Noções de Estabilidade de Embarcações Náuticas

Imaginem um navio de carga chegando ao porto com vários contêineres. Como flutua um monte de aço carregado com um monte de aço? E se durante a navegação, forças alheias (vento, ondas, deslocamento de carga) atuarem, o que fazer para o navio não emborcar ou adernar?

Entra em cena a Engenharia Naval. Estabilidade, flutuabilidade, carena, empuxo, altura metacêntrica...... Cada nome, não? Mas é um assunto muito interessante. Aqui, tratarei de forma básica a estabilidade de navios, apenas para entendermos os conceitos envolvidos neste assunto.

Primeiramente, vamos estudar alguns conceitos.

Estabilidade: é a propriedade que tem o navio de retornar à sua posição inicial de equilíbrio, depois que a força perturbadora cessou fazendo com que o navio se afastasse da sua posição inicial. Como exemplo de forças perturbadoras, cita-se a ulagem (espaço vazio que falta para completar o tanque reservatório) que pode provocar balanços; um navio rebocador puxando o navio para um dos bordos; a movimentação de pesos por guindastes; paus de carga; entre outras. Pode-se estudar a estabilidade sob diversos aspectos, como a Estabilidade Transversal que estuda o comportamento do navio no sentido transversal (de bordo a bordo); a Estabilidade Longitudinal que estuda o seu comportamento longitudinal, isto é, no sentido de proa a popa; a Estabilidade Transversal Estática estuda as forças que afastam o navio da posição inicial e a Estabilidade Transversal Dinâmica estuda a estabilidade sob os efeitos das vagas e influências externas. Esta última, considera-se o trabalho necessário para levar o navio a uma determinada inclinação.

Fig. 1: Lados de uma embarcação

Flutuabilidade: é a propriedade de um corpo de permanecer na superfície da água. A flutuabilidade vai depender da igualdade entre o peso do corpo e o empuxo do líquido, que é o produto do volume deslocado pelo peso específico do líquido. O Plano de Flutuação é o plano horizontal longitudinal ao casco, limitado pelo contorno do chapeamento da embarcação e pelas águas em que ele flutua. O volume que estiver acima do plano de flutuação é chamado de reserva de flutuabilidade.

Fig. 2: Reserva de Flutuabilidade, Carena e Plano de Flutuação

Carena: é a parte molhada abaixo do plano de flutuação, ou seja, é o volume submerso até o plano de flutuação. De acordo com o princípio de Arquimedes, para que a embarcação flutue é preciso haver o equilíbrio entre as forças peso e empuxo ou peso do navio e o ponto resultante de impulsão que atua sobre o caso, chamado de Centro de Carena ou Centro de Empuxo.

Momento de força binário: Seja um binário, de duas forças iguais, paralelas e de sentidos opostos. O momento desse binário é igual ao produto de uma das forças pela menor distância entre elas.

Chegamos aos Pontos Notáveis. Estes pontos são Centro de Gravidade (G), Metacentro (M), Centro de Carena (B) e Quilha (K). São estes pontos que precisam de harmonia entre si para garantir a estabilidade da embarcação. Vamos ver cada um.

1) Centro de Gravidade (G): é o ponto de aplicação da resultante das forças gravitacionais ou podemos assumir como sendo um ponto da concentração da massa de um corpo. Nas embarcações, o centro de gravidade estará posicionado no plano diametral, que é o plano vertical longitudinal de simetria do casco.

2) Metacentro (M): é o ponto de cruzamento entre uma linha imaginária traçada verticalmente, atravessando o centro de flutuação de uma embarcação, quando esta está em meio líquido, e uma linha correspondente ao novo centro de flutuação quando a embarcação estiver inclinada. Para que a embarcação não aderne até afundar, o metacentro não pode se deslocar para baixo do centro de gravidade.

3) Centro de Carena (B): já lemos sobre ele. É o volume imerso e está abaixo do plano de flutuação. A partir deste centro aplica-se a força de empuxo. Também podemos considerar que é o ponto geométrico das obras vivas. A região do casco que fica submersa é chamada de Obras Vivas.

4) Quilha (K): é uma peça longitudinal que fecha inferiormente a ossada do navio ou embarcação. Sobre ela assentam-se as demais estruturas do navio e contribui para a resistência longitudinal do casco. Considera-se a espinha dorsal da embarcação. É o ponto de referência da linha de base a partir do ponto de referência na própria quilha. Serve de referência para todas as outras medições.

Fig. 3: Pontos Notáveis de estabilidade do navio

Agora podemos estudar os estados de equilíbrio dos navios. São três as condições de equilíbrio.

- Equilíbrio Estável: quando inclinado ou em banda, o navio retorna à mesma posição que estava antes de se inclinar, após cessar a força que originou a inclinação. Isto é possível porque a força de empuxo é a maior força do conjunto de equilíbrio. Lembram-se do boneco “João Teimoso”? É este caso.

- Equilíbrio Neutro ou Indiferente: quando inclinado, o navio retorna para qualquer posição. Na linguagem náutica, diz-se que o navio adormeceu naquela posição. Isto é possível porque as forças se anulam.

- Equilíbrio Instável: quando inclinado, o navio emborcará porque há uma força maior do que a força de empuxo. Lembram-se do metacentro? Este equilíbrio ocorre quando o metacentro está deslocado abaixo do centro de gravidade.

Os equilíbrios neutro e instável são indesejados em qualquer tipo de embarcação. A equipe responsável pela estabilidade da embarcação deve atuar para evitar que tais situações possam ocorrer.

Vamos analisar cada caso de equilíbrio graficamente.

No equilíbrio estável o navio ao adernar volta à sua posição normal de equilíbrio. Quando o navio adquiriu banda, forma-se o binário de forças. Percebam que o ponto metacentro está acima do centro de gravidade. Assim, é possível verificar que a força de empuxo força, para cima, o lado em banda para retornar à posição normal enquanto o centro de gravidade faz o outro bordo tender para baixo.

Fig. 4: Equilíbrio Estável

Já no equilíbrio indiferente, o navio estará em equilíbrio seja qual for a sua posição. O ponto metacentro está no mesmo ponto do centro de gravidade. Desta forma, mesmo o navio com banda, não há binário de forças uma vez que o centro de carena está no mesmo vetor vertical que o metacentro que por sua vez tem a mesma cota que o centro de gravidade. Daí as forças de empuxo e da gravidade se anulam pois continuam atuando na mesma vertical, podendo ocorrer com qualquer banda. Não há tendência de o navio retornar à posição de origem.

Fig. 5: Equilíbrio Neutro ou Indiferente

Por fim, o equilíbrio instável ocorre quando ao adquirir banda, surge o binário de forças com efeito inverso ao exercido no navio na condição de equilíbrio estável, ou seja, sua tendência é fazer o navio adquirir maior banda. O navio vai se inclinando para um dos bordos, neste caso à direita, sentido B´, conforme for adernando. Se a distância entre o centro de gravidade (G) e o metacentro (M) – esta distância chama-se Altura Metacêntrica Negativa – for pequena, a projeção do centro de carena B’ alcançará a vertical que passa pelo centro de gravidade (G), e o navio entrará, neste instante, em equilíbrio indiferente. Porém, se a altura metacêntrica negativa for muito grande, a projeção do centro de carena B’ não poderá alcançar a vertical que passa pelo centro de gravidade G e o navio continuará a adernar, uma vez que as forças em estudo são maiores do que a força de empuxo e o navio entra na banda permanente por altura metacêntrica (GM) negativa. Não tem volta, o navio vai adernar.

Fig. 6: Equilíbrio Instável

Muito interessante, não é? A responsabilidade da equipe de estabilidade de uma embarcação é muito grande. A equipe precisa ficar atenta para transferência de lastros, transferência de cargas, movimentações de carga, utilização de guindastes, abastecimento de combustível ou outros produtos, offloading de fluidos, entre outros.

É isso. Espero que tenham gostado do texto. Tudo de bom a todos.

Medição Indireta de Nível por Pressão Diferencial

Pessoal, vamos fazer alguns cálculos? Preparem a calculadora....... Porém, vale ressaltar a premente necessidade de conhecer os termos do Vocabulário Internacional de Metrologia do INMETRO e a Norma Internacional ISA 5.1, pois são os documentos que sanarão quaisquer dúvidas sobre termos e símbolos utilizados neste artigo. Vale a pena ler e conhecer estes documentos. 

Medimos nível para sabermos a altura do conteúdo de um reservatório. Este conteúdo pode ser sólido ou líquido. Trata-se, portanto, de uma das principais variáveis utilizadas em controle de processos contínuos, pois por meio desta medição torna-se possível avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamento, realizar o balanço de materiais de processos contínuos onde existam volumes líquidos ou sólidos de acumulação temporária, reações, mistura, entre outros, e realizar a segurança e o controle de alguns processos os quais o nível do produto não pode ultrapassar determinados limites. A medição de nível pode ser por régua ou gabarito, visores de nível ou flutuador acoplado à uma régua. Estes métodos são para medição direta de nível (Figuras 1 e 2). 

Fig. 1: Medição Direta - Régua ou Gabarito

Fig. 2: Medição Direta - Visor de Nível

Na impossibilidade de se utilizar este método, devemos usar a medição indireta de nível. Aí, temos uma gama de métodos: por pressão diferencial, por empuxo, por radar, por ultrassom, por eletrodos. Focaremos aqui, a medição de nível por pressão diferencial.

A pressão hidrostática de um ponto imerso em um líquido depende do peso específico e da altura em relação à referência em que se deseja saber o valor da pressão. Esta relação entre peso específico e altura foi escrita no teorema de Stevin, que postulou que o produto entre estas duas grandezas seria a pressão exercida pela coluna líquida no ponto em questão. Veja a figura 3.

Fig. 3: Teorema de Stevin - Pressão Hidrostática no ponto A

Como o reservatório é aberto para a atmosfera, podemos considerar a parcela da pressão atmosfera, adicionando-a ao valor da pressão no ponto A. Neste caso, a pressão calculada chama-se pressão absoluta, uma vez que somamos a pressão atmosfera à pressão hidrostática. No entanto, se quisemos saber apenas a pressão no ponto A devido à coluna do líquido, percebemos que esta pressão hidrostática é diretamente proporcional à altura, considerando-se a temperatura constante, uma vez que esta influencia no valor do peso específico. Assim, uma variação na altura (h) provoca uma variação proporcional na pressão (p). Com o auxílio de um transmissor de pressão diferencial, podemos calcular o nível de qualquer reservatório desde que seja possível sabermos o peso específico do líquido e a pressão estática no transmissor.

Vejamos a Figura 4 que é uma parte de um fluxograma de processo e de instrumentação, também chamado de PI&D. 

Fig. 4: Medição Indireta de Nível por Pressão Diferencial

Vemos um reservatório ou tanque que contém um líquido com determinado peso específico. Para medição de nível, utiliza-se um transmissor indicador de nível (LIT) que é um transmissor de pressão diferencial, montado no campo. Este possui, além do circuito eletrônico, um sensor capacitivo que fica em contato diretamente com o líquido do processo, com dois lados, chamados de câmara de alta (H) e de câmara de baixa (L). A variação de pressão se dá pela subtração das pressões da câmara de alta e da câmara de baixa (H - L). O transmissor faz a conversão do valor de pressão em corrente contínua, variando de 4 a 20 mA. Assim, quando o nível do reservatório for 0% (vazio), o transmissor envia um sinal de 4 mA ao restante da malha de processo, e quando o reservatório estiver cheio (nível em 100%), o transmissor envia um sinal de 20 mA. Na saída do LIT, temos um instrumento (LY) que converte o sinal de corrente elétrica (4 a 20 mA) em sinal de rede de computação (software), localizando em um controlador lógico programável (CLP), instalado em um painel auxiliar que não está na sala de controle. Este sinal de rede, entra em duas chaves de nível, localizadas no mesmo painel auxiliar do LY, que são acionadas quando o nível do reservatório atingir valores setados. A LSL é uma chave de nível baixo e a LSH é uma chave de nível alto. Neste caso, elas estão ajustadas para atuar com 10% para nível baixo e com 90% para nível alto. Estas chaves enviam informação, via rede, para dois alarmes (visuais e sonoros), que estão no sistema supervisório em uma sala de controle do processo. LAL é o alarme de nível baixo e o LAH é o alarme de nível alto. Também na sala de controle, no sistema supervisório, encontra-se um indicador de nível (LI). Neste instrumento, é possível visualizarmos remotamente o valor instantâneo do nível dentro do reservatório, em percentual (%).

Posto isso, vamos calcular a faixa nominal (FN) do transmissor indicador de nível (LIT). A faixa nominal de um instrumento é a faixa que compreende o valor inicial e o valor final da variável de processo (mensurando) a qual o instrumento está submetido. A amplitude da faixa nominal é a diferença entre o valor final e o valor inicial da faixa nominal. Vejamos os cálculos a seguir.

Eq. 1: Determinação da variação de pressão em função do nível

Eq. 2: Cálculo da faixa nominal do LIT

Eq. 3: Cálculo da altura do tanque

Eq. 4: Cálculo do valor do alarme de nível baixo em metros e em mA

Eq. 5: Cálculo do valor do alarme de nível alto em metros e em mA

Agora, houve uma solicitação para mudar a instalação do LIT. Por questões ergonômicas, o LIT ficará 1 m abaixo do tanque, conforme mostrado na Fig. 5.

Fig. 5: LIT locado abaixo do tanque

Além do desenho, o que mais muda? A altura do tanque muda? A faixa nominal do LIT muda? A indicação do LI muda? Os valores dos alarmes mudam?

E aí? O que muda?

Vamos ver. De primeira, podemos ver que a altura do tanque é a mesma, ou seja, o processo não mudou. No entanto, de acordo com o teorema de Stevin, tem líquido e tem altura, tem pressão. Assim, como o transmissor foi deslocado 1 metro abaixo do tanque, surge uma nova pressão que contribui na medição e, por conseguinte, altera o valor da faixa nominal do transmissor indicador de nível (LIT). 

Eq. 6: Determinação da variação de pressão da Fig. 5

Eq. 7: Cálculo da nova faixa nominal do LIT da Fig. 5

Eq. 8: Cálculo da altura do tanque da Fig. 5

Sem surpresa, o valor calculado da altura do tanque na Eq. 8 é igual ao valor calculado na Eq. 3, porque o tanque, o processo não mudou. A faixa nominal do LIT mudou porque a nova altura (1 m) vezes o peso específico (0,8 kgf/m³) contribuem para o surgimento de uma nova pressão (0,8 kgf/m²) que foi acrescida à pressão hidrostática do tanque. Daí, a nova faixa nominal do LIT é de 0,8 a 4,8 kgf/m². Quando o nível do tanque for 0%, há uma pressão de 0,8 kgf/m² na câmara de alta (H) do LIT. É preciso ajustar a saída do transmissor para 4 mA. Quando o nível do tanque for 100%, há uma pressão de 4,8 kgf/m² (4 kgf/m² no tanque mais 0,8 kgf/m² proveniente da coluna formada pela altura h1) na câmara de alta (H) do LIT. Então, é preciso ajustar a saída do transmissor para 20 mA. Como os novos ajustes, o transmissor indicador de nível enviará 4 a 20 mA para os outros instrumentos não sendo necessário alterar quaisquer ajustes nestes.

E se o tanque for fechado? Como serão os cálculos? Vamos estudar agora. Vejam a Fig. 6.

Fig. 6: Medição Indireta de Nível por pressão diferencial - Perna Seca

Percebam as mudanças. O Tanque mudou. Agora tem 4 metros de altura, é fechado e está pressurizado com 1,5 kgf/cm². Em função de o tanque ser fechado e pressurizado, a câmara de baixa (L) do LIT precisa ter esta pressão de referência e por isso, a mesma foi interligada na parte superior do tanque. Um detalhe importante, neste tipo de medição, não há líquido na tomada de impulso da câmara de baixa (L) do transmissor. Daí o nome PERNA SECA no desenho. Portanto, é preciso garantir que o líquido do processo não entre na câmara de baixa (L) do LIT.

Não haverá mudança alguma das equações desta malha em relação às equações da malha da Fig. 5, exceto pelos novos dados do processo. Vamos ver agora. 

Eq. 9: Determinação da variação de pressão da Fig. 6

Eq. 10: Cálculo da nova faixa nominal do LIT da Fig. 6

Eq. 11: Cálculo da altura do tanque da Fig. 6

Novamente a faixa nominal do LIT foi ajustada para atender às especificidades do processo. Com isso, quando o nível do tanque for 0%, há uma pressão de 0,8 kgf/m² na câmara de alta (H) do LIT. O transmissor já está ajustado para uma saída de 4 mA. Porém, quando o nível do tanque for 100%, há uma pressão de 4,0 kgf/m² (3,2 kgf/m² no tanque mais 0,8 kgf/m² proveniente da coluna formada pela altura h1) na câmara de alta (H) do LIT. Então, é preciso fazer novo ajuste na saída do transmissor para 20 mA. Com os novos ajustes, o transmissor indicador de nível enviará 4 a 20 mA para os outros instrumentos não sendo necessário alterar qualquer ajuste nestes. Os alarmes de nível baixo e de nível alto atuarão quando o nível atingir 0,4 m e 3,6 m, respectivamente, sendo os valores, respectivos, de saída do transmissor indicador de nível 5,6 mA e 18,4 mA.

E o que acontece se tiver líquido na câmara de baixa (L) do transmissor quando o tanque for fechado e pressurizado? Olhem a Fig. 7.

Fig. 7: Medição Indireta de Nível por pressão diferencial - Perna Molhada

Nesta última malha, novas mudanças. O peso específico mudou e há um líquido na câmara de baixa (L) do LIT, com peso específico diferente. Quando há líquido na tomada de impulso da câmara de baixa (L) do transmissor indicador de nível chamamos de PERNA MOLHADA.

Como ficarão os cálculos agora? Vamos ver.

Eq. 12: Determinação da variação de pressão da Fig. 7

Eq. 13: Cálculo da nova faixa nominal do LIT da Fig. 7

Eq. 14: Cálculo da altura do tanque da Fig. 7

Finalizando nosso estudo, novamente a faixa nominal do LIT foi ajustada para atender às mudanças do processo. E os valores da faixa nominal ficaram negativos!!!!!!?????

Não se preocupem. Os valores negativos nos informam que a pressão na câmara de baixa (L) é sempre maior do que a pressão na câmara de alta (H) do LIT em toda variação de nível do processo. Com isso, quando o nível do tanque for 0%, há uma pressão de 0,7 kgf/m² na câmara de alta (H) do LIT, enquanto a pressão na câmara de baixa (L) será de 5 kgf/m², que aliás, será fixa sempre, neste caso. O valor do diferencial de pressão será de 4,3 kgf/m² negativos e o transmissor precisa ser ajustado para uma saída de 4 mA. Já quando o nível do tanque for 100%, há uma pressão de 3,5 kgf/m² na câmara de alta (H) do LIT, enquanto na câmara de baixa (L) permanece a pressão de 5 kgf/m², gerando um diferencial de 1,5 kgf/m² negativos. Então, é preciso, novamente, fazer um ajuste na saída do transmissor para 20 mA. Com os novos ajustes, o transmissor indicador de nível enviará 4 a 20 mA para os outros instrumentos, não sendo necessário alterar qualquer ajuste nestes.

É isso. Espero que tenham gostado de mais este artigo. Tudo de bom a todos.

Dispositivo Limitador de Corrente de Curto-Circuito - Pirotécnico

Olá pessoal, tudo bem? Iniciando mais um ano com a esperança de dias com paz, amor, harmonia e muita saúde para todos nós.

No primeiro artigo de 2018, vou escrever sobre um dispositivo de proteção de circuitos elétricos: o IS Limiter (para quem gosta de inglês) ou, simplesmente, o Limitador de Corrente de Curto-Circuito. Antes de escrever sobre o assunto propriamente dito, é preciso reforçar que não devemos bobear com eletricidade. A tensão elétrica pode estar presente em fios e em circuitos, e precisamos ter a certeza de que os mesmos estejam desenergizados antes de qualquer tipo de intervenção. Além disso, devemos praticar a NR-10 (Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade). A corrente elétrica, ao atravessar o corpo humano e a depender de sua intensidade, pode ser fatal. Portanto, devemos tomar cuidado.

Sigamos em frente........

A área de Eletricidade tem vivido momentos de grandes mudanças, de uma maneira genérica, tanto aqui no Brasil como no mundo. Trata-se de processos de reestruturação, de modo a tornar as empresas mais competitivas e mais modernas. Empresas de geração, de transmissão e de distribuição de energia elétrica buscam criar novos modelos que gerem mais confiabilidade operacional de seus sistemas. Até mesmo as empresas de comercialização de energia elétrica voltam seus esforços para este fim. Desta forma, é possível verificarmos que está em prática um modelo chamado de desverticalização. 

O que significa desverticalização? É a separação ou desconexão dos segmentos de geração, transmissão, distribuição e comercialização de energia elétrica. Os segmentos de geração e comercialização possuem livre competição, enquanto os segmentos de transmissão e distribuição possuem uma regulação técnica e econômica regida pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) aqui no Brasil. E este processo de reestruturação trouxe um grande desafio para as operadoras do sistema elétrico. Com o leilão das linhas de transmissão, novas fontes, por exemplo termoelétricas, se instalam na rede elétrica existente, aumentando os níveis de corrente de curto-circuito, podendo atingir valores que o próprio sistema elétrico não possa suportar.

Quem aparece para ajudar na solução do problema? Quem? Quem?

Sim, eles. Os Dispositivos Limitadores de Corrente de Curto-Circuito (DLCC). Os DLCCs têm como objetivo a limitação das correntes de curto-circuito, em tempos extremamente rápidos. Um detalhe importante: esta proteção refere-se aos valores das correntes de curto-circuito SUPERIORES às características nominais dos sistemas elétricos os quais o DLCC esteja instalado. Correntes de curto-circuito abaixo destes valores, cabem aos disjuntores a função de desligar o sistema elétrico. Uma grande vantagem destes dispositivos está no fato de limitar, e muito, a corrente de curto-circuito que poderia danificar todo sistema elétrico. Os DLCCs mais comercializados são os de Reator com núcleo de ar, os pirotécnicos e os baseados em conversores de fornte de corrente. Os dispositivos baseados em supercondutores e em chaves eletrônicas estão em fase de estudos e desenvolvimento. Uma outra solução para o problema é a recapacitação ou substituição dos equipamentos obsoletos, tecnologicamente falando. Esta segunda opção, gera um efeito indesejável que é a inoperância de sistemas por um longo tempo, até a substituição dos equipamentos em questão.

Ao escolhermos estes dispositivos, devemos considerar as seguintes características:

• Baixo custo;
• Alta confiabilidade no funcionamento por longos períodos;
• Manutenção reduzida;
• Baixa impedância para as correntes de carga (em condições normais de operação) e alta impedância para correntes de curto-circuito;
• Rápida velocidade de resposta do regime normal para o regime limitador; e
• Dimensões reduzidas, o que facilita e instalação em sistemas elétricos existentes.

Vou abordar o dispositivo limitador pirotécnico que foi utilizado pela primeira vez nos anos 50, mas somente nos anos 90, as indústrias brasileiras passaram a adotá-lo. É um dispositivo capaz de interromper a passagem de corrente elétrica, corrente de curto-circuito elevada, em tempos extremamente rápidos, algo em torno de um quarto de ciclo de uma forma de onda senoidal. Esta rápida atuação pode evitar que sistemas elétricos sejam danificados para corrente de curto-circuito elevada. Elementos de proteção com atuação mecânica, como disjuntores, não são capazes de interromper a passagem de correntes elétricas tão elevados em tempos tão curtos. É composto por um cilindro isolante que contém um condutor principal e uma carga explosiva. Este cilindro é disposto em paralelo com um fusível (Figura 1).

Fig. 1: Esquema de um DLCC Pirotécnico típico
Fonte: o autor 

Como ele funciona?

Em condições normais de operação, a corrente do circuito atravessará o condutor principal que está dentro do cilindro isolante. Neste condutor, há um estrangulamento no qual encontra-se a carga explosiva. A quantidade de estrangulamentos dependerá da quantidade de cargas explosivas que o fabricante dispõe. Em condições de anormalidade, a carga explosiva é acionada por sensores, localizados no próprio condutor principal (barra), alimentandos por um transformador de corrente (TC), quando a corrente aumenta bruscamente em função de um curto-circuito. A corrente é, então, desviada para a câmara em paralelo que contém um elemento fusível capaz de atuar e interromper correntes de curto-circuito com valores de até 210 kA (depende do fabricante do dispositivo), extinguindo esta corrente em menos de um quarto de ciclo. Uma vez ocorrido os fatos relatados, somente haverá passagem de corrente elétrica no circuito após a substituição do DLCC.

Vamos ver a explicação do funcionamento de forma esquemática? É mais fácil de aprender. Vou simular uma condição de falha no sistema elétrico com um curto-circuito. As figuras a seguir (todas tem como fonte o autor), demonstram os instantes antecedentes à atuação do DLLC. Vejam a seguir.

Na Fig. 2, o sistema elétrico está operando normalmente. A corrente de entrada do limitador está dentro dos parâmetros aceitáveis. Assim, a corrente circula pelo condutor principal, representado por uma chave de abertura rápida, e não pelo fusível. O transformador de corrente monitora a corrente de entrada, a fim de sentir variações abruptas repentinas, oriundas de curto-circuito e o elemento explosivo está intacto.

 Na Fig. 3, ocorreu um curto-circuito, percebido pelo transformador de corrente (TC). Desta forma, um pulso de disparo é enviado ao elemento explosivo. A corrente na saída do DLLC começa a aumentar.

A Fig. 4 mostra o início da ignição do elemento explosivo, após o envio do pulso de disparo enviado pelo TC. Como o elemento explosivo é sólido, uma vez iniciada a ignição, não há como voltar.

 

A Fig. 5 mostra o momento em que há o rompimento do condutor principal, uma vez que o elemento explosivo está em atuação. Neste instante, surge um arco voltaico dentro da câmara isolante e a corrente é desviada para a câmara em paralelo que contém o fusível. A corrente de saída do DLCC atinge o valor máximo de proteção que é muito menor do que o valor que poderia atingir sem este dispositivo de proteção. 

Na Fig. 6, o elemento explosivo encontra-se totalmente atuado, o condutor principal rompido e o fusível em processo de fusão, a fim de proteger o sistema elétrico.

Encerrando-se o processo de proteção do sistema, em torno de um quarto de ciclo, muito rápido, a Fig. 7 mostra o fusível aberto (rompido), cessando a passagem da corrente elétrica pelo circuito. Este circuito voltará a operação quando um novo DLCC for instalado, em substituição ao dispositivo do simulado. 

Apenas para exemplificar com números, suponha que um disjuntor de 52 kA foi instalado em um circuito que tem o DLCC em estudo. Em havendo um curto-circuito, sem o dispositivo limitador, a corrente poderia atingir o valor de 120 kA, bem acima da capacidade do disjuntor, enquanto que, com o dispositivo pirotécnico instalado, esta corrente de curto-circuito poderia atingir 36 kA antes da atuação do dispositivo limitador. Este valor é inferior ao valor da corrente do disjuntor e muito inferior ao valor da corrente sem o DLCC.

Não devemos esquecer que este DLCC não elimina a necessidade de dispositivos convencionais de manobra dos circuitos elétricos, tais como chaves seccionadoras, disjuntores, entre outros. O DLCC somente será acionado em caso de o sistema elétrico correr o risco de se danificar em função de correntes muito superiores às correntes dos disjuntores, por exemplo. Como já escrevi, para correntes pequenas de curto-circuito, os disjuntores exercem sua função de interrupção das mesmas.

Para finalizar, quero deixar um alerta. As correntes aqui tratadas neste artigo, são na casa de 10³ A (kA). Correntes elevadíssimas! Lembra-se do disjuntor principal instalado na sua residência? É de 35 A ou 40 A? Aqui tratamos de correntes com valor mil vezes maior. Como escrevi no início deste artigo, não devemos bobear com eletricidade.

Tudo de bom e até o próximo artigo no Blog.