BR112015009430B1

BR112015009430B1 - Sistema de troca térmica para carcaças de máquinas elétricas girantes

Info

Publication number: BR112015009430B1
Application number: BR112015009430-9A
Authority: BR
Inventors: Cassiano Antunes Cezario
Original assignee: Weg Equipamentos Elétricos S/A - Motores
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2021-10-26
Also published as: CN104885339A; EP2937974B1; MX353980B; BR112015009430A2; US20150318757A1; US9843236B2; WO2014094082A1; MX2015008053A; EP2937974A1; EP2937974A4; CN104885339B

Abstract

sistema de troca térmica para carcaças de máquinas elétricas girantes. a presente invenção reivindica um sistema de troca térmica aplicado a carcaça de máquinas elétricas girantes utilizando o mesmo, em que as ditas máquinas são dotadas de uma carcaça aletada compreendendo uma pluralidade de aletas (2) dotada de um perfil modificado, cada qual intercalada com aletas (3) complementares, ambos os perfis distribuídos sobre a superfície externa da carcaça (1). as citadas aletas (2) e (3) de perfil predominantemente contínuo, suportadas paralelamente ao longo do comprimento da carcaça ( 1) , apresentam respectivamente projeções (sa) e (sb) a partir da linha guia (4) sendo as estruturas (sa) e (sb) de seção trapezoidal ou retangular intercaladas entre si na região dianteira da máquina (1).

Description

Campo de Aplicação

A presente invenção revela um sistema de troca térmica para carcaças de máquinas elétricas girantes compreendendo uma distribuição singular de aletas em sua região frontal, de modo a incrementar localmente o coeficiente de convecção, e consequentemente, aumentar a troca térmica, sem impactar nas etapas de fundição e acabamento do produto final. Em outro aspecto da invenção revela uma máquina elétrica girante compreendendo o sistema ora proposto.

Fundamentos da Invenção

Um dos fatores que define o grau de complexidade de uma carcaça aletada de uma máquina elétrica girante é a relação altura por distância entre aletas; tal relação impacta tanto no processo de fundição quanto no processo de acabamento do produto final, especialmente na pintura. Uma otimização das aletas visando maximizar o coeficiente de convecção pode resultar em uma minimização dessa relação sem comprometer a troca térmica na maior parte da superfície da carcaça. No entanto, é inevitável que ao longo do comprimento da carcaça o coeficiente de convecção seja reduzido, especialmente na região dianteira, uma vez que a intensidade da velocidade do escoamento de ar sofre redução em função da distância percorrida e do respectivo afastamento em relação ao sistema de ventilação, basicamente devido a perdas intrínsecas ao processo de deslocamento do escoamento de ar. Por sua vez, o coeficiente de convecção é diretamente correlacionado com a velocidade do ar e a área de troca térmica.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA

No estado da técnica existem algumas propostas que tentam contornar a redução do coeficiente de convecção ao longo do comprimento da carcaça. Uma das mais comuns compreende a formação de “estruturas labirínticas”, explorando-se a descontinuidade das aletas da carcaça de modo a favorecer o escoamento do ar. Um exemplo é revelado no documento JP9093865, em que se revela um motor de indução dotado de aletas descontínuas dispostas axialmente ao longo da superfície externa da carcaça e dotada de defletores em sua extremidade distal.

Da mesma forma, o documento JP7321847 explora um arranjo de aletas segregadas, intercaladas umas as outras; outra proposta similar é revelada na patente CN201877950, no qual se tem um dispositivo de dissipação de calor para motores compreendendo o uso de uma fonte de escoamento de ar.

Alternativamente, existem projetos que adequam o perfil das aletas como forma de minimizar a queda na velocidade do escoamento de ar. Como ilustrativos dessas concretizações, têm-se os documentos DE2139409 e JP59226635 no qual revelam um método para montar chapas afuniladas em carcaças de motores elétricos.

Observa-se a partir das anterioridades que os projetos usuais apresentam uma complexidade construtiva razoável impactando nos custos de industrialização, além de dificultar as etapas finais de acabamento do produto, tal como o processo de eliminação de rebarbas na peça fundida e a pintura. Nessa última, por exemplo, deve ser realizada uma inspeção prévia do produto, objetivando averiguar a existência de resíduos (óleo, graxa, areia, ou resíduos de soldagem). Na seqüência, seguem-se etapas de limpeza (jateamento ou hidrojateamento abrasivos, lixa, dentre outras), sendo que as condições operacionais da máquina elétrica determinarão o tipo de pintura. Nos documentos previamente mencionados, é possível discernir que a falta de uniformidade espacial entre as aletas da carcaça dificulta uma aplicação homogênea da tinta, além de demandar uma maior atenção no controle de qualidade, para evitar a existência de irregularidades que possam caracterizar defeitos de acabamento.

No que concerne à fundição, deve ser considerado que a maioria dos processos de usinagem produz um excedente de rebarbas sendo necessária a retirada dessas da carcaça da máquina elétrica girante. A construção de estruturas aletadas em labirinto ou segregadas constitui uma clara desvantagem em relação a esse fator, uma vez que serão necessários cuidados extras nos procedimentos de remoção dessas arestas do produto final.

As figuras 1a e 1b ilustram um projeto tradicional de uma carcaça de máquina elétrica girante dotada de uma pluralidade de aletas com seção transversal uniforme e dispostas axialmente ao longo da superfície externa da carcaça. Nessa concepção os inconvenientes/dificuldades acerca da pintura e fundição descritos previamente, são determinados pela relação altura por distância entre as aletas e se mantém constante ao longo do comprimento da carcaça. No entanto, ocorre uma redução no coeficiente de convecção ao longo do comprimento da carcaça, devido à redução de velocidade do escoamento de ar. O incremento da área de troca térmica, através do incremento da relação altura por distância entre aletas, impacta diretamente no incremento do grau de dificuldade de fabricação e pintura, existindo assim, uma demanda por produtos que apresentem uma eficiência térmica adequada sem prejudicar as do processo de fabricação.

Os documentos JP H07 154940 A, EP 0 917 275 A1 e JP H05 49216 A descrevem máquinas elétricas girantes com carcaças aletadas de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

OBJETIVO DA INVENÇÃO

A presente invenção fornece uma carcaça aletada de acordo com a reivindicação 1 e uma máquinas elétrica girante de acordo com a reivindicação 5.

A presente invenção visa contornar as desvantagens do estado da técnica, revelando uma proposta alternativa de carcaça de máquina elétrica girante, dotada de aletas de geometria modificada, intercaladas com as aletas vizinhas, na região longitudinal dianteira, na qual ocorre o incremento da área de troca térmica, sem ônus ao processo de fabricação.

Em um aspecto da presente invenção revela-se um sistema de troca térmica aplicado a carcaças de máquinas elétricas girantes, no qual se proporciona um incremento no coeficiente de convecção através do aumento localizado da área de troca térmica, sem onerar a complexidade de fabricação, incluindo o processo de pintura.

Em outro aspecto da presente invenção, revela-se uma carcaça de máquina elétrica girante compreendendo o sistema de troca térmica ora proposto.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

As Figuras 1a e 1b ilustram uma carcaça de máquina elétrica girante pertinentes ao estado da técnica.

A Figura 2 ilustra uma vista inclinada da carcaça da máquina elétrica girante.

A Figura 3 ilustra um detalhe da vista lateral inclinada da carcaça de máquina elétrica girante.

DESCRIÇÃO DETALHADA DO INVENTO

As Figuras 2 e 3 representam a seguir umaconcretização de uma máquina elétrica girante compreendendo o sistema proposto. Para fins de referência, a carcaça (1) subdivide-se em uma porção dianteira (A) e uma porção traseira (B). Adota-se por convenção que a região (A) anterior seja aquela em comunicação com a tampa dianteira (não mostrado nas figuras) de uma máquina elétrica girante, enquanto a porção (B) posterior corresponderá à região da carcaça proximal ao conjunto ventilador (não mostrado nas figuras) e a tampa defletora (6).

A Figura 2 em uma concretização preferencial ilustra uma vista externa em perspectiva da carcaça (1), dotada de uma pluralidade de aletas (2) dotado de um perfil modificado e intercalado da aleta (3) na porção dianteira (A). As aletas (2) e o seu perfil modificado e intercalado da aleta (3) na porção dianteira (A) são distribuídas sobre as laterais, na parte superior e inferior da superfície externa da carcaça (1). As aletas (2) e o seu perfil modificado e intercalado da aleta (3) na porção dianteira (A) apresentam de maneira geral, um perfil predominantemente contínuo, sendo suportadas paralelamente ao longo do comprimento da carcaça (1). A distinção estrutural entre as ditas aletas (2) e o seu perfil modificado e intercalado da aleta (3) na porção dianteira (A) decorre através da localização de suas respectivas projeções (5a) e (5b) a partir da linha guia (4) conforme será detalhado a seguir.

A Figura 3 ilustra uma vista aproximada da porção (A) da carcaça. Conforme pode ser observado, a região (A) é caracterizada por apresentar uma série de estruturas (5a) e (5b) de seção trapezoidal ou retangular intercaladas entre si. As estruturas (5a) e (5b) alternam-se ao longo da linha guia (4) de cada aleta (2) e o seu perfil modificado e intercalado da aleta (3) na porção dianteira (A). Tomando como referência as regiões (A) e (B) percebe-se que a estrutura (5a) projeta-se ao longo da linha guia (4) de modo proximal em relação à tampa dianteira e distal em relação à tampa defletora (6). De forma alternada, têm- se aletas (3) dispostas de forma paralela e intercaladas à primeira aleta (2); nessa, a estrutura (5b) é projetada posteriormente em relação à estrutura (5a) da aleta (2) e mais distalmente em relação à tampa dianteira. Sendo a taxa de transferência de calor dependente da área de convecção, temperatura ambiente e do coeficiente convectivo, o aumento da área na porção dianteira (A) é a solução mais viável nesse sentido e sem gerar custos adicionais. Observa-se que a alternância da estrutura (5a) e (5b) minimiza permite o incremento da área de troca térmica na porção dianteira (A) sem penalizar a relação altura por distância entre aletas.

Preferencialmente, cada espécie de aleta (2, 3) projeta apenas uma estrutura (5a ou 5b). Também de forma preferencial a altura das aletas (2) deve ser uniforme ao longo do comprimento da carcaça e o fluido de resfriamento em questão ser o ar. Opcionalmente, as laterais de cada espécie de aleta (2) e (3) podem ser reforçadas visando à prevenção de danos durante etapas de fundição posteriores.

Em uma configuração alternativa, as estruturas (5a) e (5b) de seção trapezoidal ou retangular intercaladas entre si podem repetir-se, alternando-se, por mais de uma vez ao longo 5 da região (A).

Em uma outra configuração alternativa, as estruturas (5a) e (5b) de seção trapezoidal ou retangular intercaladas entre si podem se estender, alternando-se na porção dianteira (A) e também ao longo da porção traseira (B).

Obviamente será percebido que outras modificações e variações são consideradas dentro do escopo desta invenção, não se restringindo ao que foi exposto anteriormente.

Claims

1. CARCAÇA ALETADA (1) aplicada a uma máquina elétrica girante, a citada carcaça (1) compreendendo:a) uma pluralidade de aletas (2) distribuídas sobre as laterais, parte superior e inferior da superfície externa da carcaça (1) e ao longo das porções dianteira (A) e traseira (B) da carcaça (1);b) em que a pluralidade de aletas (2) compreende primeiras aletas e aletas complementares alternadamente distribuídas na carcaça (1);c) em que a pluralidade de aletas (2) compreende projeções trapezoidais (5a) ou retangulares (5b) na dimensão da altura, caracterizado pelo fato de as projeções (5a, 5b) das primeiras aletas e aletas complementares são formadas em diferentes posições no sentido do comprimento e são escalonadas em relação à aleta (2) vizinha,d) e em que as projeções (5a, 5b) são dispostas na região dianteira (A) da máquina (1) ou alternando-se na porção dianteira (A) e também ao longo da porção traseira (B).

2. CARCAÇA ALETADA (1), de acordo com a reivindicação 1, em que as estruturas (5a) projetadas a partir das primeiras aletas são caracterizadas pelo fato de se localizarem de forma mais próxima da tampa dianteira da carcaça (1) do que da tampa defletora (6) da carcaça (1).

3. CARCAÇA ALETADA (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de as estruturas (5a) e (5b) poderem-se repetirem, alternando-se, por mais de uma vez.

4. CARCAÇA ALETADA (1), de acordo com areivindicação 1, em que as estruturas (5b) das aletas complementares (3) serem projetadas mais distalmente em relação àtampa dianteira do que as projeções (5a) das primeiras aletas (2).

5. MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE equipada com umacarcaça aletada (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4.