Práticas pedagógicas no desenvolvimento e aplicação de sistemas de partida em motores elétricos trifásicos: relato de experiência

A educação é a força motriz que impulsiona o progresso tecnológico e industrial em todo o mundo. Em um cenário cada vez mais globalizado e orientado pela inovação, a formação de profissionais qualificados é essencial para enfrentar os desafios complexos da atualidade. Nesse contexto, a integração de práticas pedagógicas eficazes relacionadas ao desenvolvimento e à aplicação de sistemas de partida em motores elétricos trifásicos, desempenha papel fundamental na preparação de futuros engenheiros e técnicos, capacitando-os a enfrentar os desafios reais do mundo industrial.

De acordo com Romano (2000), nessa concepção de fatores competitivos onde a tecnologia modifica as formas de se produzir e os próprios produtos, deve surgir uma nova metodologia de formação profissional inserida em uma dinâmica no mundo do trabalho.

A partida de motores elétricos trifásicos é um assunto de grande relevância no campo da engenharia elétrica e da automação industrial. A operação inadequada desses motores pode resultar em perdas significativas de eficiência energética e desgaste prematuro, afetando diretamente a produtividade e a sustentabilidade das indústrias.

Corroborando a ideia, Guedes (1994, p. 11) ressalta que:

Como unidade conversora de energia elétrica em energia mecânica, o motor de indução trifásico necessita de ser alimentado em energia elétrica a partir de um sistema trifásico de tensões. Poderia ser criada uma fonte de alimentação própria para a instalação em que se encontra inserido o motor — autoprodução — mas, como a rede nacional de energia eléctrica distribui a energia em corrente alternada trifásica, normalmente, apenas se torna necessário estabelecer uma ligação entre o motor de indução trifásico e a rede eléctrica de utilização de energia. No entanto, das condições de funcionamento do motor elétrico podem resultar problemas para a rede elétrica, por isso há que assegurar que aquela ligação será feita através de um conjunto de proteções, enquanto que as características da energia fornecida pelo distribuidor de energia através da rede eléctrica — a qualidade de serviço — afectarão o funcionamento do motor de indução trifásico.

Diante do exposto, passamos a fazer o seguinte questionamento: como as tecnologias educacionais podem ser integradas para aprimorar o entendimento dos alunos dos sistemas de partida em motores elétricos trifásicos?

Nesse sentido, este trabalho tem como objetivo apresentar o relato da experiência vivenciado a partir de uma intervenção pedagógica desenvolvida com os alunos do curso Técnico em Eletroeletrônica, com a finalidade de explorar abordagens inovadoras e tecnológicas no aprimoramento do ensino de partida de motores elétricos trifásicos, incluindo o uso de simulações, laboratórios virtuais e recursos educacionais digitais.

Consideramos o estudo da temática relevante, pois é necessário preparar os futuros técnicos em Eletroeletrônica para os desafios complexos do mundo industrial, fornecendo-lhes as habilidades e o conhecimento necessários para enfrentar os problemas reais relacionados à partida de motores elétricos trifásicos. Além disso, a melhoria dos conhecimentos nessa área pode contribuir para a otimização dos processos industriais, a economia de recursos e a redução do impacto ambiental.

Conceituando os sistemas de partida em motores elétricos trifásicos

De acordo com Guedes (1994, p. 22), podemos conceituar motores elétricos trifásicos como:

uma máquina elétrica de corrente alternada, com o circuito elétrico de uma parte (a parte estatórica) formado por três bobinas de 2π/3 rad. e ligado a um sistema de alimentação trifásico, e com o circuito elétrico da outra parte (a parte rotórica) formado por uma bobina polifásica com os condutores curto-circuitados, submetidos a fenômenos de indução magnética. O motor elétrico é encontrado com grande frequência nas indústrias, pois é um dos principais elementos responsáveis por colocar em funcionamento uma máquina industrial.

A partida de motores elétricos trifásicos apresenta desafios específicos, incluindo picos de corrente e estresse mecânico. Alguns autores abordam esses desafios e as estratégias para superá-los. Segundo Salvadori, Campos e Forno (2007), com a utilização de um equipamento chamado de soft-starter (equipamento eletrônico capaz de controlar a potência do motor no instante da partida, bem como sua frenagem) é possível controlar a corrente de partida do motor, proporcionando uma partida suave, de forma a não provocar quedas bruscas de tensão na rede de alimentação.

Nesse sentido, a proteção adequada aos motores durante a operação é imprescindível. Conforme Bulgarelli (2006), a proteção térmica de motores de indução é basicamente projetada para proteger a isolação dos enrolamentos contra a sobrecarga térmica, podendo implicar na redução de sua vida útil. Um importante dispositivo utilizado a fim de proteger o motor elétrico é o relé térmico (dispositivo para proteção de sobrecarga de corrente em motores elétricos evitando que tenha sobreaquecimento). Segundo Taques (2016), ele tem como princípio a deformação de um bimetal. O bimetal é formado por duas lâminas de metais diferentes (tipicamente ferro e níquel) cujos coeficientes de dilação é diferente. Com o aumento da temperatura provocado pelo aumento da circulação de corrente pelo bimetal, ele se deforma.

A eficiência energética é uma preocupação crescente na indústria. De acordo com o estudo de Garcia (2003), a aplicação da lei de eficiência energética poderá propiciar uma economia de aproximadamente 1% da energia elétrica usada pelos motores na indústria. Estratégias como a partida suave e o controle de velocidade são exploradas como meios de otimizar o consumo de energia.

Com esse propósito, a constante evolução da tecnologia também desempenha um papel importante no campo dos sistemas de partida em motores elétricos trifásicos. De acordo com Mejia (2015), as inovações tecnológicas têm propiciado benefícios econômicos, ambientais e sociais desde os primórdios da humanidade, sobretudo após a primeira revolução industrial. Um equipamento que pode ser mencionado é o inversor de frequência. Segundo Marques (2014), sua utilização se dá quando é necessário fazer o controle da velocidade de motores elétricos. Também é possível que o dispositivo controle o torque de motores.

Portanto, refletimos a respeito da importância dos princípios de funcionamento dos motores elétricos trifásicos, os desafios enfrentados na partida, estratégias de controle e proteção, a busca pela eficiência energética e as inovações tecnológicas nesse campo. Essa revisão de literatura serve como uma base sólida para a compreensão e a aplicação de sistemas de partida em motores elétricos trifásicos, abordando tanto aspectos teóricos quanto práticas atuais do campo da engenharia elétrica e da automação industrial.

Metodologia

Para a construção da intervenção pedagógica, recorremos às contribuições teóricas de Guedes (1994), Bulgarelli (2006), Taques (2016), entre outros que abordam a temática em estudo.

            A partir do embasamento teórico desses referenciais foi construída uma proposta de intervenção pedagógica em uma aula, com o objetivo de proporcionar aos alunos uma compreensão aprofundada do desenvolvimento e da aplicação de sistemas de partida em motores elétricos trifásicos. Dessa forma, a finalidade foi integrar teoria e prática, capacitando os alunos para enfrentarem desafios reais na indústria.

Os colaboradores da pesquisa foram 13 alunos do curso Técnico em Eletroeletrônica da Escola Senai, localizada no município de Campina Grande/ PB.

A experiência vivenciada aconteceu entre os meses de junho e julho de 2023, com carga horária de 40 horas-aula, distribuídas em 10 dias.

Para compreender os sistemas de partida, a experiência vivenciada foi organizada em três momentos. No primeiro momento, de forma expositiva, iniciamos a explanação em sala de aula com uma breve introdução teórica dos motores elétricos trifásicos, pois é importante ter uma compreensão sólida do seu princípio de funcionamento (Quadro 1).

Quadro 1: Planejamento das aulas teóricas (12 horas-aula)

Aulas	O que vou abordar?	Metodologia	Recursos necessários
01	Introdução ao sistema de partida: overview da importância e tipos de sistemas de partida em motores elétricos	Aula expositiva e dialogada	Quadro branco Datashow Computador
02	Componentes dos sistemas de partida	Aula expositiva e dialogada Exercício escrito	Quadro branco Datashow Computador
03	Normas e regulamentações	Aula expositiva e dialogada Exercício escrito	Quadro branco Datashow Computador

Na aula 1, fizemos uma exposição dialogada, explicando a necessidade de sistemas de partida para motores elétricos. Discutindo as condições de operações ideais e as dificuldades encontradas na partida direta.

Na aula 2, realizamos uma exposição dialogada, com uma breve revisão da importância dos sistemas de partida, destacando a complexidade dos componentes e sua influência no desempenho do motor e explorando os principais componentes dos sistemas de partida, conforme a apresentação: contatores, relés térmicos, disjuntores, chaves de partida, soft starters e inversores de frequência. No final, aplicamos um exercício de verificação da aprendizagem.

Na aula 3, fizemos novamente uma exposição dialogada, apresentando a importância das normas e das regulamentações na indústria elétrica, destacando como essas diretrizes garantem a segurança, a eficiência e a interoperabilidade dos sistemas de partida. Foram apresentadas as principais normas e regulamentações, dentre elas: NR-10, NR-12, Norma ABNT NBR IEC 60947-4-1, Norma ABNT NBR IEC 60034-8 e Norma ABNT NBR 5410. No final, aplicamos um exercício de verificação da aprendizagem.

No segundo momento, colocamos em prática no projeto o que foi aprendido na teoria, com a utilização do software de simulação no computador (Quadro 2).

Quadro 2: Planejamento das aulas práticas (12 horas-aula).

Aulas	O que vou abordar?	Metodologia	Recursos necessários
01	Simulações	Utilização de softwares de simulação (CADe_SIMU) para explorar diferentes cenários de partida	Softwares de simulação  e computador
02	Estudo de caso	Análise de casos reais de aplicação de sistemas de partida em motores elétricos	Quadro branco Datashow Computador

Nas simulações com o software CADe_SIMU, exploramos as configurações possíveis para sistemas de partida, destacando as diferenças e as vantagens de cada uma, com o foco na interação prática com os diversos componentes, como contatores, relés térmicos e chaves de partida. Procuramos relacionar as simulações com as aplicações industriais reais, fornecendo um contexto prático para o aprendizado do estudante.

Para tanto, apresentamos em sala de aula um estudo de caso envolvendo um cenário prático de uma indústria que utiliza motores elétricos trifásicos. Assim, observamos momentos de discussão a respeito de como é realizada a escolha do sistema de partida e como ela pode afetar a eficiência operacional, a manutenção e os custos de energia.

No terceiro momento da pesquisa, propomos para os alunos atividades envolvendo práticas supervisionadas, com o objetivo de exercitar o que foi estudado na teoria e posteriormente na simulação (Quadro 3).

Quadro 3: Planejamento das práticas supervisionadas (16 horas-aula)

Aulas	O que vou abordar?	Metodologia	Recursos necessários
01	Projetos em grupo	Formação de grupos para desenvolver projetos práticos de sistemas de partida em motores trifásicos	Laboratório equipado com motores elétricos trifásicos e dispositivos utilizados em sistemas de partida
02	Orientação individual	Sessões de orientação para cada grupo, oferecendo suporte na implementação e solução de desafios	Quadro branco Datashow Computador
03	Instalação de sistemas de partidas para motores elétricos trifásicos	Cada grupo instala o seu sistema de partida de acordo com o projeto desenvolvido no software	Laboratório equipado com motores elétricos trifásicos e dispositivos utilizados em sistemas de partida
04	Apresentação dos projetos	Cada grupo apresenta seu projeto, explicando as escolhas técnicas, desafios enfrentados e soluções implementadas	Quadro branco Datashow Computador

Em sala de aula, organizamos os grupos e realizamos um momento de orientação a cada equipe que buscava ativamente uma mediação, demonstrando postura proativa na resolução de problemas.

No laboratório, organizamos estações de trabalho com materiais e componentes necessários para a montagem dos sistemas de partida com equipamentos de segurança, como: luvas, óculos de proteção e ferramentas adequadas. Esses elementos foram fornecidos para garantir uma prática segura.

Resultados e discussões

A aula com o CADe_SIMU promoveu uma melhor integração entre a teoria aprendida em sala de aula e sua aplicação prática. Os alunos relacionaram conceitos teóricos a situações reais, observando por meio desses conceitos  as influências no comportamento do sistema (Figura 1).

Nas aulas práticas, iniciamos a montagem da partida direta, na qual os alunos foram orientados a seguir os diagramas elétricos, conectando os componentes (contatores, disjuntores, relés térmicos) e realizando a fiação, de acordo com as normas.

Na montagem de partida estrela-triângulo, os alunos foram desafiados a identificar e a conectar os componentes específicos necessários para esse tipo de partida. Na utilização de Soft Starters e Inversores de Frequência, introduzimos a montagem de sistemas mais avançados e os alunos tiveram a oportunidade de trabalhar com dispositivos eletrônicos, compreendendo como integrá-los ao sistema.

Após a montagem, os alunos foram orientados a realizar testes de funcionalidade e verificação. Isso incluiu a verificação da sequência de partida, a medição de correntes e tensões e a identificação de possíveis problemas (Figura 2).

Por fim, cada equipe apresentou brevemente cada prática realizada. A clareza na exposição, o domínio do conteúdo e a capacidade de comunicação efetiva foram critérios importantes. Ao apresentarem seus projetos, os alunos comunicaram suas escolhas técnicas, evidenciando não apenas a aplicação prática dos sistemas de partida, mas também uma compreensão aprofundada dos conceitos subjacentes.

Considerações finais

A experiência vivenciada apresentada neste trabalho foi essencial para os alunos, pois proporcionou a eles uma experiência abrangente, preparando-os para desafios reais da indústria.

Ao longo das aulas teóricas, os alunos absorveram conceitos fundamentais, entenderam a relevância prática dos sistemas de partida e familiarizaram-se com normas e regulamentações aplicáveis. A base teórica serve como alicerce para a aplicação prática, evidenciada nas aulas de laboratório, simulações e estudos de caso. A transição fluida entre teoria e prática é essencial para o desenvolvimento de uma compreensão holística do tema.

A fase de atividades práticas supervisionadas permitiu que os alunos aplicassem seus conhecimentos em projetos concretos, quando desafiados a integrarem elementos teóricos de maneira inovadora. A orientação individual oferecida durante essa etapa visa não apenas ao fornecimento de um suporte técnico, mas também serve para cultivar a habilidade dos alunos em resolver problemas de forma independente, promovendo uma aprendizagem mais autônoma e significativa.

As apresentações finais dos projetos proporcionaram aos alunos a oportunidade de consolidar seus aprendizados, aprimorando suas habilidades de comunicação. A avaliação criteriosa levou em consideração não apenas a aplicação correta dos conceitos,  como a originalidade, a criatividade e a eficácia na resolução de desafios práticos.

Ao término da intervenção, a expectativa é que os alunos tenham não apenas adquirido conhecimento técnico sólido dos sistemas de partida em motores elétricos trifásicos, mas tenham desenvolvido habilidades práticas essenciais para a sua atuação profissional. A integração bem-sucedida entre teoria e prática contribui não apenas para o enriquecimento do currículo acadêmico, mas à formação de profissionais capacitados e preparados para enfrentarem desafios dinâmicos do setor eletroeletrônico.

Referências

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 5410: Instalações elétricas de baixa tensão. Rio de Janeiro: ABNT, 2004.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR IEC 60034-8: Máquinas elétricas rotativas. Rio de Janeiro: ABNT, 2005.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR IEC 60947-4-1: Dispositivo de manobra e comando de baixa tensão. Rio de Janeiro: ABNT, 2018.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NR 10: Instalações e serviços de eletricidade. Rio de Janeiro: ABNT, 1978.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NR 12: Segurança no trabalho em máquinas e equipamentos. Rio de Janeiro: ABNT, 1978.

BULGARELLI, Roberval. Proteção térmica de motores de indução trifásicos industriais. Tese (Doutorado) - Universidade de São Paulo, São Paulo, 2006.

GARCIA, Agenor Gomes Pinto. Impacto da lei de eficiência energética para motores elétricos no potencial de conservação de energia na indústria. Tese (Doutorado em Planejamento Energético) – Coppe, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2003.

GUEDES, Manuel Vaz. O motor de indução trifásico. Porto: DEEC, 1994.

MARQUES, Laura Eduarda Vieira Pereira. Estudo sobre inversores de frequência e elaboração de guias experimentais para acionamento de motor de indução. 2014. 73f. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Sistemas Elétricos) – Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande, 2014.

MEJÍA, Carolina Sandoval. Boas práticas e inovações tecnológicas visando ganhos de eficiênciaenergética em alguns segmentos industriais energo intensivos. 2015. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2015.

ROMANO, Cezar Augusto. O desafio de uma nova proposta para a graduação na Educação Profissional: o caso do Cefet-PR. 2000. 162f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Produção) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2000.

SALVADORI, F.; CAMPOS, M. D.; FORNO, R. H. D. Estudo comparativo entre o acionamento de motores de indução trifásicos, com soft-starter e inversor de frequência. Salão do Conhecimento, v. 1(1), 2007. Disponível em: https://publicacoeseventos.unijui.edu.br/index.php/salaoconhecimento/article/view/13777.

TAQUES, Mauricio Martins. Comandos elétricos industriais. Florianópolis: Instituto Federal de Santa Catarina, 2016. Disponível em: https://www.studocu.com/pt-br/document/universidade-estacio-de-sa/redes-de-computadores-para-controle-e-automacao/apostila-comandos-industriais-teoria-prof-mauricio-taques-vmarco-2016/63030396.