 FÓRMULA DE PREECE.....................................................................................5
7.11 FÓRMULA PARA O CÁLCULO DO TEMPO PARA FUSÃO..............................6
8 ESTADO DA ARTE................................................................................................6
8.1 DISPOSITIVO DE BAIXA TENSÃO....................................................................6
9 DESENVOLVIMENTO............................................................................................6
10 CUSTOS.................................................................................................................8
11 CRONOGRAMA...................................................................................................10
REFERÊNCIAS.........................................................................................................11
v
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Correntes convencionais de fusíveis....................................................3
Tabela 2 – Temperatura de fusão das principais ligas de fusíveis.......................3
Tabela 3 – Tempo de fusão dos fusíveis a uma corrente 150% maior..................5
Tabela 4 – Constante para cada material.................................................................5
Tabela 5 – Constante k’ para cada material.............................................................6
Tabela 6 – Experimentos realizados no laboratório...............................................8
Tabela 7 – Ferramentas.............................................................................................8
Tabela 8 – Equipamentos..........................................................................................8
Tabela 9 – Materiais...................................................................................................9
Tabela 10 – Administrativo........................................................................................9
Tabela 11 – Logística.................................................................................................9
Tabela 12 – Ambiente................................................................................................9
Tabela 13 – Recursos Humanos.............................................................................10
Tabela 14 – Cronograma.........................................................................................10
vi
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Fusíveis DIAZED......................................................................................4
Figura 2 – Gráfico da curva característica do fusível DIAZED...............................7
Figura 3 – Circuito elétrico do experimento............................................................7
vii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
Pb – Chumbo
Sn – Estanho
Bi – Bismuto
Cd – Cádmio
Hg – Mercúrio
viii
RESUMO
Neste trabalho será apresentada uma proposta de projeto desenvolvida
pelos acadêmicos de Engenharia Industrial Elétrica, especificando o tema: fusível. E
não deixando de mencionar o problema em questão que tem ocasionado a queima
destes dispositivos em quadros de comando.
Além disso, serão mostrados: a justificativa que relata as dificuldades
geradas com a queima de fusíveis, o objetivo geral do trabalho, que é descobrir o
agente causador dessas queimas, os objetivos específicos propostos pela equipe
designada a solucionar o problema, uma fundamentação teórica sobre o assunto
abordado, assim como o desenvolvimento do que será realizado em laboratório. E
ainda será relatado os recursos humanos e os custos com ferramentas,
equipamentos, materiais, administrativo, logístico e ambiente.
1
1 INTRODUÇÃO
Nos diversos setores da área técnica, os fusíveis desempenham um papel
de grande importância servindo como dispositivos de proteção intercalados num
circuito para interrompê-lo em caso de condições adversas.
Assim, o estudo irá proporcionar uma verificação eficaz das causas que
ocasionaram a queima dos fusíveis possibilitando também alterações nos modelos
dos dispositivos a fim de estabelecer um correto uso destes equipamentos.
2 TEMA
Fusíveis constituem uma forma de proteção em caso de curtos-circuitos
devido a sua alta capacidade de interrupção e a sua capacidade limitadora.
Tem como principal característica a sua corrente nominal, que é aquela que
o fusível suporta continuamente. Correntes maiores que a nominal irão provocar a
ruptura do fusível após algum tempo criando a relação tempo x corrente de ruptura,
que é a curva característica do fusível. Possuem também uma tensão máxima de
operação que deve ser obedecida. Esses fusíveis são formados por um filamento
projetado para suportar um determinado valor de corrente, que geralmente está
marcado no próprio fusível, quando a corrente que passa por ele atingir este valor
limite, o filamento se rompe abrindo o circuito e fazendo com que este dispositivo
seja substituído.
3 PROBLEMA
Uma revendedora que utiliza fusíveis em quadros de comando deparou-se
com alto índice de queima daqueles componentes. Insatisfeita com o parecer dado
pela indústria dos fusíveis, propôs aos acadêmicos da Universidade Tecnológica
Federal do Paraná a realização de uma pesquisa aplicada para resolução do
problema.
4 JUSTIFICATIVA
Os estudos proporcionarão o correto uso dos fusíveis segundo as suas
características como a corrente nominal, corrente de curto-circuito, tempo de ação e
resistência de contato. Dessa forma há de se evitar a perda de produtividade e
desempenho da empresa devido ao atraso proporcionado pela necessidade de se
trocar um fusível queimado, além de proteger com eficiência os equipamentos que
detêm um custo maior para a empresa.
2
5 OBJETIVO GERAL
Descobrir motivo pelo qual os fusíveis utilizados em quadros de comando
estão queimando.
6 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Estudo do funcionamento dos fusíveis, assim como o de suas partes através de
uma fundamentação teórica.
Realizar testes com fusíveis em laboratório.
Analisar dos testes.
Analisar as condições do local de instalação dos fusíveis.
Elaboração de relatório.
Elaboração de artigo técnico.
7 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Fusível é um componente de um circuito elétrico destinado a protegê-lo
contra elevações na corrente elétrica. Sendo um dispositivo de interrupção de
corrente é necessário estar familiarizado com alguns termos técnicos.
7.1 CORRENTE NOMINAL (IN)
É o valor de corrente que pode percorrer o fusível por tempo indeterminado
sem que este apresente um aquecimento excessivo. (FILHO, J. M.; 1997).
7.2 CORRENTE TÉRMICA NOMINAL (Ith)
É a maior corrente que o dispositivo deve suportar num período de oito
horas sem que o aumento da temperatura ultrapasse os limites especificados. “Sem
que a elevação de temperatura de suas várias partes exceda limites especificados
(que são os mesmos indicados na tabela 3 da NBR 5361)”. (COTRIM, 2003. p.279).
7.3 CORRENTE DE AJUSTE
Valor de corrente em que o dispositivo é ajustado e as configurações são
definidas. (COTRIM, 2003).
7.4 CORRENTE CONVENCIONAL DE FUSÃO (IF)
Valor de corrente que ativa a atuação do dispositivo dentro de um tempo
determinado. (COTRIM, 2003).
7.5 CORRENTE CONVENCIONAL DE NÃO FUSÃO (INF)
É a corrente que pode ser suportada pelo dispositivo durante um tempo
especificado.
3
As correntes convencional de fusão e de não fusão são de um valor maior
do que as correntes nominal e de ajuste do dispositivo.
Os fusíveis também têm uma tensão máxima de operação que deve ser
obedecida, ligado diretamente com a natureza do material empregado. (COTRIM,
2003).
Tabela 1 – Correntes convencionais de fusíveis
TIPO CORRENTE NOMINAL IN (A)
CORRENTE CONVENCIONAL DE NÃO FUSÃO (INF)
CORRENTE CONVENCIONAL DE FUSÃO (IF)
NORMA
Fusível gl IN ≤ 44 < IN ≤ 1010 < IN ≤ 2525 < IN ≤ 100100 < IN ≤ 1.000
1,5 IN
1,5 IN
1,4 IN
1,3 IN
1,2 IN
2,1 IN
1,9 IN
1,75 IN
1,6 IN
1,6 IN
IEC – 269 (1973)
Fusível gll Todas 1,2 IN 1,6 IN IEC – 269 (1973)
Fusível gG Todas 1,25 IN 1,6 IN NBR 11840Fonte: COTRIM
7.6 COMPOSIÇÃO
Os fusíveis são constituídos geralmente por ligas. Essas ligas apresentam
baixo ponto de fusão, de 60º a 200º C. Esse baixo ponto de fusão é o princípio de
funcionamento do fusível, uma vez que este se funde e abre o circuito.
Tabela 2 - Temperatura de fusão das principais ligas de fusíveis
Pb Sn Bi Cd Hg PONTO DE FUSÃO (ºC)67% 33% - - - 200 ºC38% 62% - - - 183 ºC50% - 50% - - 160 ºC32% 50% - 18% - 145 ºC27% 13% 50% 10% - 72 ºC20% - 20% - 60% 20 ºC
Fonte: http://www.eletrica.ufpr.br/
As ligas que possuem ponto de fusão mais baixo são utilizadas na
confecção de fusíveis rápidos.
7.7 CLASSES DE FUSÍVEIS
Tipo de sobre corrente que o fusível há de atuar:
"g" – Indica que é de atuação para sobrecarga e curto;
"a" – Indica que é de atuação apenas para curto-circuito.
Tipo de equipamento que o fusível há de proteger:
"L/G" – Utilizado para proteção de cabos e seve de uso geral;
4
"M" – Utilizado para proteção de motores;
"R"- Utilizado para proteção de circuitos com semicondutores. (BRASIL ESCOLA,
2008)
Devido ao tempo de atuação dos fusíveis, estes são classificados como
ultra-rápidos, rápidos e retardados. Os chamados de retardados, apresentam um
tempo relativamente longo para abrir. Outros, chamados rápidos, abrem em um
tempo bem menor, na mesma corrente. Esta diversidade é necessária, uma vez que
cargas comuns como motores têm um pico de corrente na partida que deve ser
suportado e, portanto, o tipo retardado deve ser usado. Equipamentos sensíveis
como os eletrônicos precisam de uma ação rápida para uma correta proteção. Um
fusível rápido colocado no lugar de um retardado provavelmente irá abrir ao se ligar
à carga. E um retardado no lugar de um rápido poderá não proteger os componentes
em caso de um curto-circuito interno no equipamento. (FILHO, D. L. L., 2002)
7.8 FUSÍVEL DIAZED
Figura 1 – Fusíveis DIAZED
Fonte: http://www.siemens.com.br/
DIA- Diâmetro, Z- duas partes (bipartido), ED- Rosca do tipo Edson.
É um fusível limitador de corrente de baixa tensão, cujo tempo de
interrupção é tão curto que o valor de crista da corrente presumida do circuito não é
atingido. (NISKIER; MACINTYRE, 2000).
Possuem categoria de utilização gL/gG, em três tamanhos (DI, DII e DIII)
atendem as correntes nominais de 2 a 100A.
Os fusíveis DIAZED de 1A até 20A têm limitadores de tensão de capacidade
100kA.
Através de parafusos de ajuste, impedem a mudança para valores
superiores, preservando as especificações do projeto.
5
Os acessórios para fusíveis DIAZED (tampa, anel de proteção, fusível,
parafuso de ajuste e base) permitem o seu manuseio sem riscos de toque acidental.
7.9 REGIME DE TRABALHO
Os fusíveis devem suportar a uma corrente máxima por um período
contínuo. Normalmente, essa corrente é 150% da corrente específica nominal do
fusível. (DEPARTAMENTO ENGENHARIA ELÉTRICA, 2008).
Tabela 3 - Tempo de fusão dos fusíveis a uma corrente 150% maior
CORRENTE NOMINAL (A)
TEMPO PARA FUSÃO (MIN)
0 a 30 130 a 60 2
60 a 100 4100 a 200 6200 a 400 10400 a 600 15
Fonte: http://www.eletrica.ufpr.br/
Sabe-se que nem os fusíveis rápidos, nem os de ação retardada fundem-se
nos tempos dados pela tabela, sendo que o primeiro funde-se muito antes e o
segundo muito depois.
7.10 FÓRMULA DE PREECE
Através da fórmula de PREECE pode-se estabelecer a relação matemática
entre o diâmetro da liga fusível e a corrente necessária à fusão.
(1)
Onde I é a corrente de fusão do fio, a é um parâmetro tabelado e d é o
diâmetro do fio. (DEPARTAMENTO ENGENHARIA ELÉTRICA, 2008).
Tabela 4 - Constante para cada material
MATERIAL aCobre 80
Alumínio 59,3MATERIAL aConstantan 44,4Prata alemã 40,9
Estanho 12,83Chumbo 10,77
67 chumbo + 33 estanho 10,30Fonte: http://www.eletrica.ufpr.br/
6
Essa fórmula é deduzida a partir da igualdade de duas equações, uma que é
a potência produzida pelo elemento e outra que é a potência irradiada pelo mesmo.
Após igualarmos estes duas equações, inclui-se no mesmo a variação da
temperatura e após as simplificações aplicáveis, tem-se a fórmula supracitada.
(DEPARTAMENTO ENGENHARIA ELÉTRICA, 2008).
7.11 FÓRMULA PARA O CÁLCULO DO TEMPO PARA FUSÃO
Também através do equilíbrio calorimétrico no material, tira-se a seguinte
fórmula:
(2)
Onde S é a seção do fio em mm² , I a corrente em ampère e k’ a constante
do material.
Tabela 5 – Constante k’ para cada material
MATERIAL k’Cobre 0,005
Alumínio 0,011Chumbo 0,140Niquelina 0,119
Fonte: http://www.eletrica.ufpr.br/
8 ESTADO DA ARTE
Em seus laboratórios, o Cepel realiza testes, serviços técnicos e especiais,
ensaios de tipo, de desenvolvimento, de conformidade, de materiais e de perícia em
equipamentos. Está capacitado para medições especiais em sistemas elétricos e
calibração de instrumentos e de sistemas de medição de alta tensão.
8.1 DISPOSITIVO DE BAIXA TENSÃO
Ensaios credenciados pelo INMETRO que visam a obtenção de certificação
e marca nacional de conformidade: fusível rolha e fusível cartucho. (CEPEL
CENTRO DE PESQUISA DE ENERGIA ELÉTRICA)
9 DESENVOLVIMENTO
Em laboratório serão realizados 10 experimentos em relação ao tempo de
fusão do fusível DIAZED 2A a uma determinada corrente. Utilizaremos 5 valores
7
diferentes de corrente (cada corrente será testada em 2 experimentos) para verificar
a curva do fusível ilustrada pela Figura 2.
Figura 2 – Gráfico da curva característica do fusível DIAZED
Fonte: http://www.siemens.com.br/
Figura 3 – Circuito elétrico do experimento
Fonte: própria
8
Tabela 6 – Experimentos realizados no laboratório
FusívelCorrente Nominal
(A)Tempo para fusão
(seg)
Ativou
Sim Não
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10 CUSTOS
Tabela 7 – Ferramentas
ITEM QTD ESPECIFICAÇÃO UNIDADECUSTO
UNIT. (R$)CUSTO
PARCIAL (R$)1 1 Chave de fenda ¼” Peça 4,05 4,05
Sub-Total 4,05
Tabela 8 – Equipamentos
ITEM QTD ESPECIFICAÇÃO UNIDADECUSTO
UNIT. (R$)CUSTO
PARCIAL (R$)1 1 Cronômetro digital
Prodigital CP-1PPeça 35,00 35,00
2 2Cabo banana 4mm Minipa MTL-23
Peça 8,48 16,96
3 1Cabo banana 4mm Minipa MTL-22
Peça 8,28 8,28
4 1Lâmpada incandescente 60W/127V Philips
Peça 1,49 1,49
5 1Bocal lâmpada Tipo Base E-27 DAVAL
Peça 9,90 9,90
6 1Fonte Alim. PROGR. 0-40V/5A+RS23
Peça 650,00 650,00
7 1Multímetro digital Minipa ET-1400
Peça 63,70 63,70
Sub-Total 785,33
9
Tabela 9 – Materiais
ITEM QTD ESPECIFICAÇÃO UNIDADECUSTO
UNIT. (R$)CUSTO
PARCIAL (R$)1 10 Fusível DIAZED 2A
Siemens 5SB2 11peça 1,54 15,40
2 1Base Unip. Siemens 5SF1002-2MB DII 25A/500V
Peça 6,78 6,78
3 1Anel de proteção p/ base unip. Siemens
Peça 1,00 1,00
4 1Parafuse de ajuste 2A/500V SH3 10 Rosa
Peça 2,84 2,84
5 1Tampa p/ fusível DIAZED 25A/500V TEE
Peça 4,83 4,83
Sub-Total 30,85
Tabela 10 – Administrativo
ITEM QTD ESPECIFICAÇÃO UNIDADECUSTO
UNIT. (R$)CUSTO
PARCIAL (R$)1 4 Lapiseira - 4,00 16,002 1 Caneta Caixa 5,00 5,003 4 Borracha - 0,50 2,004 1 Grafite Caixa 1,00 1,005 1 Grampeador - 8,00 8,007 4 Régua - 0,70 2,808 1 CD-RW - 0,75 0,759 100 Papel A4 Folha 0,05 5,00
10 1 Cartucho preto - 90,00 90,0012 1 Água - 30,00 30,0013 1 Luz - 30,00 30,0014 1 Telefone - 30,00 30,0015 1 Internet - 30,00 30,00
Sub-Total 256,80
Tabela 11 – Logística
ITEM QTD ESPECIFICAÇÃO UNIDADECUSTO
UNIT. (R$)CUSTO
PARCIAL (R$)1 72 Alimentação - 10,00 720,002 30 Combustível Litro 2,33 69,90
Sub-Total 789,90
Tabela 12 – Ambiente
# QTD ESPECIFICAÇÃO UNIDADECUSTO
UNIT. (R$)CUSTO
PARCIAL (R$)1 2 Laboratório Hora 50,00 100,00
Sub-Total 100,00
10
Tabela 13 – Recursos Humanos
ITEM QTD ESPECIFICAÇÃO UNIDADECUSTO
UNIT. (R$)CUSTO
PARCIAL (R$)1 12 Consultor (Julio C. Nitsch) Hora 150,00 1800,002 12 Executora (Daniele R.) Hora 4,50 54,003 12 Executora (Camile C.) Hora 4,50 54,004 12 Executor (Rafael M.) Hora 4,50 54,005 12 Executor (Luiz S.) Hora 4,50 54,00
Sub-Total 2016,00
Recursos Financeiros R$ 3982,93Lucro R$ 6000,00
Total Geral do Projeto R$ 9982,93
11 CRONOGRAMA
Tabela 14 - Cronograma
Período (semana) 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª 8ª 9ª 10ª 11ª 12ª 13ª 14ª 15ªDiscussão do tema X XElaboração da pesquisa
X X X X X
Pesquisa de preços X X X XApresentação 1 XApresentação 2 XApresentação 3 XApresentação 4 XTestes de laboratório XArtigo para revista XArtigo técnico XRelatório XConclusões finais X
11
REFERÊNCIAS
COTRIM, A. A. M. B. Instalações Elétricas. 4.ed. São Paulo: Prentice Hall, 2003.
FILHO, D. L. L. Projetos de instalações elétricas prediais. 7.ed. São Paulo: Érica,
2002.
NISKIER, J.; MACINTYRE, A. J. Instalações Elétricas. 4.ed. Rio de Janeiro: LTC,
2000.
FILHO, J. M. Instalações Elétricas Industriais. 5.ed. Rio de Janeiro: LTC, 1997.
DEPARTAMENTO ENGENHARIA ELÉTRICA, Homepage na Internet; Endereço:
http://www.eletrica.ufpr.br/, com link em /piazza/materiais/AntonJunior.pdf. Acessado
em 19 de março de 2008 – 17:45.
THS IND. E COMÉRCIO LTDA., Homepage na Internet; Endereço:
http://www.chavesfusiveis.com.br/, com link em pro_fusiveis1.htm. Acessado em 19
de março de 2008 – 18:05.
SIEMENS S.A., Homepage na Internet; Endereço: http://www.siemens.com.br/,
com link em templates/br_d_negocios_produtos.aspx?channel=250&menu_id=4.
Acessado em 19 de março de 2008 – 21:15.
WIKIPEDIA, Homepage na Internet; Endereço: http://pt.wikipedia.org/, com link em
wiki/Fus%C3%ADvel. Acessado em 19 de março de 2008 – 21:30. (especificar em q
parte do texto isso tah)
BRASIL ESCOLA, Homepage na Internet; Endereço: http://www.brasilescola.com/,
com link em fisica/fusiveis.htm. Acessado em 19 de março de 2008 – 23:00.
CEPEL CENTRO DE PESQUISA DE ENERGIA ELÉTRICA, Homepage na Internet;
Endereço: http://www.cepel.br, com link em /servicos/ensaios.shtm. Acessado em 11
de abril de 2008 – 10:30.