Este relatório descreve um projeto de pesquisa que desenvolveu modelos matemáticos e realizou experimentos para avaliar o comportamento térmico de equipamentos elétricos operando sob falha, especificamente analisando como maus contatos podem levar a diagnósticos equivocados por termografia. Os modelos desenvolvidos relacionam a distribuição de corrente, dissipação de energia e temperaturas em cabos elétricos paralelos, um dos quais possui mau contato. Experimentos controlados validaram que maus contatos nem sempre causam

1. PIBIC/PIVIC – IFES
RELATÓRIO FINAL DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA
Relatório Final de Projeto de Iniciação Científica
Título do Projeto: Manutenção elétrica preditiva por análise termográfica
Área do Conhecimento: Engenharias
Referência da Chamada: ( x ) PIBIC ( ) PIVIC
Orientador do Projeto: Pablo Rodrigues Muniz
Estudante: Luiz Guilherme Riva Tonini
Endereços para contato:
Eletrônico: lgtonini@gmail.com
Telefônico: (27) 3345-4004
Campus/Coordenadoria: Vitória / Engenharia elétrica
Data: 25 de julho de 2011

2. 1. Resumo
O projeto de pesquisa desenvolveu modelos matemáticos para avaliar o comportamento térmico de
equipamentos elétricos que operam sob falha, de maneira que possam ser produzidos protocolos de
análise de imagens térmicas desses equipamentos, bem como avaliar suas eficiências energéticas e
redução de vida útil quando operam sob essas condições.
2. Palavras-chave
Manutenção preditiva, termografia, mau contato, condutores em paralelo.
3. Introdução e Justificativa
A análise termográfica de equipamentos elétricos tem sido amplamente utilizada como ferramenta de
manutenção preditiva de equipamentos elétricos, visto que suas falhas geralmente são associadas a
elevação de temperatura de suas partes [1].
Os protocolos de emissão de diagnóstico dessas falhas são fortemente baseados em identificação de
pontos com temperatura acima de determinados padrões de aceitação [2].
Entretanto, falhas em circuitos elétricos eventualmente podem implicar em redução de seu
carregamento, o que provocaria “sub temperaturas”. Por exemplo, cabos em paralelo de uma mesma
fase podem eventualmente apresentar sintoma de falha diferente dos padrões usuais, visto que se
houver alguma falha do tipo mau contato onde a ordem de grandeza de sua impedância for
comparável à da carga, a corrente elétrica terá maior intensidade no cabo cujas conexões estão
sanas. Desse modo, o cabo com conexões defeituosas não apresentaria elevados valores de
temperatura, levando a um diagnóstico equivocado.
Diagnósticos equivocados podem permitir que instalações elétricas com falha em andamento
continuem operando com status de condições conformes, apresentando posteriormente paradas
inesperadas, comprometendo a continuidade de operacional da planta. O diagnóstico ainda pode
indicar falha em partes que em verdade estariam conformes, fazendo com que os serviços de
manutenção sejam inócuos, desperdiçando recursos e diminuindo a disponibilidade operacional.
Vê-se então a necessidade de novos estudos quanto aos sintomas térmicos de equipamentos
elétricos que operam sob falha, de modo a criar protocolos de análise das imagens térmicas mais
robustas, bem como analisar outras implicações técnicas e econômicas que tais condições
operacionais implicam.
4. Objetivos
O trabalho teve como objetivo estudar o comportamento de máquinas, instalações e dispositivos
elétricos no que tange ao comportamento das temperaturas de suas partes, que podem ser
registradas através de imagens térmicas.
Foram desenvolvidos modelos de funcionamento e de comportamento térmico dos equipamentos
elétricos, de maneira a correlacionar seus comportamentos térmicos sob diferentes aspectos
operacionais, inclusive sob falha. Alem de modelos para mensurar a dissipação de energia de partes
sob falha que por degradação térmica reduzem a vida útil dos equipamentos e implicam em
ineficiência energética.

3. Como resultado espera-se obter protocolos mais robustos de análise de imagens térmicas com vistas
a emitir diagnósticos de falhas em instalações, equipamentos e dispositivos elétricos, bem como
orientações para análise de eficiência energética e vida útil de equipamentos elétricos que operam
sob falha.
5. Material e métodos
Para dar cabo ao trabalho, inicialmente será desenvolvida uma pesquisa bibliográfica para se mapear
os atuais protocolos de emissão de diagnóstico de falhas em instalações elétricas através de
inspeção termográfica.
Uma vez compilado os procedimentos de diagnóstico em prática, verificar-se-á as hipóteses
levantadas caracterizando em termos práticos o problema. Dados (correntes, impedâncias e
temperaturas) serão coletados para apoio ao desenvolvimento proposto.
A partir das teorias de circuitos elétricos, serão modeladas, além das situações triviais, as situações
em que falhas por mau contato não apresentem como sintoma elevação considerável de temperatura.
Serão utilizadas também as leis e teorias da física a respeito de dissipação térmica e transferência de
calor, para se modelar a energia dissipada e a temperatura que regiões com mau contato
experimentam.
De posse dos modelos (circuito elétrico esquemático e modelo do comportamento térmico), simular-
se-ão situações típicas de instalações elétricas e de carga para se estabelecer diretrizes de análise
dos perfis de temperatura da partes e suas eventuais falhas por mau contato. Por fim, situações
típicas de falhas não usuais serão reproduzidas em laboratório para se verificar a eficácia do modelo
proposto.
6. Atividades realizadas no período
Atividade Descrição da Atividade
1 Pesquisa bibliográfica sobre diagnóstico de falhas por inspeção termográfica;
2 Levantamento de dados típicos de circuitos elétricos e conexões;
3 Modelamento de instalações elétricas com falhas;
4 Modelamento do comportamento térmico das falhas;
5 Elaboração de equações que definissem o comportamento das falhas;
6 Realização do experimento controlado do caso
 Atividade 1: Tomando como referência relatórios de manutenção preventiva usando
termográfica buscou-se situações onde ocorria análise errônea baseado no princípio que se
tivermos duas conexões em paralelo e uma delas apresentar um mau contato de tal valor que
maior parte da corrente se dirija ao fio são, obtemos um diagnóstico termográfico equivocado
que indicaria este como o problemático. Por meio da pesquisa descobrimos que tal erro é
comum ocorrendo com mais freqüência em terminais de carga de transformadores trifásicos.
 Atividade 2: Por meio de tabelas fornecidas por fabricantes de cabos obtemos os valores das
grandezas dependentes, como área da seção, material de isolação e sua espessura alem do
valor das reatâncias, e das grandezas espúrias, como números de fios por cabo, carga de

4. ruptura e peso. O valor de um mau contato teórico foi obtido agravando falhas em uma
conexão ate o ponto em que a corrente para de conduzir, como este valor carrega grande
imprecisão ele foi estipulado como um intervalo, tendo em vista que este condiz para apenas
um tipo de fio condutor.
 Atividade 3: Utilizando o simulador Multissim da National Instruments construiu-se um circuito
representando um terminal de um transformador trifásico alimentando uma carga por meio de
dois cabos, sendo um possuindo mal contato, assim coletamos os valores das potências
dissipadas em cada cabo, alem das outras variáveis secundárias como tensão, corrente e
impedância equivalente, como demonstrado abaixo:
V1
220 Vrms
60 Hz
0°
R2
0.01Ω
D1
MUR420
D2
MUR420
D3
MUR420
D4
MUR420
R3
1.8Ω
R4
0.11103Ω
L1
0.0078mH
R5
0.11103Ω
L2
0.0078mH
R6
0.1Ω
Key=A
55%
XMM6 XMM8
XWM1
VI
XWM2
V I
Modelo do circuito elétrico com dois condutores por fase e suas conexões
 Atividade 4: De posse da potência dissipada, da área dos fios condutores e sabendo o
material a qual este pertence utilizamos as equações de distribuição de temperatura e perda
térmica em aletas com seção reta uniforme para se construir o gráfico relacionando
impedância de linha com a razão de temperatura em que se pode perceber que no início da
curva ocorre a situação comum, em que se leva em consideração apenas os valores
absolutos, e que a medida que impedância aumenta entra na zona de analise não trivial,
como mostrado abaixo:

5.  Atividade 5: No problema a ser analisado, foi utilizado o modelo abaixo, onde o tal possui a
vantagem de ser simples, pois só há um circuito monofásico com dois condutores por fase, e
representa qualquer circuito polifásico, visto que a distribuição de corrente nos condutores de
cada fase tem as mesmas características em ambos os casos. Além disso, se necessário for,
o modelo poderá ser generalizado, expandido, para casos em mais de dois condutores por
fase, visto que a distribuição de corrente entre condutores em paralelo continuará sendo
calculada da mesma maneira que, no caso, foi através de divisor de corrente.
Para o modelo, foram levantadas as variáveis de interesse listadas abaixo, sendo as
dependentes:
Impedância da linha (RL);
Resistência da conexão conforme (RBC);
Resistência da conexão não conforme (RMC);
Enquanto as variáveis dependentes:
Temperatura das conexões (TBC e TMC);
Potência dissipada nas conexões (PBC e PMC);
Corrente elétrica na linha com bom contato (IBC);
Corrente elétrica na linha com mau contato (IMC);
Como variável espúria, detectou-se a temperatura ambiente. Para que o modelo não
dependesse dessa variável e, portanto, fosse aplicável a diferentes ambientes, as variáveis
“Temperatura das conexões” foram substituídas por “Elevação de temperatura das
conexões”.
aplicando técnicas de análise de circuitos elétricos, chegou-se às seguintes equações para as
correntes elétricas e potências dissipadas em cada conexão:
Equação 3: Relação entre potências dissipadas no bom e no mau contato
Equação 2: Corrente no condutor com mau contato
Equação 1: Corrente no condutor com bom contato

6. Aplicando a Lei de Stefan-Boltzmann [5] através da Equação 4, obteve-se a relação entre as
temperaturas absolutas do bom e do mau contato expressa na Equação 5.
As simplificações que culminaram na Equação 5 foram possíveis devido às seguintes
considerações:
 As duas conexões dos condutores em paralelo são confeccionadas com peças e
métodos semelhantes, portanto possuiriam a mesma área de dissipação de calor, bem como
possuiriam a mesma emissividade;
 As duas conexões estariam submetidas à mesma temperatura ambiente;
A Equação 5 demonstra que a relação entre as temperaturas absolutas das duas conexões
depende das resistências dessas conexões e da impedância de linha. Ou seja, a proporção
da distribuição de corrente em cada condutor e, por conseguinte, a dissipação de potência e a
temperatura das conexões dependem somente das impedâncias dos ramos analisados, como
já era esperado na definição das variáveis independentes. A Equação 5, ainda, apresenta a
relação de temperaturas absolutas das conexões considerando-se apenas seu aquecimento
devido ao efeito Joule da condução de corrente elétrica. Como as conexões também são
excitadas termicamente pelo calor ambiente, suas temperaturas absolutas em verdade serão
um pouco maiores, apresentando valores numéricos um pouco diferentes do obtido por essa
equação. Entretanto, como se deseja analisar o comportamento relativo das temperaturas
das duas conexões, tal implicação não altera consideravelmente os resultados. A equação 5
no plano cartesiano ‘e expressa no gráfico abaixo:
Equação 5: Relação entre as temperaturas do bom contato e do mau contato
Equação 4: Equação da lei de Stefan-Boltzmann

7. As equações 1, 2, 3 e 5 nos permitem então avaliar o comportamento das temperaturas nas
conexões dos condutores em paralelo variando-se a resistência do contato não conforme
mantendo-se fixa a resistência do bom contato e a impedância da linha, situação essa
objetivo deste trabalho.
 Atividade 6: Foi analisado o caso de uma instalação elétrica de baixa tensão, onde a
impedância da linha tem efeitos resistivos muito maiores que os efeitos indutivos, tipicamente
uma ordem de grandeza maior. Assim, será considerado apenas o valor resistivo da linha.
Para produção de resultados com boa abrangência, foram adotados os seguintes valores
para obter-se resultados de comportamento dos circuitos:
Impedância de linha: 0,41 Ohm;
Resistência de bom contato: 0,15 Ohm.
Resistência de mau contato: varia de 0,15 a 2,20 Ohm.
Para realizar o ensaio em laboratório, os seguintes procedimentos foram adotados:
 A tensão da fonte foi mantida constante durante todo o ensaio;
 Foram evitadas correntes de ar sobre as elementos do circuito;
 Para simular conexões, foram empregados resistores de iguais dimensões e
materiais, buscando que tenham mesmas emissividades e áreas de dissipação de calor. Os
resistores tinham precisão de 5%;
 Corrente e tensão elétricas foram medidas com instrumento alicate amperímetro com
precisão de 1,5 %
 Imagens termográficas das conexões simuladas foram feitas com termovisor de 2%
de precisão;
 Medição de resistências elétricas e impedâncias com ponte digital LCR apresentando
imprecisão de 0.5%.
Durante o ensaio, foram adotadas as seguintes considerações:
 A corrente elétrica que fluía pelos cabos era da ordem de 10% de sua ampacidade,
tornando sua variação de resistência devido a aquecimento desprezível;
 A resistência da conexão simulada era caso a caso calculada, a partir de sua
temperatura, pois o componente utilizado era resistor de alumínio com invólucro de cimento
de silicone.

8. 7. Cronograma do Projeto
Atividade
Período de realização das atividades
Mês 1°
2°
3°
4°
5°
6°
7°
8°
9°
10°
11°
12°
1 x x
2 x x
3 x x
4 x x
5 x x
6 x x
8. Resultados e discussão
Baseado nos valores de temperaturas obtidos na ultima etapa montasse o gráfico abaixo que mostra
a variação da temperatura de bom e a de mau contanto com o aumento da resistência de mau
contato, tais dados de temperatura foram obtidos através das imagens que constam na tabela 1,
ressaltasse que os pontos de temperatura coletados são sempre os máximos de cada imagem[3].
Imagem térmica
Bom contato
Imagem térmica
Mau contato
Valor da resistência de mau
contato (p.u.)
0,38 0,47 0,53 0,92 1,1 1,34 1,55 1,96 3,24
Tabela 1: Imagens térmicas do bom contato e do mau contato.

9. Analisando, agora, o gráfico propriamente dito, nota-se que para valores de resistência de mau
contato até aproximadamente 1 pu, à medida que o mau contato aumenta (de valor de resistência
ôhmica), sua temperatura também aumenta em relação à temperatura do bom contato, alem de
valores de resistência de mau contato acima de 1 pu, aumentando seu valor, a temperatura do bom
contato começa a crescer a taxa acima da taxa de crescimento da temperatura de bom contato;
Para elevados valores de resistência de mau contato, tendendo a uma ordem de grandeza acima da
resistência da linha, a temperatura do bom contato se torna maior que a temperatura do mau contato;
Esta última situação é a que pode levar a diagnósticos equivocados se forem aplicados os critérios
tradicionais.
Este trabalho desenvolveu um modelo que representa uma instalação elétrica com condutores em
paralelo que propicia o estudo do comportamento das temperaturas de suas conexões quando uma
dessas conexões apresenta mau contato. Tal modelo demonstrou que há situações em que a
conexão defeituosa, ou seja, com mau contato, pode apresentar temperaturas inferiores às
temperaturas da conexão conforme, situação prática já vivenciada.
Instalações elétricas nas condições específicas citadas, quando analisadas através de inspeção
termográfica, podem sofrer diagnósticos equivocados que, por exemplo, planeje manutenção
corretiva para conexões em condições conformes e que sugira continuidade operacional para
conexões defeituosas.
Este trabalho prossegue no sentido de estabelecer parâmetros que auxiliem o profissional de
manutenção a diagnosticar corretamente instalações elétricas escopo deste artigo.
9. Referências
[1] CORTIZO, E. C.; BARBOSA, M. P.; SOUZA, L. A. C. Estado da arte da termografia. In:
FORUM PARTRIMÔNIO: AMB. CONSTR. E PART. SUST., 2008, Belo Horizonte. Anais v.2.
[2] OTANI, M.; MACHADO, W. V. A proposta de desenvolvimento de gestão da manutenção
industrial na busca da excelência ou classe mundial. Revista Gestão Industrial, Ponta
Grossa, v.04, n. 02, p. 01 ~ 06, 2008.
[3] PELIZZARI, E; MARTINS, C. O. D.; MENEZES, A. F. S.; REGULY, A. Aplicações
da termografia como ferramenta de manutenção. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE
ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, XVII, 2006, Foz do Iguaçu. Anais
eletrônicos... Disponível em
<http://www.metallum.com.br/17cbecimat/resumos/17Cbecimat-307-001.pdf>. Acesso em:
29 abr. 2010.
[4] CALENTE, A. Applied thermography for detection and elimination of overheating caused
byeddy current. In: CONFERENCIA PANAMERICANA DE END, 4., 2007, Buenos Aires.
Anaiseletrônicos...Disponívelem:<http://www.aaende.org.ar/aaende_end/material/Abstract2
.pdf>.Acesso em: 30 abr. 2010.
[5] GUERRA, R. Verificação experimental da lei de Stefan-Boltzmann. Disponível em:
<http://w3.ualg.pt/~rguerra/MEF0506/stefanboltzmann.pdf >. Acesso em: 30 abr. 2010.

10. 10. Participação em eventos técnico-científicos
7
◦
Semana estadual de ciência e tecnologia: Ciência para o desenvolvimento sustentável. De 19 a 22
de outubro de 2010.
Publicação na VII Congresso brasileiro de engenharia clínica. Disponível em:
http://www.cbeclin.com.br/arquivos/TL19.pdf - Acessado em 28 de julho de 2011.
11. Outras atividades
Visita a gerência de engenharia eletro/eletrônica da ArcelorMittal Tubarão, nesta interagimos com a
equipe de apoio a manutenção onde se utiliza manutenção preditiva usando termografia.

11. PIBIC/PIVIC – IFES
RELATÓRIO FINAL DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA