Uma máquina vinda dos EUA está há anos no seu pavilhão. Agora, o motor de acionamento avariou. Na placa de características lê-se «5 HP» em vez de kW, «FRAME 184T», «460 V, 60 Hz», «SF 1.15» e «TEFC». O eletricista olha para a placa e pergunta: «Não podemos simplesmente montar um motor normalizado de 4 kW?»
A resposta curta: às vezes sim, mas não de forma simples. Os motores NEMA, segundo a norma americana, e os motores IEC, segundo a norma internacional, diferem nos tamanhos, nas dimensões do veio, nos escalões de potência, na frequência de rede e na forma como são indicadas a proteção e a eficiência. Quem ignora isto fica com um motor que não encaixa na base ou não entrega a potência necessária.
Este artigo explica as principais diferenças entre um motor NEMA e um motor IEC e mostra como substituir com segurança um motor americano na sua instalação.
Aviso de segurança: os trabalhos em instalações elétricas e ligações de motores só podem ser realizados por eletricistas qualificados, por analogia com o regulamento alemão de prevenção de acidentes (DGUV Vorschrift 3) e a norma DIN VDE 0105-100. As indicações do fabricante e a documentação da máquina prevalecem.
Dois mundos normativos: NEMA MG 1 e IEC 60034
NEMA é a sigla da National Electrical Manufacturers Association, nos EUA. A sua norma NEMA MG 1 define para motores, entre outros aspetos, os tamanhos, as dimensões de montagem e os dados de potência. Na Europa e na maioria dos outros países aplicam-se as normas IEC: a série IEC 60034 descreve as características elétricas das máquinas rotativas e a IEC 60072-1 os tamanhos e as dimensões de montagem.
Ambos os sistemas são coerentes em si mesmos. Mas não estão harmonizados entre si. Por isso, um motor NEMA e um motor IEC de potência semelhante quase nunca são diretamente intermutáveis.
Tamanhos: número de frame contra altura de eixo em mm
Nos motores IEC, o tamanho corresponde à altura do eixo em milímetros: o tamanho 112 tem 112 mm de altura de eixo, completado por uma letra para o comprimento da carcaça (S, M, L). Nos motores NEMA, o número de frame codifica as dimensões em polegadas. Nos frames de três algarismos, os dois primeiros algarismos divididos por 4 dão a altura do eixo em polegadas. Exemplo de cálculo fictício: o frame 184T tem 18 / 4 = 4,5 polegadas de altura de eixo, ou seja, 114,3 mm. A letra T identifica a série dimensional hoje habitual; um sufixo C, por exemplo, indica uma flange de montagem («C-Face»).
| Frame NEMA | Altura do eixo | Ø do veio | Tamanho IEC mais próximo | Altura do eixo IEC | Ø do veio IEC |
|---|---|---|---|---|---|
| 56 | 3,5 polegadas (88,9 mm) | 5/8 polegada (15,9 mm) | 90 | 90 mm | 24 mm |
| 143T / 145T | 3,5 polegadas (88,9 mm) | 7/8 polegada (22,2 mm) | 90 S/L | 90 mm | 24 mm |
| 182T / 184T | 4,5 polegadas (114,3 mm) | 1 1/8 polegada (28,6 mm) | 112 M | 112 mm | 28 mm |
| 213T / 215T | 5,25 polegadas (133,4 mm) | 1 3/8 polegada (34,9 mm) | 132 S/M | 132 mm | 38 mm |
| 254T / 256T | 6,25 polegadas (158,8 mm) | 1 5/8 polegada (41,3 mm) | 160 M/L | 160 mm | 42 mm |
A tabela mostra o problema de fundo: as alturas de eixo são próximas, mas não iguais. Os diâmetros do veio, as chavetas, a distância entre furos das patas e as dimensões das flanges também diferem. A correspondência é uma orientação pela altura do eixo, não uma garantia de que o motor encaixa. O tamanho IEC correspondente a uma determinada potência consta do catálogo de cada fabricante.
Flanges e roscas
As flanges NEMA C-Face têm furos roscados, em princípio comparáveis à flange IEC B14. Existem também flanges NEMA D com furos passantes, em princípio comparáveis à B5. As dimensões, porém, são outras. A isto juntam-se roscas em polegadas na fixação e na caixa de terminais: os motores americanos têm muitas vezes roscas NPT para condutas, os motores europeus bucins métricos como M20 ou M25.
60 Hz contra 50 Hz: velocidade e potência
Nos EUA, a frequência de rede é de 60 Hz; na Europa, de 50 Hz. A velocidade síncrona de um motor trifásico resulta de n = 120 · f / p (p = número de polos). Um motor de quatro polos tem a 60 Hz uma velocidade síncrona de 1800 min⁻¹, e a 50 Hz de 1500 min⁻¹. A velocidade nominal fica, devido ao escorregamento, um pouco abaixo em ambos os casos.
Se um motor de 60 Hz funcionar numa rede de 50 Hz, a velocidade desce um sexto. Com o mesmo binário, a potência fornecida também desce aproximadamente na mesma proporção. Ao mesmo tempo, a tensão tem de estar na proporção certa face à frequência; caso contrário, o motor fica sobremagnetizado e aquece. Além disso, o ventilador roda mais devagar e arrefece pior. Se um motor de 60 Hz pode funcionar a 50 Hz é algo que decide a placa de características ou o fabricante. Alguns motores americanos são expressamente concebidos para 50 e 60 Hz e apresentam os dois conjuntos de dados.
Inversamente: se a sua máquina foi concebida nos EUA para 60 Hz e funciona na Europa a 50 Hz, o processo pode já ser mais lento do que o inicialmente previsto. Um motor novo deve fornecer a velocidade efetivamente necessária, e não a da placa antiga.
Tensão e potência: HP, kW e os escalões intermédios
As tensões de rede típicas para motores industriais americanos são 230 V e 460 V a 60 Hz, e muitos motores permitem ligação para ambas (230/460 V). No Canadá, é também comum 575 V. Os motores europeus de baixa tensão são geralmente concebidos para 230/400 V ou 400/690 V a 50 Hz, em ligação triângulo ou estrela.
Na NEMA, a potência é indicada em horsepower (HP); na IEC, em kW. Aplica-se: 1 HP = 0,746 kW. Exemplo de cálculo fictício: um motor de 10 HP corresponde a 7,46 kW, e a potência normalizada IEC seguinte é 7,5 kW. Com 5 HP (3,73 kW), o escalão IEC seguinte é de 4 kW. As séries de potência não coincidem, portanto, com exatidão. Verifique sempre se o escalão IEC seguinte cobre realmente o requisito.
Fator de serviço: a reserva escondida
Muitos motores NEMA têm um fator de serviço, por exemplo SF 1.15. Significa que o motor, nas condições definidas na NEMA MG 1, ou seja, à tensão e frequência nominais, pode ser carregado em permanência com 1,15 vezes a sua potência nominal, com maior aquecimento. Os motores IEC, pelo contrário, são descritos pela sua potência nominal e pelo regime de serviço segundo a IEC 60034-1, por exemplo S1 para serviço contínuo. Aí, um fator de serviço não é habitual.
Para a substituição, isto significa: se o motor antigo funcionava em permanência na zona do seu fator de serviço, um motor IEC com a mesma potência nominal pode não ser suficiente. Em caso de dúvida, meça a corrente real em funcionamento e escolha a potência IEC de modo a cobrir com segurança esse ponto de funcionamento.
Índices de proteção: TEFC e ODP contra IP
Os motores americanos são geralmente designados pelo tipo de carcaça e de arrefecimento:
- ODP (Open Drip-Proof): motor aberto, protegido contra gotas de água; o ar de arrefecimento circula através do motor.
- TEFC (Totally Enclosed Fan-Cooled): motor fechado com ventilador exterior.
- TENV (Totally Enclosed Non-Ventilated): fechado, sem ventilador.
- TEAO (Totally Enclosed Air-Over): fechado, arrefecido por um fluxo de ar externo, por exemplo em ventiladores.
Os motores IEC indicam o índice de proteção como código IP segundo a IEC 60034-5, que se baseia no sistema IP da IEC 60529, por exemplo IP55. Um motor TEFC corresponde na prática, muitas vezes, a um índice de proteção da ordem de IP54 ou IP55; um motor ODP, antes a um índice baixo como IP23. Não existe, porém, uma correspondência oficial direta. O que conta é o índice de proteção que o seu ambiente exige.
Não confundir: os tipos de invólucro NEMA, como Type 1, Type 4X ou Type 12 segundo a NEMA 250, aplicam-se a invólucros elétricos, como quadros elétricos e caixas de terminais, e não ao tipo construtivo do motor. Também não podem ser convertidos com exatidão em códigos IP.
Eficiência: NEMA Premium contra classes IE
A IEC 60034-30-1 divide os motores alimentados pela rede em classes de eficiência, de IE1 a IE4. Nos EUA, a designação NEMA Premium está generalizada. O seu nível de eficiência corresponde, para muitas potências, aproximadamente à classe IE3. Os valores são, no entanto, determinados segundo procedimentos diferentes e para 60 Hz, pelo que não são diretamente comparáveis.
Importante para a substituição na UE: o Regulamento de conceção ecológica (UE) 2019/1781 impõe classes mínimas para muitos motores trifásicos colocados no mercado da UE, na maioria das potências a partir de 0,75 kW pelo menos IE3 e, para parte das potências maiores, IE4. Um motor de substituição adquirido de novo tem, regra geral, de cumprir estes requisitos. Existem exceções, mas devem ser verificadas e documentadas. Igualmente importante é a marcação CE, que nem todos os motores construídos para o mercado americano têm.
Três caminhos para a substituição
- Motor NEMA igual: o mais simples do ponto de vista mecânico. Verifique, no entanto, a frequência de rede, a tensão, a classe de eficiência e a marcação CE para o funcionamento na UE.
- Motor IEC com adaptação: um motor normalizado IEC é montado através de placa adaptadora, base adaptada, casquilho de veio ou novo meio-acoplamento. É muitas vezes a solução mais duradoura, porque facilita as substituições futuras. A adaptação tem, contudo, de ser bem projetada e alinhada.
- Motor com dimensões NEMA para 50 Hz: alguns motores são oferecidos em construção NEMA com dados para 50 Hz. Poupa alterações mecânicas, mas a disponibilidade varia consoante o tamanho.
Se o motor estiver ligado a um variador de frequência, as diferenças de velocidade podem ser compensadas eletricamente. As dimensões mecânicas, o índice de proteção e a eficiência continuam, ainda assim, a ser uma questão.
O que deve indicar na substituição
- fotografia da placa de características completa
- fabricante, número de modelo ou de catálogo, número de série
- potência em HP, tensão, frequência, corrente nominal (FLA), velocidade
- designação do frame incluindo letras, por exemplo 184TC
- fator de serviço, tipo de carcaça (TEFC, ODP…), classe de isolamento
- forma construtiva: patas, C-Face ou flange D, dimensões do veio e chaveta
- dados da instalação: rede no local de utilização, funcionamento com variador de frequência sim ou não, velocidade necessária
Saiba mais sobre o pedido completo na lista de verificação para o pedido de peças de substituição. Como regular corretamente a proteção do motor para a nova corrente nominal após a substituição, mostra o artigo Regular corretamente o disjuntor-motor. Encontra contexto sobre componentes americanos em fábricas europeias em Porque é que as peças de automação americanas dominam o mercado europeu.
Quando o motor americano é difícil de obter
Os motores NEMA e as respetivas peças de substituição nem sempre se obtêm a curto prazo na Europa. A KTB Europe, empresa familiar de Hamburgo, adquire desde 1976 peças de substituição industriais de todas as marcas em todo o mundo, incluindo do mercado americano. Envia-nos uma fotografia da placa de características, a referência ou uma descrição. Procuramos o motor original ou uma alternativa adequada e verificamos a mercadoria no nosso próprio armazém central. Mais informações em compras MRO e peças descontinuadas. Faça o seu pedido através da página de contacto.
Conclusão
NEMA e IEC são dois mundos à parte. Os números de frame codificam polegadas, os tamanhos IEC milímetros. Os motores de 60 Hz funcionam mais devagar a 50 Hz e fornecem menos potência. O fator de serviço, o tipo de carcaça e a classe de eficiência só se traduzem de forma aproximada. Quem substitui um motor americano deve, por isso, registar todos os dados da placa de características, conhecer o ponto de funcionamento real e decidir conscientemente entre um motor NEMA igual e um motor IEC adaptado.
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre motores NEMA e IEC?
Os motores NEMA seguem a norma americana NEMA MG 1, com números de frame, dimensões em polegadas e potências em HP, geralmente para 60 Hz. Os motores IEC seguem as séries IEC 60034 e IEC 60072-1, com alturas de eixo em milímetros e potências em kW. Por isso, tamanhos, veios, flanges e escalões de potência não são diretamente compatíveis.
Posso utilizar um motor de 60 Hz numa rede de 50 Hz?
Muitas vezes é tecnicamente possível, mas apenas com aprovação pela placa de características ou pelo fabricante. A velocidade desce um sexto e, com o mesmo binário, a potência desce também na mesma proporção. A tensão e a frequência têm de estar na proporção certa; caso contrário, o motor fica sobremagnetizado e aquece.
O que significa o fator de serviço 1.15 num motor NEMA?
O fator de serviço 1.15 indica que o motor, à tensão e frequência nominais, pode ser carregado em permanência com 1,15 vezes a sua potência nominal, com maior aquecimento. Os motores IEC não têm fator de serviço. Se o motor antigo funcionava nessa zona, o substituto IEC deve ser escolhido com potência correspondentemente maior.
Que índice de proteção IP corresponde a um motor TEFC?
Não existe uma equivalência oficial. TEFC designa um motor fechado com ventilação exterior, que na prática corresponde muitas vezes a um índice de proteção da ordem de IP54 ou IP55 segundo a IEC 60034-5. Para a substituição, o determinante é o índice de proteção que o ambiente no local de montagem exige.
NEMA Premium corresponde à classe de eficiência IE3?
Para muitas potências, o nível de eficiência NEMA Premium situa-se aproximadamente ao nível da IE3 segundo a IEC 60034-30-1. Os valores são, no entanto, determinados para 60 Hz e segundo procedimentos próprios. Para um motor de substituição na UE, contam os requisitos do Regulamento (UE) 2019/1781.