Um modelo de parâmetros concentrados para análise do perfil térmico transiente de uma eletrobomba

Abstract

A predição da distribuição de temperatura está se tornando cada vez mais importante durante a etapa de projeto de motores elétricos. O superaquecimento das partes internas de motores elétricos não apenas afeta seu rendimento, como também representa um fator crítico para a sua confiabilidade, causando eventualmente falha prematura. Nesse sentido, o desenvolvimento de ferramentas capazes de prever o perfil térmico de motores elétricos sem acarretar em altos custos é de grande valor. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo térmico de parâmetros concentrados para determinar a distribuição de temperatura de uma eletrobomba de lavadoras de roupas ao longo do período do seu funcionamento. O modelo foi desenvolvido na linguagem Modelica e leva em consideração os principais modos de transferência de calor na eletrobomba, como condução, convecção e radiação, os quais foram modelados através da definição de resistências térmicas. Os fenômenos de troca convectiva e radiativa de calor com o ambiente e a troca de calor por convecção com a água circulante foram estimados com o emprego de correlações disponíveis na literatura. As fontes de calor da eletrobomba, oriundas de perdas do motor elétrico, foram incluídas nos enrolamentos do motor e nas chapas de aço do estator. Em paralelo, um modelo de parâmetros distribuídos foi utilizado para auxiliar o desenvolvimento do modelo de parâmetros concentrados. A validação do modelo de parâmetros concentrados foi realizada a partir da comparação com dados experimentais de temperatura obtidos em uma bancada construída para esse fim. O modelo validado foi utilizado para análises de sensibilidade das temperaturas da eletrobomba em relação a diversos parâmetros e condições de operação da eletrobomba.

Abstract: The prediction of temperature distribution in electric motors has become a very important factor during the design of these machines. Overheating of internal parts of electric motors not only affects its performance, but it is also a critical factor for reliability that can cause its early failure. Hence, the development of numerical tools of low-computational cost to predict the thermal profile of electric motors is quite valuable. This work presents the development of a lumped parameter thermal model to determine the temperature distribution of an electropump used for the operation of washing machines. The model was developed using the Modelica language, taking into account the effects of the main heat transfer mechanisms inside the electropump, such as conduction, convection and radiation, which were modeled via thermal resistances. The convective and radiative heat transfer taking place in the electropump were evaluated through correlations for heat transfer coefficients available in the literature. The heat sources in the electropump brought about by the electric motor losses are introduced in the stator windings and steel laminations. A distributed parameter model was used to assist the development of lumped parameter model. The model validation was performed through comparisons between predictions and experimental data obtained in a test bench. The validated model was then used to assess the effect of design parameters and operating conditions on the electropump thermal profile.