WO2014094082A1

WO2014094082A1 - Sistema de troca térmica para carcaças de máquinas eletricas girantes

Info

Publication number: WO2014094082A1
Application number: PCT/BR2012/000541
Authority: WO
Inventors: Cassiano Antunes CEZÁRIO
Original assignee: Weg Equipamentos Elétricos S.A. - Motores
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-06-26
Also published as: BR112015009430A2; MX353980B; EP2937974A4; EP2937974B1; US20150318757A1; BR112015009430B1; US9843236B2; MX2015008053A; CN104885339B; EP2937974A1; CN104885339A

Abstract

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 (5a) e (5b) a partir da linha guia (4) sendo as estruturas (5a) e (5b) de seção trapezoidal ou retangular intercaladas entre si na região dianteira da máquina (1).

Description

"SISTEMA DE TROCA TÉRMICA PARA CARCAÇAS DE MÁQUINAS ELETRICAS GIRANTES"

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 distai.

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 sequência, seguem-se etapas de limpeza (jateamento ou hidroj ateamento 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 homogénea 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 la e lb 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. 0 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.

OBJETIVO DA INVENÇÃO

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 ónus 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 la 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 uma concretização 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 a 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 distai 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 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

REIVINDICAÇÕES

1. "SISTEMA DE TROCA TÉRMICA PARA CARCAÇAS DE MÁQUINAS ELÉTRICAS GIRANTES" , aplicado a uma máquina elétrica girante dotada de uma carcaça aletada, a citada carcaça caracterizada pelo fato de compreender:

a) uma pluralidade de aletas (2) dotada de um perfil modificado, cada qual intercalada com aletas (3) complementares, ambos os perfis distribuídos sobre as laterais, parte superior e inferior da superfície externa da carcaça (1);

b) as citadas aletas (2) e (3) de perfil predominantemente contínuo, suportadas paralelamente ao longo do comprimento da carcaça (1), apresentam respectivamente projeções (5a) e (5b) a partir da linha guia (4);

c) as estruturas (5a) e (5b) de seção trapezoidal ou retangular intercaladas entre si na região dianteira da máquina (D ·

2. CARCAÇA DE MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE, de acordo com a reivindicação 1, em que as estruturas (5a) projetadas a partir da linha guia (4) são caracterizadas pelo fato de se localizarem de forma proximal em relação a tampa dianteira e distai em relação a à tampa defletora.

3. CARCAÇA DE MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE, de acordo com a reivindicação 1, em uma outra configuração, caracterizado pelo fato de as estruturas (5a) e (5b) de seção trapezoidal ou retangular intercaladas entre si poderem repetir-se, alternando- se, por mais de uma vez ao longo da região (A) .

4. CARCAÇA DE MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE, de acordo com a reivindicação 1, em uma outra configuração, caracterizado pelo fato de as estruturas (5a) e (5b) de seção trapezoidal ou retangular intercaladas entre si se estenderem, alternando-se na porção dianteira (A) e também ao longo da porção traseira (B) .

5. CARCAÇA DE MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE, de acordo com a reivindicação 1, em que as estruturas (5b) projetadas a partir da linha guia (4) são caracterizadas pelo fato de as estruturas (5b) serem projetadas posteriormente em relação à estrutura (5a) da aleta (2) e mais distalmente em relação à tampa dianteira .

6. "SISTEMA DE TROCA TÉRMICA", aplicado a máquinas elétricas girantes dotadas de uma carcaça aletada o dito sistema caracterizado pelo fato de compreender:

a) uma máquina elétrica girante dotada de uma carcaça (1) compreendendo uma pluralidade de aletas (2) com um perfil modificado, cada qual intercalada com aletas (3) complementares, ambos os perfis distribuídos sobre a superfície externa da carcaça (1);

c) as estruturas (5a) e (5b) de seção trapezoidal ou retangular intercaladas entre si na região dianteira da máquina elétrica girante (1) delimitando uma região (A) de dissipação térmica.

7. "SISTEMA DE TROCA TÉRMICA", de acordo com a reivindicação 6, em uma outra configuração, caracterizado pelo fato de as estruturas (5a) e (5b) de seção trapezoidal ou retangular intercaladas entre si poderem repetir-se, alternando-se por mais de uma vez ao longo da região (A) .

8. "SISTEMA DE TROCA TÉRMICA", de acordo com a reivindicação 6, em uma outra configuração, , caracterizado pelo fato de as estruturas (5a) e (5b) de seção trapezoidal ou retangular intercaladas entre si se estenderem, alternando-se na porção dianteira (A) e também ao longo da porção traseira (B) .

9. "SISTEMA DE TROCA TÉRMICA", de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato do fluido de resfriamento ser preferencialmente o ar.