Bomba girando ao contrário: causa e troca de duas fases

Uma bomba centrífuga japonesa foi instalada, ligada e está pronta para o primeiro teste de pulso (bump test). O motor parte, mas o eixo gira no sentido oposto ao da seta fundida na carcaça. Outro caso comum: uma bomba que funcionou por anos passa a girar ao contrário logo depois da troca do motor ou do cabo. Nos dois casos, a resposta habitual do eletricista é “troca duas fases”. Isso resolve em muitas bombas, mas não em todas, e entender por que funciona mostra quando não vai funcionar.

Resposta curta: um motor de indução trifásico gira no sentido do campo magnético girante que se forma dentro dele, e esse sentido segue a sequência de fases da alimentação. Quando o motor parte direto da rede (partida direta), trocar quaisquer dois dos três condutores de alimentação inverte a sequência de fases e, com ela, o campo e o eixo. A regra não vale para bombas alimentadas por inversor de frequência, para motores monofásicos, nem para a bomba que gira ao contrário depois de parar porque o líquido retorna por ela.

Este guia cobre o lado da bomba, a física do motor, a troca de duas fases, os casos em que a regra não vale, os pontos de atenção no Brasil (NR-10, NR-12) e um checklist com modelo de e-mail para o contato com o fornecedor japonês.

Sumário

1. Por que uma bomba gira ao contrário
2. Como um motor de indução trifásico gira
3. Por que trocar duas fases inverte o giro
4. Quando a troca de duas fases não se aplica
5. Depois da correção: desenhos e registros
6. No Brasil: NR-10, NR-12 e normas do motor
7. Checklist: giro invertido em uma bomba japonesa
8. Limites deste guia
9. Perguntas frequentes
10. Fontes

Por que uma bomba gira ao contrário

A bomba transfere energia ao fluido e o empurra para fora. Em uma bomba centrífuga típica, o impelidor (rotor da bomba) gira dentro da carcaça e dá energia cinética à água ou a outro líquido. O formato do impelidor varia conforme o tipo de bomba; o impelidor de uma bomba centrífuga e o rotor helicoidal de uma bomba de parafuso são coisas diferentes.

Em uma bomba elétrica, o motor fornece o torque que faz o impelidor girar. Quando o motor está ligado diretamente à bomba por um acoplamento, um eixo do motor que gira para o lado errado faz o eixo da bomba girar para o lado errado também.

Figura 1: a rotação do motor chega ao impelidor pelo acoplamento

Bomba horizontal com acoplamento direto. Esquema que combina um corte do lado do acionamento com uma vista frontal do impelidor.

O impelidor aparece de frente, em outra projeção. Em equipamentos reais, o acoplamento fica sob uma proteção fixa; tubulação de sucção, selos e rolamentos foram omitidos.

Com o impelidor girando ao contrário, ele e a carcaça não conseguem produzir o escoamento para o qual foram projetados, e a altura manométrica e a vazão ficam abaixo do esperado. Como cada bomba se comporta em sentido inverso, e o que isso causa nas peças mecânicas, depende do projeto.

Um fio de água na descarga não prova que a bomba está girando no sentido certo. Por outro lado, vazão baixa também pode vir de problemas na sucção ou de maior resistência do sistema. A curva de desempenho da bomba mostra o que ela deveria entregar, e o NPSH indica a margem na sucção; use os dois e separe três coisas ao procurar a causa: a alimentação elétrica, o sentido de giro e as condições do lado do fluido.

“Sentido horário” depende de onde você olha

O mesmo eixo parece girar no sentido horário vista de uma ponta e no anti-horário vista da outra. Olhando pelo lado acoplado do motor (ponta do eixo de saída) ou pelo lado da ventoinha, o sentido aparece invertido.

No campo, use como referência a seta de rotação da bomba e o ponto de observação indicado no manual de instruções. Um registro que diz apenas “girou no sentido horário” é difícil de conferir depois.

Anote de onde o eixo foi observado, além do sentido, para que manutenção mecânica e elétrica falem da mesma coisa. Não retire a proteção do acoplamento com a bomba em funcionamento só para enxergar melhor.

Como um motor de indução trifásico gira

O motor gera torque pela interação entre campo magnético e corrente, a mesma ideia do experimento escolar com ímã e bobina.

Em um motor CC com escovas e ímãs permanentes, inverter a corrente da armadura inverte o sentido de giro. Isso não significa que “inverter a polaridade da alimentação inverte qualquer motor”: essa não é uma regra geral.

Motores de indução trifásicos são muito usados para acionar bombas em fábricas e plantas industriais. Para não confundi-los com máquinas CC, a explicação a seguir divide o motor em estator (parte externa) e rotor (parte interna). No motor de indução, o torque vem da corrente induzida nos condutores do rotor.

120° no tempo e 120° nos enrolamentos

A corrente alternada muda de sentido e de intensidade de forma periódica. Uma alimentação trifásica equilibrada tem três formas de onda com a mesma frequência, cada uma defasada de 120° no tempo em relação à seguinte.

Um ciclo completo corresponde a 360°, então 120° é um terço do ciclo. Em 50 Hz, um ciclo dura 20 ms, e um terço disso é cerca de 6,67 ms.

Esse 120° é uma defasagem no tempo: descreve quando a corrente de cada fase atinge o pico.

Figura 2: no modelo simples de 2 polos, os eixos dos enrolamentos ficam a 120°

U, V e W marcam os eixos magnéticos dos grupos de enrolamento. A figura não mostra o número real de bobinas nem a disposição dos terminais.

Nos motores reais, os enrolamentos são distribuídos em muitas ranhuras. Em máquinas de vários polos, as fases ficam a 120 graus elétricos, o que não é o mesmo que dividir a circunferência em três.

O estator também desloca no espaço os três grupos de enrolamento. Em um modelo simplificado de 2 polos, é possível colocar os eixos magnéticos dos enrolamentos a 120 graus mecânicos um do outro.

Um estator real tem muitas ranhuras, e cada enrolamento se distribui por várias delas. Não é um cilindro com apenas três bobinas separadas dentro.

Em motores de 4 e 6 polos, o padrão de polos se repete ao longo da circunferência; por isso, 120 graus elétricos não equivalem a 120 graus mecânicos no estator.

Três campos se combinam em um único campo girante

A corrente de cada fase produz um campo magnético ao longo do eixo do seu enrolamento. Somando os três, a direção do campo resultante gira de forma contínua ao longo do tempo.

Esse é o campo magnético girante. O motor não liga uma fase de cada vez: as três correntes variam ao mesmo tempo e formam juntas um único campo resultante.

Na Figura 3, a corrente da fase U está no valor de pico, 1, em um determinado instante. No mesmo instante, as correntes de V e W não são zero: cada uma vale 0,5 no sentido oposto.

Corrente em sentido oposto também inverte o campo que aquele enrolamento produz. A orientação dos enrolamentos e os sinais das três correntes decidem, juntos, para onde aponta o campo resultante.

Figura 3: o campo resultante das correntes das três fases

Mesmo modelo de 2 polos da Figura 2. As correntes aparecem como fração do valor de pico; o sinal negativo indica corrente em sentido oposto no enrolamento.

Modelo idealizado, com ondas senoidais equilibradas e enrolamentos simétricos. O eixo y positivo aponta para cima; a figura não define horário/anti-horário para nenhum motor real.

O rotor de um motor de indução de gaiola (gaiola de esquilo) tem barras condutoras unidas nas duas pontas por anéis de curto-circuito. O movimento relativo entre o campo girante e esses condutores induz tensão e corrente no rotor.

Essa corrente, em interação com o campo, produz torque, e o rotor gira no mesmo sentido do campo. Os anéis ligam as barras eletricamente e dão à corrente do rotor um caminho fechado.

Velocidade síncrona e velocidade do eixo

A velocidade do campo girante é a velocidade síncrona, definida pela frequência da alimentação e pelo número de polos. Quando um motor de indução comum aciona uma carga, o rotor gira um pouco mais devagar que isso.

É essa diferença de velocidade que induz tensão nos condutores do rotor. A diferença, expressa em fração, é o escorregamento. Ele é uma grandeza separada da sequência de fases, que é quem define o sentido.

Por exemplo, um motor de 4 polos em 50 Hz tem velocidade síncrona de 1.500 rpm. Supondo, só para ilustrar, um escorregamento de 3%, a velocidade do rotor resulta em 1.455 rpm.

O Japão usa 50 Hz no leste e 60 Hz no oeste, então um motor enviado do Japão pode ter sido projetado para uma frequência diferente da sua fábrica. A rede brasileira é de 60 Hz; confira na placa de identificação do motor se ele é de 50 Hz, 60 Hz ou 50/60 Hz. A frequência muda a velocidade, não o sentido. Na seleção do motor, é preciso considerar também a potência no eixo da bomba, e não só a velocidade.

Por que trocar duas fases inverte o giro

A alimentação trifásica tem uma sequência de fases: a ordem em que as formas de onda atingem o pico. Com os enrolamentos do estator inalterados, inverter a sequência de fases inverte o sentido em que o campo girante se desloca.

Por exemplo, se a ordem das ondas que chegam aos enrolamentos U, V e W passa de U→V→W para U→W→V, o campo gira para o outro lado. Nada se moveu dentro do motor; mudou apenas a correspondência entre as três ondas da alimentação e os enrolamentos.

Figura 4: trocar apenas duas ligações inverte a sequência de fases

À esquerda: ligação de referência. À direita: as fases que vão para V e W trocadas (apenas conceito).

O cruzamento não é uma junção. A figura não é um guia de terminais, cores de condutor, tensões nem de trabalho de ligação; mostra apenas a sequência de fases de um motor de indução trifásico com partida direta.

Trocar qualquer par de fases inverte a sequência, e não importa qual par: manter U no lugar e trocar V e W tem o mesmo efeito que trocar qualquer outro par.

Girar os três condutores uma posição (todos deslocados em círculo) não muda o sentido. Isso só muda o ponto em que você começa a ler a sequência; o sentido em que se percorre o círculo continua o mesmo.

Figura 5: as seis sequências possíveis se dividem em dois sentidos

Mesmo estator, mesmo ponto de observação, comparando com ABC como referência.

Sequência	Em relação à referência	Motivo
ABC, BCA, CAB	Mesmo sentido	Ponto de partida diferente, mas o mesmo ciclo A→B→C
ACB, CBA, BAC	Sentido oposto	A troca de duas fases inverte o ciclo

A designação “ABC” sozinha não define o sentido horário de todos os motores. As definições dos enrolamentos e o ponto de observação também precisam coincidir.

Em desenhos e instrumentos japoneses, é comum ver as linhas de alimentação marcadas como R, S, T e os terminais do motor como U, V, W. No Brasil, a alimentação costuma aparecer como L1, L2, L3 (padrão IEC) ou também como R, S, T, conforme o projeto. O instrumento que indica a sequência de fases (no Brasil, sequencímetro; em japonês, kensoki) em geral acende uma lâmpada de sequência direta (seiso) ou de sequência inversa (gyakuso). Confirme a nomenclatura na legenda do diagrama de ligação real, em vez de supor.

Sequência invertida e falta de fase

Não confunda inversão de fases com falta de fase. Na inversão, as três fases estão presentes, mas na ordem oposta. Na falta de fase, uma das três está ausente.

A falta de fase pode impedir a partida do motor, desequilibrar as correntes ou causar superaquecimento. Tratar “não gira, então troco dois cabos” como solução faz perder de vista uma fase faltando na alimentação ou uma conexão ruim.

Mesmo com a sequência correta, o motor pode não partir se o eixo estiver travado ou se a carga da bomba for pesada demais. Trate “gira para o lado errado” e “não gira” como dois problemas diferentes.

A corrente de operação diz algo sobre a carga, mas a corrente sozinha não indica o sentido de giro. Registre a sequência de fases, o movimento do eixo e as condições da tubulação como observações separadas, para não misturar as causas.

Mudar a sequência de fases no lado da alimentação também inverte todos os outros motores com partida direta alimentados por aquele ponto. Use o diagrama unifilar e os esquemas elétricos para definir o alcance de qualquer alteração e controlar o efeito sobre os equipamentos fora dela.

Quando a troca de duas fases não se aplica

Bombas acionadas por inversor de frequência

Esta seção trata de um inversor de frequência comum, de fonte de tensão, com retificador e barramento CC. O inversor converte a CA de entrada em CC e depois gera uma nova saída trifásica; por isso, mudar a sequência de fases da entrada não muda o sentido do motor.

Figura 6: o inversor gera uma nova saída trifásica

Conceito de um retificador, barramento CC e estágio inversor de saída típicos.

Os blocos são funcionais; as linhas paralelas no barramento CC representam capacitores. Componentes reais, terminais e qualquer circuito de bypass para a rede foram omitidos.

Quando uma bomba acionada por inversor gira ao contrário, verifique separadamente o comando de sentido (avante/reverso), o modo de operação e a sequência de fases da saída. Um painel indicando “FWD” (em japonês, seiten, “giro normal”) não garante que a bomba gire no sentido de que precisa.

Se o sistema tem um bypass que passa o motor para a rede, o caminho da alimentação é diferente na operação com inversor e na operação direta na rede. Girar corretamente em um modo não diz nada sobre o outro; confira os dois.

O comando de sentido passa pela fiação do painel e, em muitos sistemas, por um CLP. Para o diagnóstico, siga o comando até a origem e compare com o que o eixo realmente faz.

Motores monofásicos

Em um motor monofásico, o sentido é definido pela disposição do enrolamento principal, do enrolamento auxiliar e do capacitor. Trocar os dois fios da alimentação não inverte o giro como a troca de duas fases inverte um motor trifásico.

Qualquer religação real cabe ao responsável pelo equipamento e a profissionais qualificados, seguindo o procedimento do fabricante. Além de seccionar a alimentação, impedir a reenergização e constatar a ausência de tensão, o trabalho em equipamentos com inversor exige cuidados com a tensão residual no inversor.

Giro inverso depois da parada (refluxo)

Depois que a bomba para, o líquido pode retornar pelo lado do recalque, empurrar o impelidor e fazer o eixo girar ao contrário. A energia para isso vem da pressão ou da altura do líquido, não da alimentação elétrica.

Saber se a bomba gira ao contrário desde a partida ou só depois de o motor ser desligado muda o que se investiga. Dar partida enquanto a bomba gira em sentido inverso sobrecarrega a bomba e o motor; evite diagnosticar com tentativas repetidas de partida.

No giro inverso após a parada, olhe a pressão no recalque, os desníveis da tubulação e as válvulas de retenção. Trocar fases não faz nada contra a diferença de pressão que empurra o líquido de volta.

Em sistemas com várias bombas, a tubulação entre as bombas paradas e as em operação também conta. Quando o sistema de controle altera o número de bombas em operação, analise essas mudanças junto com a configuração hidráulica.

O tipo de bomba e o fluido também importam. Bombas de vácuo, que trabalham com ar, e bombas escolhidas para líquidos viscosos têm projetos internos e condições de operação permitidas diferentes.

Depois da correção: desenhos e registros

Depois de alterar a sequência de fases, atualize a numeração dos cabos, a atribuição dos terminais e os diagramas de ligação para refletir a instalação real. Se a numeração ficar como estava, a próxima troca de equipamento pode repetir o mesmo defeito.

O registro vale mais quando inclui a TAG do equipamento, o modelo do motor, o tipo de acionamento, o sentido exigido da bomba e o ponto de observação. Em equipamentos com inversor, registre também a origem do comando e as alterações de parâmetros.

Se a bomba girava certo antes de um serviço e só passou a girar ao contrário depois dele, as conexões mexidas nesse serviço são a melhor pista. Registrar separadamente a troca de motor, a troca de cabos e a atualização de painel dá a todos o mesmo ponto de partida para a investigação.

Não deduza as ligações pela cor ou pela aparência dos condutores; confira com os desenhos do equipamento e com as identificações reais. Um histórico de alterações permite que a próxima inspeção parta do último estado conhecido como correto.

Depois da correção, não pare em “gira no sentido certo”. Avalie vazão, altura manométrica, corrente e vibração nas condições de operação especificadas. Se o desempenho continuar abaixo do esperado com o sentido corrigido, procure outras causas, como as condições de sucção ou a resistência do sistema.

No Brasil: NR-10, NR-12 e normas do motor

Antes de qualquer mudança de ligação, o trabalho em instalações elétricas segue a NR-10 (Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade): seccionamento, impedimento de reenergização e constatação da ausência de tensão, feitos por trabalhador qualificado e autorizado. Em muitas fábricas isso se traduz no procedimento de bloqueio e etiquetagem (LOTO) da própria empresa; siga o procedimento interno.

O teste de pulso também acontece com máquina em movimento. Pela NR-12 (Segurança no Trabalho em Máquinas e Equipamentos), partes móveis como o acoplamento devem estar protegidas; não faça o teste com a proteção removida nem burle dispositivos de segurança para “enxergar o eixo”.

Para o motor, a série ABNT NBR 17094 trata de motores de indução, e a IEC 60034-8 trata da marcação dos terminais e do sentido de rotação. Uma norma japonesa ou a placa do fabricante pode não coincidir exatamente com esses textos; peça ao fornecedor o diagrama de ligação e o sentido de giro exigidos, em vez de supor equivalência.

Checklist: giro invertido em uma bomba japonesa

Use a lista abaixo para organizar os fatos antes que alguém mexa na ligação. É um auxílio para levantamento de informações, não um procedimento de trabalho; quem decide o que fazer é o responsável pelo equipamento.

Checklist de levantamento de fatos: giro invertido

Item	O que confirmar
Sentido exigido	Seta na carcaça da bomba e ponto de observação indicado no manual (lado acoplado ou lado da ventoinha)
Quando gira ao contrário	Desde a partida ou só depois da parada (refluxo)
Tipo de acionamento	Partida direta ou inversor; se existe bypass para a rede
Sequência da alimentação	Leitura do sequencímetro no ponto de medição e onde esse ponto está
Todas as fases presentes	Sem falta de fase nem conexão frouxa, antes de qualquer troca de cabos
Identificações e desenhos	R/S/T ou L1–L3 e U/V/W, conforme a legenda do desenho
Alcance da alteração	Outros motores com partida direta alimentados pelo mesmo ponto
Parâmetros do inversor	Origem do comando FWD/REV, modo de operação, fiação de saída
Serviços recentes	Troca de motor, de cabo ou de painel desde a última operação correta
Após a correção	Vazão, altura manométrica, corrente, vibração; desenhos e numeração de cabos atualizados

Perguntas para o fornecedor japonês

• De qual lado deve ser vista a seta de rotação da bomba?
• Qual terminal de alimentação deve ser ligado a qual terminal do motor para obter o sentido exigido, e isso aparece em um desenho?
• É aceitável girar ao contrário durante um teste de pulso curto nesta bomba, considerando o selo mecânico e os rolamentos?
• Para unidades com inversor: qual parâmetro ou entrada define o sentido (avante/reverso) e ele já foi ajustado na fábrica?
• O sistema precisa de válvula de retenção ou outra proteção contra giro inverso após a parada?
• O motor é projetado para a nossa frequência de alimentação (50 Hz ou 60 Hz)?

Modelo de e-mail para o fornecedor

Assunto: Sentido de rotação da bomba P-101 no comissionamento

Na primeira partida da bomba P-101, o eixo girou no sentido contrário ao da seta da carcaça (visto do lado da ventoinha do motor). O motor tem partida direta e as três fases estavam presentes. Antes de alterarmos qualquer ligação, pedimos que confirmem (1) de qual lado a seta deve ser observada, (2) a ligação exigida entre os terminais de alimentação R/S/T e os terminais do motor U/V/W e (3) se o breve giro inverso pode ter afetado o selo mecânico. Um diagrama de ligação com a sequência de fases prevista também ajudaria.

Para um fornecedor no Japão, a mensagem costuma ser enviada em inglês ou por meio do representante local; o texto acima serve de base. A TAG da bomba, o lado de observação e o método de partida acima são fictícios; troque pelos seus dados.

Limites deste guia

• A regra das duas fases vale para motores de indução trifásicos com partida direta da rede. Não cobre motores com inversor, motores monofásicos nem giro inverso por refluxo.
• As figuras são modelos idealizados. Não definem horário ou anti-horário de nenhum motor real e não são instruções de ligação.
• Identificações de terminais, cores de condutores e convenções de sequência de fases variam por país, empresa e desenho. Siga sempre a legenda dos desenhos do projeto.
• Quanto giro inverso uma bomba tolera depende do projeto. Pergunte ao fabricante.
• As referências a NR-10, NR-12, ABNT NBR 17094 e IEC 60034-8 são orientações gerais; confirme o texto vigente e o procedimento da sua empresa (SESMT) antes de aplicar.

Perguntas frequentes

Por que trocar duas fases muda o sentido, mas não a velocidade?

Porque inverte a sequência de fases, o que inverte o sentido do campo girante. Com a mesma frequência e o mesmo número de polos, a velocidade síncrona continua a mesma; só o sentido se inverte.

O motor passa a girar ao contrário se a frequência mudar de 50 Hz para 60 Hz?

Não. A frequência afeta a velocidade síncrona; quem decide o sentido é a sequência de fases. Se um motor e uma bomba podem funcionar em outra frequência depende das especificações dos dois.

Se o sequencímetro mostra a sequência, o sentido da bomba está confirmado?

Não por si só. O instrumento mostra a sequência no ponto em que foi medida. Ainda é preciso verificar as ligações desse ponto até o motor, as definições dos enrolamentos, se há inversor e o ponto de observação, comparando com o sentido exigido da bomba.

Posso continuar operando a bomba ao contrário se ela ainda entrega um pouco de água?

Não. Alguma descarga não mostra que a bomba atende ao desempenho de projeto nem que está mecanicamente íntegra. Corrija a causa tomando como base o sentido indicado pelo fabricante e depois avalie o desempenho nas condições especificadas.

Por que o painel mostra “FWD” quando a bomba gira contra a seta?

“Avante” é o nome de um comando de controle. O sentido real também depende da sequência de fases na saída e de como ela se liga aos enrolamentos. Faça coincidir o nome do comando, o diagrama de ligação e o ponto de observação com o sentido exigido pela bomba.

Fontes

• Sequência de fases e rotação de motores trifásicos, diferença para monofásicos: Oriental Motor, manual de operação de motores CA
• Enrolamentos do estator, campo resultante, polos e velocidade: EE2E11 Electrical Energy Conversion, “AC Machine Stator”
• Corrente induzida e escorregamento: EE2E11 Electrical Energy Conversion, “Induction Machine”
• Corrente de armadura e torque em máquinas CC de ímã permanente: EE2E11 Electrical Energy Conversion, “DC Machines”
• Velocidade síncrona: Mitsubishi Electric FA FAQ (em japonês)
• Mudança do sentido de rotação do motor com inversor: Toshiba Industrial Products and Systems FAQ (em japonês)
• Sequência de fases na entrada do inversor: Schneider Electric FAQ FA23680
• Indicadores de sequência de fases (kensoki) e sentido do motor: Panasonic TERASU, glossário (em japonês)
• Giro inverso por refluxo: KSB, “Reverse Running Speed”