Apostila Conversão Eletromecânica de Energia

CENTRO DE FORMAO PROFISSIONAL JOSEPH TURTON JNIOR

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Converso Eletromecnica de Energia.


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Presidente da FIEPE Jorge Wicks Crte Real Diretor do SENAI Areias Recife-PE Josenildo Fernando da Silva Diretor Regional do SENAI Srgio Gaudncio Portela de Melo Elaborao Luciano Alves de Oliveira Jnior Docente SENAI Areias Recife-PE

Unidade Operacional CENTRO DE FORMAO PROFISSIONAL JOSEPH TURTON JUNIOR


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Sumrio ....................................................................................................................................................... Pgina 1 Converso Eletromecnica de Energia ..................................................................................................... 4 1.1 Conceitos Bsicos................................................................................................................................. 5 1.1.1 Magnetismo ....................................................................................................................................... 5 1.1.2 Fluxo Magntico ................................................................................................................................. 5 1.1.3 Densidade de Fluxo Magntico ........................................................................................................... 6 1.1.4 Ampres-espiras ................................................................................................................................ 7 1.1.5 Intensidade de Campo ....................................................................................................................... 8 1.1.6 Permeabilidade Magntica ................................................................................................................. 10 1.1.7 Relutncia .......................................................................................................................................... 11 1.1.8 Circuito Magntico ............................................................................................................................. 14 1.1.9 O indutor, leis de Faraday e Lens ....................................................................................................... 20 1.1.10 Conceito de CV, HP e Watt............................................................................................................... 23 1.1.11 Torque ............................................................................................................................................. 27 1.1.12 Rendimento ..................................................................................................................................... 28 2 Motor Sncrono ........................................................................................................................................ 31 2.1 Aspectos Funcionais ............................................................................................................................. 31 2.2 Aspectos Construtivos ........................................................................................................................... 39 2.3 Tipos de excitao da Mquina Sncrona ............................................................................................... 41 2.4 Circuito Equivalente do Motor Sncrono (por fase) .................................................................................. 42 2.5 Efeito da Carga Sobre Motores Sncronos ............................................................................................. 43 2.6 Correo do fator de potncia com o uso de motor sncrono .................................................................. 45 3 Gerador Sncrono .................................................................................................................................... 48 3.1 Aspectos Funcionais ............................................................................................................................. 48 3.1.1 Gerador monofsico ........................................................................................................................... 49 3.1.2 Gerador trifsico................................................................................................................................. 52 3.2 Aspectos Construtivos ........................................................................................................................... 56 3.3 Operao em Paralelo de Geradores Sncronos .................................................................................... 59 4 Fontes alternativas de Energia ................................................................................................................. 62 4.1 Energia Hdrica ..................................................................................................................................... 62 4.2 Energia Trmica.................................................................................................................................... 63 4.3 Energia Nuclear .................................................................................................................................... 64 4.3.1 A fsica da fisso nuclear ................................................................................................................................... 64 4.3.2 Criando material fissionvel: Enriquecimento do urnio ..................................................................................... 64 4.3.3 Produzindo energia eltrica na usina nuclear ..................................................................................................... 65 4.3.4 As vantagens e desvantagens da usina nuclear ................................................................................................ 66 4.4 Energia Geotrmica .............................................................................................................................. 68 4.5 Energia Elica....................................................................................................................................... 69 4.6 Energia das Mars ................................................................................................................................ 70 4.7 Energia Fotovoltaica ............................................................................................................................. 70 4.8 Energia Qumica ................................................................................................................................... 71 5 Mquinas de Corrente Contnua ............................................................................................................... 72 5.1 Introduo ............................................................................................................................................ 72 5.2 Componentes da Mquina de Corrente Contnua ................................................................................... 72 5.3 Gerador de Corrente Contnua .............................................................................................................. 76 5.3.1 Princpio de Funcionamento de um Gerador de Corrente Contnua ...................................................... 77 5.3.2 Excitao do Campo Magntico .......................................................................................................... 80 5.3.3 Tipos de Geradores de Corrente Contnua .......................................................................................... 82 5.3.4 Circuito Equivalente do Gerador de Corrente Contnua ....................................................................... 87 5.3.5 Equaes da Tenso no Gerador e Regulao de Tenso .................................................................. 88 5.3.6 Perdas e Eficincia de um Gerador de Corrente Contnua ................................................................... 89 5.4 Motor de Corrente Contnua .................................................................................................................. 90 5.5 Introduo ao Motor de Corrente Contnua ............................................................................................ 91 5.6 Aspectos Construtivos do Motor de Corrente Contnua........................................................................... 92 5.7 Princpios de Funcionamento ................................................................................................................ 93 5.8 Controle de Velocidade e Conjugado nos Motores de Corrente Contnua ............................................... 95 5.9 Tipos de Excitao ................................................................................................................................ 99 5.10 Vantagens e Desvantagens dos acionamentos em Corrente Contnua.................................................. 100


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1 Converso Eletromecnica de Energia.

So estudados os processos de converso de energia eltrica em mecnica e energia mecnica em eltrica (figura 1). Essa converso ocorre em dispositivos de fora (motores e geradores) e nos dispositivos de posio (rels, microfones, alto-falantes, transdutores).

Figura 1 - Processo de converso eletromecnica de energia.

A converso eletromecnica de energia como a entendemos hoje, relaciona as foras eltricas e magnticas do tomo com a fora mecnica aplicada matria ao movimento. Como resultado desta relao, a energia mecnica pode ser convertida em energia eltrica, e vice-versa, atravs das mquinas eltricas. Embora esta converso possa tambm produzir outras formas de energia como calor e luz, para a maioria dos usos prticos avanou-se at um estgio onde as perdas de energia reduziram-se a um mnimo e uma converso relativamente direta conseguida em qualquer das direes.


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1.1 Conceitos Bsicos. 1.1.1 - Magnetismo. O magnetismo, como qualquer forma de energia, originada na estrutura fsica da matria, ou seja, no tomo. O eltron gira sobre seu eixo (spin eletrnico) e ao redor do ncleo de um tomo (rotao orbital) como mostra a figura 2.

Figura 2 Movimento dos eltrons nos tomos.

Na maioria dos materiais, a combinao entre direo e sentido dos efeitos magnticos gerados pelos seus eltrons nula, originando uma compensao e produzindo um tomo magneticamente neutro. Porm, pode acontecer uma resultante magntica quando um nmero de eltrons gira em um sentido e um nmero menor de eltrons gira em outro sentido. Assim, muitos dos eltrons dos tomos dos ms girando ao redor de seus ncleos em direes determinadas e em torno de seus prprios eixos, produzem em efeito magntico em uma mesma direo que resulta na expresso magntica externa. Esta expresso conhecida como campo magntico permanente e representado pelas linhas de campo. 1.1.2 Fluxo Magntico. O Conjunto de todas as linhas do campo magntico que emergem do plo norte do m chamado de fluxo magntico (Figura 3). Simboliza-se o fluxo magntico com a letra grega (fi). A unidade do fluxo magntico no SI o (Wb). Um weber igual a 1x108 linhas do campo magntico. Como o weber uma unidade muito grande para campos tpicos, costuma-se usar o microweber ( Wb) (1 Wb = 10-6 Wb).

Figura 3 Campo delineado por linhas de fora.

OBS: A corrente eltrica dimensionada em Ampre. Um ampr igual a 6,25x1018 eltrons por segundo passando pela seo transversal de um condutor (1 C = 6,25x1018 eltrons).


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Exerccio: 1) Se um fluxo magntico tem 3.000 linhas, calcule o nmero de microwebers. Transforme o nmero de linhas em microwebers. Resposta: = 3.000 linhas = 3 x 103 = 30 x 10-6 Wb = 30 Wb 1x108 linhas/Wb 108

Figura 4 Fluxo magntico como 3.000 linhas.

1.1.3 Densidade de Fluxo Magntico.

Figura 5 Linhas de Fluxo magntico cortando uma rea.

A densidade de campo magntico, densidade de fluxo magntico ou simplesmente campo magntico, cuja unidade Tesla (T), uma grandeza vetorial representada pela letra B e determinada pela relao entre o fluxo magntico e a rea de uma dada superfcie perpendicular direo do fluxo magntico. Assim: B = [ T ] A Onde: B: densidade de fluxo magntico, Tesla [ T ] : fluxo magntico, Weber [ Wb ] A: rea da seo perpendicular ao fluxo magntico, metros quadrados [ m2 ] 1T = 1 Wb/ m2


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Exerccio: 2) Qual a densidade de fluxo em teslas quando existe um fluxo de 600Wb atravs de uma rea de 0,0003 m2? Resposta: Dados: = 600Wb = 6 x 10-4 Wb A = 0,0003 m2 = 3 x 10-4 m2

Substituindo os valores de e A na frmula de densidade de fluxo, B = = 6 x 10-4 = 2 [ T ] A 3 x 10-4 1.1.4 Ampres-espira NI. A intensidade de um campo magntico numa bobina de fio depende da intensidade da corrente que flui nas espiras da bobina. Quanto maior a corrente, mais forte o campo magntico. Alm disso, quanto mais espiras, mais concentradas as linhas de fora. O produto da corrente vezes o nmero de espiras da bobina, que expresso em unidades chamadas de ampres-espira (Ae), conhecido como fora magnetomotriz (Fmm). Na forma da equao, Fmm = NI [A.e] Onde: Fmm: fora magnetomotriz, [ A.e ] N: nmero de espiras I: corrente [ A ] Exerccio: 3) Calcule os ampres-espira de uma bobina com 1.500 espiras e uma corrente de 4mA. Resposta: N = 1.500 espiras; I = 4 x 10-3 A NI = 1.500 (4 x 10-3) = 6 Ae


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1.1.5 Intensidade de Campo. a quantidade de ampres-espira por metro de comprimento da bobina. A unidade o Ae/m. H = NI [ A.e/m ], ou H = Fmm [ A.e/m ]. Onde: H: intensidade do campo magntico [ A.e/m ] N: nmero de espiras I: corrente [ A ] : comprimento da bobina em metros [ m ] Fmm: fora magnetomotriz, [ A.e ] importante observar que se aumentarmos o comprimento da bobina (esticando-a, por exemplo, como na figura 5a), mantendo a mesma quantidade de ampres-espira, a intensidade de campo diminui. Tambm se um ncleo ferro-magntico for introduzido na bobina, o comprimento usado no clculo da intensidade de campo, ser o comprimento desse material.

Figura 6 Bobina com 30 espiras por onde circula uma corrente de 1A. Na figura 6a a bobina est sendo esticada =20cm, na figura 6b ela est sendo comprimida =10cm e na figura 6c se introduz um elemento ferro-magntico na bobina =30cm.

a) H=N.I/; H=30x1/0,2; H=30x1x10/2=300/2; H=150 Ae/m

b) H=N.I/; H=30x1/0,1; H=30x1x10/1=300/1; H=300 Ae/m

c) H=N.I/; H=30x1/0,3; H=30x1x10/3=300/3; H=100 Ae/m


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Exerccio 4: a) Calcule a intensidade de campo de uma bobina com 40 espiras, 10 cm de comprimento e passando por ela uma corrente de 3 A (Figura 6a). b) Se essa mesma bobina for esticada at atingir 20 cm, permanecendo constante o comprimento do fio e a corrente, qual o novo valor da intensidade de campo (Figura 6b)? c) A bobina de 10 cm da figura 6a com a mesma corrente de 3 A agora est enrolada em torno de um ncleo de ferro de 20 cm de comprimento (Figura 6c). Qual a intensidade do campo?

Figura 7 Bobina com 40 espiras passando por ela uma corrente de 3A.

Resposta: a) N = 40 espiras; I = 3A; = 10 cm = 0,1 m. H = NI [ A.e/m ], ou H = Fmm [ A.e/m ]. H = 40 x 3 = 1200 A.e/m 0,1 b) N = 40 espiras; I = 3A; = 20 cm = 0,2 m. H = 40 x 3 = 600 A.e/m 0,2 c) N = 40 espiras; I = 3A; = 20 cm = 0,2 m. H = 40 x 3 = 600 A.e/m 0,2


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1.1.6 Permeabilidade Magntica. Um material na proximidade de um im pode alterar a distribuio das linhas de campo magntico. Se diferentes materiais com as mesmas dimenses fsicas so usado, a intensidade com que as linhas so concentradas varia (Figura 7). Esta variao se deve a uma grandeza associada aos materiais chamada permeabilidade magntica, . A permeabilidade magntica de um material uma medida da facilidade com que as linhas de campo podem atravessar um dado material.

Figura 8 Distribuio de linhas de campo: material magntico e no magntico.

A permeabilidade de um material magntico dada pela razo entre B e H. = B [ T.m/Ae ] H A permeabilidade magntica do vcuo, 0 vale: 0 = 4 x 10-7 [ T.m/Ae ] Os materiais podem ser classificados como: a) Diamagnticos Tm a permeabilidade um pouco inferior do vcuo. b) Paramagnticos Tm permeabilidade um pouco maior que a do vcuo. c) Ferromagntico Tm permeabilidade de centenas e at milhares de vezes maior que o vcuo.


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A relao entre a permeabilidade de um dado material e a permeabilidade do vcuo chamada de permeabilidade relativa, assim:

Onde: r: permeabilidade relativa de um material (adimensional) m: permeabilidade de um dado material 0: permeabilidade do vcuo 1.1.7 Relutncia R. O smbolo da relutncia R. A relutncia inversamente proporcional permeabilidade. O ferro possui alta permeabilidade e, conseqentemente, baixa relutncia. O ar possui baixa permeabilidade e, portanto, alta relutncia. = fmm [ Wb ] ou R = fmm [ Wb ] R onde: : fluxo magntico, Wb Fmm: fora magnetomotriz, Ae R: relutncia, Ae/Wb


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A relutncia pode ser expressa na forma de uma equao da seguinte forma: R = [ Ae/Wb ] x A onde: R: relutncia, Ae/Wb : comprimento da bobina, metros : permeabilidade magntica, T.m/Ae A: rea da seo reta da bobina, m2

Figura 9 Variao da relutncia em funo do entreferro.


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Exerccio: 5) Uma bobina tem uma fmm de 500 Ae e uma relutncia R de 2 x 106 Ae/Wb. Calcule o fluxo . Resposta: = fmm [ Wb ] R = 500 = 250 x 10 -6 Wb = 250 Wb 2 x 106 6) Partindo da equao = fmm mostre que R = . R x A Resposta: Partindo de: = fmm R

E sabendo que: = B.A B = x H H = N . I

Temos: B = . N . I e: = . N . I . A

logo: R = fmm = N . I = N. I. = __ . N . I . A . N . I . A x A R = [ Ae/Wb ] x A


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1.1.8 Circuitos Magnticos. Um circuito magntico pode ser comparado a um circuito eltrico no qual uma fem produz uma corrente. Seja um circuito magntico simples.

Figura 10 Circuito magntico simples.

Os ampres-espira NI da fora magnetomotriz produzem o fluxo magntico. Portanto, a fmm se compara fem ou tenso eltrica, e o fluxo comparado corrente. A oposio que um material oferece produo do fluxo chamada de relutncia, que corresponde resistncia.


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Observe a analogia feita com os circuitos abaixo.

Figura 11 Analogia entre o circuito eltrico e o circuito magntico. No circuito magntico Re e Rg correspondem a relutncia no ferro e a relutncia do ar.


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Exerccio: 7) O circuito magntico mostrado na figura abaixo tem as dimenses Af = Ag = 9 cm2, g = 0,050 cm, f = 30 cm e N = 500 espiras. Supondo o valor r = 70.000 para o material do ncleo, calcule: a) As relutncias R f e R g. b) O fluxo e a corrente I. Dada a condio de que o circuito magntico esteja operando com B = 1 T.

Figura 12 (a) Circuito Magntico, (b) Circuito magntico equivalente.

Respostas: Calculando a rea e o comprimento em metros. Af = Ag = 9 cm2 = 9 x 10-4 m2 f = 30 cm = 0,3 m g = 0,050 cm = 5 x 10-4 m


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a) Relutncias: m = r x 0 = 70.000 x 4 x 10-7 = 87,9 x 10-3 T.m/Ae R f = = 0,3 = 3,79 x 103 [ Ae/Wb ] m x Af 87,9 x 10-3 x 9 x 10-4 R g = g = 5 x 10-4 = 442,1 x 103 [ Ae/Wb ] 0 x Ag 4 x 10-7 x 9 x 10-4 b) Fluxo . Sabendo que: B = [ T ] A Logo: = B x A [ Wb ] = 1 x 9 x 10-4 = 9 x 10-4 Wb b) A corrente I. Sabendo que: = fmm = NI_____ (R f + R g ) (R f + R g ) = NI_____ (R f + R g ) Ento: I = (R f + R g ) = 9 x 10-4 (3,79 x 103 + 442,1 x 103 ) = 401,22 = 0,8 A N 500 500 I = 0,8 A


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8) A estrutura magntica de uma mquina sncrona est mostrada esquematicamente na figura abaixo. Supondo que o ferro do rotor e do estator tenham permeabilidade infinita, encontre o fluxo do entreferro e a densidade de fluxo Bg. Neste exemplo, I = 10A, N = 1000 espiras, g = 1 cm e Ag = 2000 cm2.

Figura 13 (a) Mquina sncrona, (b) Circuito magntico equivalente.

Resposta: Calculando a rea e o comprimento em metros. Ag = 2000 cm2 = 0,2 m2 g = 1 cm = 0,01 m


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Como a permeabilidade do ferro no rotor e no estator e infinita, no existe relutncia no ferro, apenas existe a relutncia no espao do entreferro. Encontrando o fluxo . = fmm = NI_____ (R f + R g ) (R f + R g ) fmm = N x I = 1000 x 10 = 10.000 Ae R f = 0 R g = g = 0,01 = 39,84 x 103 [ Ae/Wb ] 0 x Ag 4 x 10-7 x 0,2 = fmm = 10.000 __ = 0,12 Wb 2 x R g 2 x 39,84 x 103 Encontrando o densidade de fluxo B. B = [ T ] A B = 0,12 = 0,6 T 0,2


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1.1.9 - O indutor. Vejamos alguns fenmenos do indutor: 1) Todo indutor percorrido por corrente eltrica gera um campo magntico proporcional a essa corrente (seja ela contnua ou alternada). 2) Todo indutor sob a influncia de um campo magntico varivel gera corrente eltrica proporcional a esse campo. 3) Quando uma corrente varivel posta em um indutor, gera campo magntico varivel e este gera de volta uma corrente no prprio indutor. Lei de Faraday.

A tenso induzida diretamente proporcional ao nmero de espiras e a velocidade de variao do campo magntico. Podemos calcular a tenso induzida pela equao. Vinduzida = N x t Onde: Vinduzida: tenso induzida N: nmero de espiras da bobina : velocidade com que o fluxo intercepta o condutor, Wb/segundos t

Figura 14 Movimento de um im dentro de um solenide, Provocando uma tenso induzida nos terminais da bobina do solenide.


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Lei de Lenz. Segundo a lei de Lenz, qualquer corrente induzida tem um sentido tal que o campo magntico que ela gera se ope variao do fluxo magntico que a produziu. Se o campo est aumentando no sentido norte, a corrente gera um campo norte tambm, se o campo diminui no sentido norte, a corrente gera um campo no sentido sul. Matematicamente, a lei de Lenz expressa pelo sinal negativo que aparece na expresso da Lei de Faraday. Vinduzida = N x t Onde: Vinduzida: tenso induzida N: nmero de espiras da bobina : velocidade com que o fluxo intercepta o condutor, Wb/segundos t

Figura 15 Sentido da corrente em funo da variao do campo magntico.


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Trabalhando a frmula de Lenz: Vinduzida = N x t O Fluxo Magntico dado por: = B x A [ Wb ] ou = B x A x cos wt [ Wb ] Onde wt igual ao ngulo formado entre as espiras de um gerador eltrico e o fluxo magntico. d = - BAw x sen wt (a derivada do cos wt igual ao sen wt) dt Ficando a tenso induzida resumida a frmula: Vinduzida = N x = NBAw x sen wt t Onde: NBAw igual a Tenso mxima. Onde: N; nmero de espiras B; Densidade de Fluxo Magntico A; rea de atuao do campo magntico em relao as espiras w; velocidade angular, de rotao Logo: Vinduzida = Vmximo x sen (wt) Ou Vinduzida = Vmximo x sen (wt + ) Ou Vinduzida = Vmximo x sen (wt - )


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Exerccio: 9) O fluxo de um eletrom de 6 Wb. O fluxo aumenta uniformemente at 12 Wb num intervalo de 2 segundos. Calcule a tenso induzida numa bobina que contenha 10 espiras se a bobina estiver parada dentro do campo magntico. Resposta: = 12 6 = 6 Wb t = 2 segundos = 6 = 3 Wb/s t 2 N = 10, logo: Vinduzida = N x = 10 x 3 = 30 V t 1.1.10 Conceito de CV, HP e Watt. CV significa cavalo vapor e definido como uma unidade de potncia mecnica, assim como o HP que significa horse Power e tambm uma unidade que identifica a potncia mecnica. O Watt (W) uma unidade que identifica a potncia eltrica. As correlaes entre elas esto definidas abaixo: 1CV = 736W e 1HP = 746W. Potncia uma grandeza que expressa o trabalho realizado no transcorrer de um intervalo de tempo. P = T [ W ] t Onde: P: potncia em watt T: trabalho, N.m t: intervalo de tempo em segundos ( t t0)


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Um CV se define como a potncia mecnica necessria para se elevar verticalmente uma massa de 75Kg uma altura de 1 metro num tempo de 1 segundo.

Um HP se define como a potncia mecnica necessria para se elevar verticalmente uma massa de 33.000 libras (14968,8 Kg) a uma altura de 1p (30,4 cm) num tempo de 1 minuto.

Figura 16 Definio do CV (Cavalo Vapor), trabalho mecnico realizado. Potncias normalizadas em CV: 1/3; 1/2; 3/4; 1; 1,5; 2; 3; 4; 5; 6; 7,5; 10; 12,5; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 75; 100; 125; 150; 175; 200; 250.


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Exerccio: 10) Um elevador com massa igual a 980 Kg deve ser elevado a uma altura de 30m por um motor. Se usarmos um motor que realize este trabalho em 30 segundos, qual a potncia mecnica do motor? Considerar a acelerao da gravidade igual a 10 m/s2.

Figura 17 Elevador sendo movimentado por um motor eltrico.

Resposta: Calculando o trabalho realizado. T = F x d = P x g x h = 980 x 10 x 30 = 288120 N.m = 288120 J Calculando a potncia do motor sabendo que: P = T [ W ] t P = T = 288120 = 9604 W (potncia eltrica ou potncia de entrada) t 30 Calculando a potncia mecnica do motor ou potncia de sada: Pmecnica = 9604 = 13,04 CV; devemos usar um motor de 15 CV. 736


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11) Um peso de 600N deve ser elevado a uma altura de 2 m por um motor. Se usarmos um motor que realize este trabalho em 12 segundos e outro que realize em 2 segundos, qual a potncia mecnica de cada motor? Resposta: Sabendo que a fora e igual ao peso e vale 600N, podemos calcular a potncia mecnica dos dois motores. Motor 1. Realiza o trabalho em 12 segundos. Motor 2. Realiza o trabalho em 2 segundos. Clculo do motor 1. T = F x d = P x d = 600 x 2 = 1200 N.m = 1200 J P = T = 1200 = 100 W (potncia eltrica ou potncia de entrada) t 12 Pmecnica = 100 = 0,136 CV; devemos usar um motor de 1/3 CV. 736 Clculo do motor 2. T = F x d = 600 x 2 = 1200 N.m = 1200 J P = T = 1200 = 600 W (potncia eltrica ou potncia de entrada) t 2 Pmecnica = 600 = 0,815 CV; devemos usar um motor de 1 CV. 736


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1.1.11 Torque (relao entre conjugado e potncia). Na especificao e seleo de motores pode ser importante a avaliao da quantidade de torque disponvel, numa polia ou eixo de motor, para se executar uma determinado trabalho mecnico a uma certa velocidade. A equao que relaciona a potncia fornecida com o torque externo e a velocidade dada por: T = Pmecnica x 736 [ Watt ] = Peltrica [ Watt ] wr wr T: torque, N.m wr: velocidade angular ou rotao, rad/s Exerccio: 12) Qual o torque disponvel no eixo do motor de 7,5 CV com o eixo girando a 1760 rpm? Resposta: Velocidade do eixo ou velocidade do motor = nr = 1760 rpm Transformando de rpm para velocidade angular wr. wr = nr . 2 rad/s = 1760 . 2 = 184,3 rad/s 60 60 Torque: T = Peltrica = 7,5 x 736 = 29,93 N.m wr 184,3 Observao: Um Newton-metro significa que uma fora de 1 Newton est sendo aplicada a 1 metro de distncia.


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1.1.12 Rendimento. A potncia de uma mquina , de fato, sua capacidade de transformar energia, convertendo em trabalho num dado intervalo de tempo. Para isso, a mquina precisa absorver energia de alguma fonte. Entretanto, nem toda energia consumida da fonte transformada em trabalho til, pois sempre existem perdas. Num motor eltrico, por exemplo, as perdas so de natureza eltrica, magntica e mecnica. Quando falamos em perdas mecnicas, estamos nos referindo, principalmente energia dissipada pelo atrito nas partes mveis.

Figura 18 Perdas no motor eltrico.

Com base nos fatos, devemos distinguir entre a potncia que efetivamente transformada em trabalho til, Ptil, e a potncia absorvida da fonte de energia primria, Pabsorvida, pois esta maior do que aquela. A diferena entre uma e outra parcela corresponde a potncia perdida, Pperdida, ou seja

perdidatilabsorvida PPP A prxima ilustrao um esquema conveniente para visualizarmos a equao 2.9.

Figura 19 Rendimento de uma mquina.


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A eficincia com que um sistema ou mquina transforma a potncia absorvida em potncia til expressa fisicamente como rendimento ()

absorvida

til

PP

onde adimensional. Como j vimos anteriormente, a potncia absorvida maior do que a potncia til, ou

tilabsorvida PP Assim:

10 Com freqncia, o rendimento expresso em percentual, bastando para isso multiplicar a equao 2.10 por 100%. Desta forma

%100absorvida

til

PP

Na maioria das aplicaes mecnicas, trabalhamos com mquinas montadas em srie. Logo, uma mquina fornece potncia outra, e assim sucessivamente (veja a figura).

Figura 20 Associao de mquinas.


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O rendimento total do sistema de mquinas ser igual ao produto dos rendimentos parciais de cada mquina.

...321 total ou

...3

3

2

2

1

1 a

u

a

u

a

utotal P

PPP

PP

Exerccio: 13) Qual o rendimento total de um sistema formado por um motor eltrico de rendimento 90% e de uma mquina cujo rendimento de 70%. ntotal = 0,9 x 0,7 = 0,63 ntotal (%) = 63% 14) Um motor eltrico trifsico tem uma potncia mecnica til entregue ao eixo igual a 3 CV. Sabendo que na placa de identificao do motor o rendimento vale 85%, qual o valor da potncia eltrica ativa, solicitada ou consumida da rede eltrica pelo motor? Resposta: n (%) = Pmecnica x 100 Pativa Sada: Pmecncia = 3 CV (potncia de sada) Peltrica = 3 x 736 = 2208 W

Entrada: n (%) = Pmecnica x 100 Pativa 85 = 2208 x 100 Pativa Pativa = 2208 x 100 = 2597,6 W 85 Pativa = 2597,6 W (potncia de entrada)


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2 Motor Sncrono. 2.1 Aspectos Funcionais.

Oriundo do termo sncronos (sin = mesmo e cronos = tempo). O sincronismo relaciona a velocidade do campo girante criado pela fonte AC com a velocidade do rotor, ou seja, o rotor gira na mesma velocidade que o campo girante no arranjo normal das mquinas sncronas. Como os motores de induo, os motores sncronos tm enrolamento no estator que produzem um campo magntico rotativo. Mas, ao contrrio do motor de induo, o circuito do rotor de um motor sncrono excitado por uma fonte cc. O rotor engata na mesma rotao do campo magntico rotativo e o acompanha com a mesma velocidade. Se o rotor sair do sincronismo com o campo rotativo do estator, no se desenvolve nenhum torque e o motor para. Como um motor sncrono desenvolve torque somente quando gira na velocidade de sincronismo, ele no tem partida prpria e conseqentemente precisa de algum dispositivo que faa o rotor girar na velocidade de sincronismo.

Figura 21 Esquema eltrico de uma mquina sncrona.

Como os motores de induo, os motores sncronos tm enrolamento no estator que

produzem um campo magntico rotativo. Mas, ao contrrio do motor de induo, o circuito do rotor de um motor sncrono excitado por uma fonte cc (figura 21). O rotor engata na mesma rotao do campo magntico rotativo e o acompanha com a mesma velocidade. Se o rotor sair do sincronismo com o campo rotativo do estator, no se desenvolve nenhum torque e o motor para. Como um motor sncrono desenvolve torque somente quando gira na velocidade de sincronismo, ele no tem partida prpria e conseqentemente precisa de algum dispositivo que faa o rotor girar na velocidade de sincronismo.


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A freqncia das tenses geradas na armadura (estator) so definidas pela

velocidade do rotor, atravs da expresso: f = P. n = P x n 120 2 60 Onde: = freqncia (Hz) n = velocidade (rpm) P = n de plos As mquinas sncronas podem ser geradores (alternadores), motores ou

compensadores. Alternador a designao genrica dada a qualquer gerador que gere tenso

alternada, sendo o mesmo classificado como sncrono ou assncrono (minoria). Enquanto o compensador sncrono um motor sncrono operando em vazio tendo como objetivo corrigir o fator de potncia do sistema.

As mquinas sncronas so fabricadas, geralmente, em grandes unidades (potncias relativamente grandes) e utilizadas para a gerao de energia. Comparadas com os transformadores e motores de induo, que so fabricados em larga escala, as mquinas sncronas so onerosas, possuem enrolamento de campo especial para corrente contnua e precisam de fonte C.C., alm de necessitar velocidade constante, pois o objetivo primordial ter a freqncia constante igual a 60 Hz. A mquina sncrona como motor, deve receber ateno especial em sua operao e tem aplicao diferenciada e muito interessante no controle do fator de potncia, alm de ser uma das poucas mquinas cuja velocidade na ponta do eixo a mesma do campo girante magntico (sincronia). O motor sncrono, quando a tecnologia de capacitores ainda no havia atingido o ponto satisfatrio, foi muito utilizado para absorver potncia reativa da rede, melhorando o fator potncia. Atualmente, difcil encontr-lo nesse tipo de aplicao e no so muitas as indstrias que o mantm em atividade, mas toda a tecnologia nesse motor ajudou e pode ajudar a desenvolver outras idias e deve ser estudada com dedicao, alm de auxiliar no entendimento da mquina sncrona como gerador, o corao da produo de energia eltrica. O mquina sncrona possui um enrolamento trifsico no estator (parte fixa) e um enrolamento de corrente contnua no rotor (parte mvel). Como gerador, excitamos o rotor e aplicamos fora mecnica para que o campo magntico no rotor corte as bobinas no estator, tendo a tenso alternada trifsica gerada. Como motor preciso aplicar tenso trifsica ao estator, em que produzido um campo girante com freqncia determinada pela rede e velocidade de acordo com a freqncia e o nmero de plos do enrolamento.


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Veja novamente a equao.

f = P. n = P x n 120 2 60 Onde: = freqncia (Hz) n = velocidade (rpm) P = n de plos

Ao rotor aplicamos tenso contnua para produzir um campo magntico fixo que acompanha o campo girante fielmente.

Figura 22 Esquema eltrico de uma mquina sncrona.

Na figura 22 existem dois plos no rotor criados pela excitao em corrente contnua aplicada e um campo magntico girante no estator com velocidade determinada pela freqncia da rede e pelo nmero de plos da mquina. O problema do motor sncrono a incapacidade de atingir a velocidade sncrona, partindo da inrcia, sob carga, sem procedimentos especiais, tais como:


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a) Construo de uma gaiola envolvendo o rotor. Coloca-se barras no sentido longitudinal da mquina, curto-circuitada nas extremidades por anis. Nesta configurao, na partida, correntes bastantes elevadas so induzidas nestas barras em funo da baixa impedncia, aumentando consideravelmente o fluxo magntico, fazendo com que o motor parta. Quando o rotor da mquina est girando em regime permanente, a velocidade do campo girante a mesma velocidade do eixo do motor, neste momento nenhuma tenso induzida nestas barras e elas simplesmente no agem. b) Dispositivos de partida externa. Outro motor acoplado ao eixo fornecendo torque suficiente para a partida do motor sncrono. c) Utilizando um conversor de freqncia ajustvel. Tem-se ento um campo girante com velocidade angular varivel. Nesta circunstncia, inicialmente regula-se o conversor para gerao de um campo girante com uma freqncia baixa, de tal forma que rotor comece a girar. A seguir, aumenta-se a freqncia do campo girante at a velocidade sncrona. Concluso: O motor sncrono incapaz de partir sem a ajuda sob certas situaes de carga. Em vazio talvez parta, mas com carga, dificilmente. Normalmente se utiliza outro motor acoplado ao eixo do motor sncrono para imprimir velocidade ao motor sncrono at atingir 90% da velocidade do campo girante no estator. Ento o motor auxiliar desacoplado e o motor sncrono busca a sincronia com o campo magntico no estator e toma o controle da situao.


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Universo tecnolgico dos motores sncronos.

Figura 23 Universo tecnolgico dos motores.


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Exerccio: 15) Um motor sncrono trifsico com rendimento de 85% absorve uma corrente de linha eficaz de 10A e opera com uma tenso de 380V em estrela. Se a potncia consumida de 1800W e a rotao do campo magntico da armadura (estator) igual a 1800 rpm. Pede-se: a) A potncia aparente. b) O fator de potncia do motor. c) A potncia mecnica disponvel no eixo no motor. d) O torque. e) O nmero de plos do motor.

Figura 24 Motor sncrono sendo alimentado por uma rede trifsica.

Respostas: Sabendo que: Ilinha = Ifase Vlinha = 3 Vfase = 380 V P = 1800 W N = 85% n =1800 rpm a) A potncia aparente trifsica. S3 = 3 Vlinha x I linha = 3 x 380 x 10 = 6581 VA S3 = 3 Vfase x I fase = 3 x 380/ 3 x 10 = 6581 VA


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b) Fator de potncia do motor. FP = cos = potncia real = 1800/6581 = 0,27 potncia aparente c) A potncia mecnica disponvel no eixo do motor (sada). n (%) = Pmecnica x 100 Pativa 85 = Pmecnica x 100 1800 Pmecnica = 1800 x 0,85 = 1530 W Pmecnica = 1530 = 2,07 CV 736 d) Torque. wr = nr . 2 rad/s = 1800 . 2 = 188,5 rad/s 60 60 Torque: T = Psada = 2,07 x 736 = 8,08 N.m wr 188,5 e) O nmero de plos do motor. f = P. n 120 P = 120f = 120 x 60 = 4 polos n 1800


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16) O bate estaca eleva o batente de 2 toneladas a uma altura 10 metros. Calcule o trabalho realizado pela fora peso e a potncia do motor (despreze as perdas por atrito) se o percurso de elevao foi feito em 20 s. Considere g=10m/s2.

massa = 2000Kg h = 10m t = 20s Trabalho: T = m.g.h = 2000x10x10 = 200KJ Potncia eltrica: P = Trabalho/t = 200K/20 = 10KW Potncia Mecnica: Pmecnica = Peltrica / 736 = 13,58 CV

17) Um guindaste eleva uma carga de 2 toneladas a uma altura de 1m em 5s. Determine o rendimento do sistema se o motor utilizado de 12 HP.

massa = 500 Kg h = 1 m t = 0,5 s Trabalho: T = m.g.h = 500x10x1 = 5KJ Potncia eltrica (entrada): P = Trabalho/t = 5K/0,5 = 10KW

Potncia eltrica (sada) = 12 HP = 12 x 746 = 8952 W Rendimento: n = Psada / Pentrada = 8952/10000 = 0,8952 n (%) = 89,5 %


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2 Motor Sncrono. 2.2 Aspectos Construtivos. As partes bsicas da mquina sncrona so: a) Induzido ou armadura (estator). Com enrolamento trifsico distribudo em ranhuras.

Figura 25 Estator de uma motor sncrono. b) Indutor (rotor). Com enrolamento de campo de excitao com excitao cc. Esse enrolamento conectado a uma fonte externa por meio de anis e escovas. Dependendo da construo do rotor, uma mquina sncrona pode ser do tipo rotor cilndrico (ou plos lisos) ou do tipo plos salientes.

Figura 26 (a) Rotor de plos lisos. (b) Rotor de plos salientes.


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c) Conjunto de escova e anis. Tm por funo conectar a fonte de corrente contnua com os plos do rotor. Tratando-se de componentes que se desgastam e que podem produzir fascas e interferncia eletromagntica.

Figura 27 Anis coletores e escovas.

d) Carcaa. Sua funo principal apoiar e proteger o motor, alojando tambm o pacote de chapas e enrolamentos do estator. Podem ser construdas nos tipos horizontal e vertical e com grau de proteo de acordo com as necessidades do ambiente. e) Eixo. Os eixos so fabricados de ao forjado ou laminado e usinados e tem como funo apoiar as bobinas do rotor.

Figura 28 1 Cubo do rotor, 2 Aranha, 3 Plos, 4 Eixo, 5 Enrolamento de campo, 6 e 7 Enrolamento amortecedor.


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f) Mancais de rolamento ou deslizamento. Os mancais de rolamentos so construdos normalmente de rolamentos de esferas ou de rolos cilndricos, dependendo da rotao e dos esforos axiais e radiais a que so submetidos. Os mancais de deslizamento podem ser lubrificados naturalmente (auto-lubrificveis) ou lubrificados de forma forada (lubrificao externa). Os mancais tm a funo de sustentarem o rotor na estrutura da mquina sncrona e permitirem que o rotor gire de forma livre.

Figura 29 (a) Mancal de rolamento, (b) Mancal de deslizamento.

2.3 - Tipos de excitao da Mquina Sncrona. Podem ser excitados por uma fonte de energia eltrica externa ou pela prpria energia gerada devidamente retificada (auto-excidada); assim tem-se: a) Excitatriz rotativa. Em geral, um gerador de corrente contnua acionado pelo eixo do gerador. Neste caso tem-se excitao prpria. Necessita de escovas para alimentao de campo. b) Excitatriz Brushless. Neste tipo de excitatriz, a tenso de alimentao do campo retificada por um conversor rotativo localizado no eixo da mquina. Somente pode ser considerado como excitao independente se possuir um gerador de m permanente de plos fixos e armadura girante. Como o prprio nome diz, no possui escovas para a alimentao do campo. c) Auto Regulado. A corrente de campo proporcional corrente fornecida pelo alternador. Para que isto seja possvel, utiliza-se de transformadores de corrente e ponte retificadora externa mquina. Necessita de escovas.


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d) Excitao Esttica (com escovas). A tenso de alimentao do campo provm de uma fonte independente do alternador, sendo retificada por conversores estticos. A alimentao do campo feita atravs de escovas. 2.4 Circuito Equivalente do Motor Sncrono (por fase). O modelo do motor sncrono (circuito equivalente) apresentado abaixo, onde: jXs a reatncia sncrona (ohms). Ra a resistncia de armadura (ohms). Vt a tenso da fonte aplicada ao estator (armadura). Vg a fora contra-eletromotriz (gerada internamente no enrolamento do estator). Ia Corrente do estator.

Figura 30 Circuito equivalente do motor sncrono.

A frmula aplicada para o circuito equivalente acima : Vt = Vg + Ra . Ia + jXs . Ia Podemos calcular Vg (fcem) usando a frmula abaixo: Vg = (Vt cos Ia . Ra) + j (Vt sen + Ia Xs), ou Vg = (Vt cos Ia . Ra) + j (Vt sen Ia Xs), ou Vg = (Vf Vf cos ) + j(Vf sen ), ou Vg = (Vf Vf cos ) j(Vf sen ) O sinal + Ia Xs usado para um fator de potncia em avano. O sinal Ia Xs usado para um fator de potncia em atraso. O ngulo chamado de ngulo eltrico correspondente ao torque.


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A impedncia no motor dada pela frmula: Z = Ra + jXs A queda de tenso no estator calculada pela frmula: Er = Ia Z = Ia (Ra + jXs) 2.5 Efeito da Carga Sobre Motores Sncronos. Quando um motor sncrono funciona sem carga, o ngulo de torque praticamente zero grau, a fora contra-eletromotriz Vg igual a tenso aplicada ou a tenso do terminal Vt (desprezando as perdas do motor) e o fator de potncia igual a 1. Aumentando-se as cargas e os ngulos de torque, a posio da fase de Vg varia com relao a Vt que permite um fluxo de corrente maior no estator para suportar a carga adicional. Vt e Vg no estaro mais em sentidos opostos.

Figura 31 (a) Motor trabalhando sem carga, (b) Motor trabalhando com carga.

O ngulo chamado de ngulo de torque, a figura 31b mostra um motor trabalhando subexcitado com um fator de potncia indutivo, a corrente est atrasada da tenso nos terminais de um ngulo . O ngulo corresponde diferena entre a posio do centro do eixo do rotor do motor em relao ao centro no plo do estator, corresponde a um ngulo macnico dado em graus mecnicos. Para calcular o ngulo eltrico necessrio usar a equao abaixo: = Nmero de Plos x ( /2); Onde corresponde ao ngulo eltrico (dado em graus eltricos) correspondente diferena entre a posio do centro do eixo do rotor do motor em relao ao centro no plo do estator.


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Exerccio: 18) Um motor sncrono de 20 plos, 40 HP, 660V, 60 Hz, trifsico, ligado em estrela est funcionando em vazio com a sua tenso gerada por fase exatamente igual a tenso de fase aplicada sua armadura (estator). vazio, o rotor atrasa-se de 0,5 graus mecnicos em relao sua posio sncrona. A reatncia sncrona 10 e sua resistncia efetiva de armadura igual a 1 por fase. Calcule: a) O giro do motor em relao posio sncrona em graus eltricos. b) A fcme (Vg) da armadura resultante, por fase. c) A corrente de armadura, por fase. Respostas: a) = Plos x ( /2) = 20 . (0,5/2) = 5 eltricos b) Vf = 660/ 3 = 381V Vg = (Vf Vf cos ) + j(Vf sen ) Vg = ( 381 381 cos 5) + j(381 sen 5) Vg = 33,2 |87,3 V/fase c) Z = Ra + jXs Z = 1 + j 10 Z = 10 |84,3 /fase Ia = Vg/Z = 33,2 |87,3 / 10 |84,3 = 3,32 |3 A/fase


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2.6 Correo do fator de potncia com o uso de motor sncrono. Uma vantagem incrvel do motor sncrono que ele funciona com um fator de potncia (FP) igual a um. Variando-se a intensidade do campo cc no rotor, o fator de potncia total de um motor sncrono poder ser ajustado ao longo de uma faixa considervel. Assim, o motor simula uma carga capacitiva atravs da linha. Se um sistema eltrico estiver funcionando com um fator de potncia indutivo, os motores sncronos ligados atravs da linha so ajustados para um FP capacitivo podendo aumentar e melhorar o FP do sistema. Qualquer melhora no FP aumenta a capacidade de fornecimento para a carga, aumenta a eficincia e, em geral, melhora as caractersticas de funcionamento do sistema. Para uma carga mecnica constante, pode-se variar o FP de um motor sncrono de um valor capacitivo para um valor indutivo ajustando-se a sua excitao de campo cc. A excitao de campo ajustada de modo que o FP seja igual a 1.

Figura 32 Motor sncrono com um reostato para ajuste da excitao de campo na correo do FP.


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Exerccio: 19) A carga de uma instalao industrial de 400 kVA para um fator de potncia de 0,75 indutivo. Qual deve ser o FP da carga adicional de 100 kW de um motor sncrono se ele aumentar o FP da instalao toda para 100%?

Figura 33 Tringulo das potncias para a instalao eltrica da industria.

Clculo das potncias para a industria. S = 400 kVA (potncia aparente) FP = cos = 0,75 = arc cos 0,75 = 41,4 P = S.cos = 400k x 0,75 = 300kW (potncia ativa) Q = S.sen = 400k x sem 41,4 = 264,5 kVAR (potncia reativa) Clculo para a correo do FP para 100% com o motor sncrono.

Figura 34 Tringulo das potncias do motor sncrono e vetores das potncias com o motor instalado na industria.

Motor. P = 100 kW Q = 264,5 kVAR tg = 264,5k / 100k = 2,64 arc tg 2,64 = 69,28 cos 69,28 = FP = 0,35 Dados para a fabricao do motor P = 100kW; FP = 0,35. Potncia ativa da industria, aps a instalao do motor ser igual a 300k+100k=400kW .


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20) A carga eltrica de uma indstria de 500kVA para um FP indutivo igual a 0,8. Dimensione um motor sncrono com da potncia real da carga instalada e calcule o FP do motor para que o mesmo corrija o FP de toda instalao para 92% (FP=0,92). Calcule o preo da conta de energia desta indstria durante o ms, antes e depois da instalao do motor, sabendo que a indstria funciona 24 horas por, todos os dias do ms e o preo do kWh igual a R$ 0,50.

Figura 35 Tringulo das potncias para a instalao eltrica da industria.

Clculo das potncias para a indstria. S = 400 kVA (potncia aparente) FP = cos = 0,75 = arc cos 0,75 = 41,4 P = S.cos = 400k x 0,75 = 300kW (potncia ativa) Q = S.sen = 400k x sem 41,4 = 264,5 kVAR (potncia reativa) Clculo para a correo do FP para 100% com o motor sncrono.

Figura 36 Tringulo das potncias do motor sncrono e vetores das potncias com o motor instalado na industria.

Motor. P = 100 kW Q = 264,5 kVAR tg = 264,5k / 100k = 2,64 arc tg 2,64 = 69,28 cos 69,28 = FP = 0,35 Dados para a fabricao do motor P = 100kW; FP = 0,35. Potncia ativa da indstria, aps a instalao do motor ser igual a 300k+100k=400KW.


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Conta de energia mensal (KWh). Potncia da instalao = 400K + 100K = 500KW Tempo = 30x24 = 720 horas Preo do KWh = R$ 0,50 Preo = 720 x 500K x 0,50 = R$ 180.000,00 3 Geradores Sncronos. 3.1 Aspectos Funcionais. Princpio de funcionamento: Um gerador sncrono apresenta aspectos construtivos similares ao motor sncrono (mquina sncrona), e sendo assim, diferem apenas na forma de serem empregados. O gerador tem a velocidade de seu eixo estabelecida por uma mquina primria fornecendo energia eltrica com tenses e correntes alternadas para que ambas as operaes sejam possveis, necessrio que a mquina seja excitada utilizando-se de uma fonte de energia eltrica contnua. Quanto s aplicaes dos geradores sncronos tambm conhecidos por alternadores, praticamente toda a gerao de energia eltrica mundial ocorre empregando este tipo de mquina eltrica.

Figura 37 Gerador Elementar.


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3.1.1 Princpio de funcionamento do gerador sncrono monofsico.

Figura 38 Fora eletromotriz induzida nos terminais de uma espira.

Considere a figura 38 onde se mostra uma espira em um campo magntica uniforme, criado pelos plos norte e sul. Sendo o fluxo constante e girando-se a espira com uma velocidade angular definida, resulta em movimento entre a espira e o campo. Desta forma pela lei de Faraday-Lens, nos terminais desta espira ser induzida uma tenso, a qual poder ser aplicada a um circuito externo atravs de anis coletores e escovas. Analisando o fluxo e adotando a espira como referncia, podemos dizer que este varivel no tempo e dado por: = n cost = B.A.cost Tenso induzida: e = - N.d/dt d/dt = -N.B.A. (-sent) d/dt = N.B.A. (sent) e = N.B.A..sent e = EMxima.sent onde: Emximo = N.B.A. (tenso mxima).


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como: = 2.f e = N.B.A..sent e = N.B.A.2.f.sent e = N.B.A.2.(P.n/120).sent N Nmero de espiras. B Densidade de fluxo. A rea do fluxo. Velocidade angular. Assim, verifica-se que a fora eletromotriz induzida alternada e senoidal.

Figura 39 Valores de amplitude de uma onda senoidal de corrente alternada.

Veficaz = Vrms = VPico/ 2 A cada giro da espira (figura 39), obtm-se um ciclo completo da tenso gerada. A freqncia e dada pela frmula: f= P.n/120. onde: P o nmero de plos do gerador, n a velocidade em rpm.


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At o presente ponto, os plos foram representados por ims permanentes. Entretanto, em geral, a formao do campo magntico se d atravs de eletroms, pela circulao de corrente contnua em espiras localizadas ao redor das chamadas sapatas polares. A este conjunto de espiras denominamos enrolamentos de campo. A tenso induzida pode ser aplicada a um circuito externo atravs de um conjunto de anis e escovas. A alimentao do enrolamento de campo efetuada por uma fonte de corrente contnua.

Figura 40 Plos girantes e enrolamento de campo.

Figura 41 Gerador monofsico simplificado. Armadura fixa e plos girantes.


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3.1.2 Princpio de funcionamento do gerador sncrono trifsico. O emprego do gerador monofsico restrito a poucos casos, sendo os trifsicos os mais utilizados. Em princpio, pode-se considerar que o alternador trifsico composto por trs monofsicos iguais construdos em uma mesma mquina, dispostos a um ngulo a 120 eltricos um do outro.

Figura 42 Gerador trifsico elementar. Enrolamentos concentrados.

Considerando-se que na figura 42 os enrolamentos A-A, B-B e C-C so trs geradores monofsicos independentes (ou fases), tem-se como resultado a induo de trs tenses distintas. O zero de cada uma das fases se dar a 120 das tenses induzidas nos enrolamentos. Por outro lado, para que as tenses sejam simtricas o nmero de espiras do enrolamento de cada fase deve ser igual. Estando a mquina em operao a tenso gerada poder ser alternada apenas se houver atuao na velocidade do rotor e do fluxo magntico, o qual por sua vez depende da corrente de excitao (ou de campo) para que haja circulao de corrente nos enrolamento, eles podero ser conectados em delta ou, geralmente, em estrela.

Figura 43 Enrolamentos da armadura (estator) do gerador ligados em estrela.


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Nas mquinas reais, os enrolamentos so distribudos de tal modo que se obtenha uma forma de onda de tenso o mais prximo possvel da senoidal. As tenses induzidas nos enrolamentos de um gerador trifsico tm a forma parecida com as ondas senoidais do grfico da figura 44 abaixo.

Figura 44 Tenses induzidas nos enrolamentos da armadura (estator) de um gerador trifsico.

Tenses: VA-A = VMx.sen (t) VB-B = VMx.sen (t + 120) VC-C = VMx.sen (t - 120) Lembrando que VMx = N.B.A. Onde: N Nmero de espiras. B Densidade de fluxo magntico A rea da bobina. Velocidade angular (de giro)


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Exerccio: 21) A tenso senoidal em um gerador sncrono trifsico varia de 0 a um valor mximo de 220V. Qual o valor da tenso nas trs fases no instante que no ciclo estamos a 30 e 90. (sabendo que sen 30 = 0,5 e sen 90 = 1). Resposta: Quando estivermos em 30 teremos: VA-A = VMx.sen (t) = 220 sen 30 = 110V VB-B = VMx.sen (t + 120) = 220 sen (30+120) = 110V VC-C = VMx.sen (t - 120) = 220 sen (30-120) = - 220V Quando estivermos em 90 teremos: VA-A = VMx.sen (t) = 220 sen 90 = 220V VB-B = VMx.sen (t + 120) = 220 sen (90+120) = - 110V VC-C = VMx.sen (t - 120) = 220 sen (90-120) = - 110V

Figura 45 Tenses induzidas nos enrolamentos do gerador trifsico do exerccio 21.


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Exerccio: Preencha a tabela e construa o grfico das tenses nas fases A, B e C do gerador sncrono trifsico, sabendo que: VMx = 1VAC e (rad) = 180. Quando t = /2 qual o valor das tenses nas fases A, B e C. Um motor assncrono de induo alimentado por este gerador sncrono ter o sentido de rotao do seu eixo no sentido horrio ou anti-horrio.

Fase A Fase B Fase C t (rad) t (graus) VMx. sent VMx. sen(t+120) VMx. sen(t+120)

0 0 0V 0,866V -0,866V /3 60 0,866V 0V -0,866V 2/3 120 0,866V -0,866V 0V

180 0V -0,866V 0,866V 4/3 240 -0,866V 0V 0,866V 5/3 300 -0,866V 0,866V 0V 2 360 0V 0,866V -0,866V

/2 90 1 -0,5 -0,5

Construo do grfico:

Figura 46 Tenses induzidas nos enrolamentos do gerador trifsico do exerccio.


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3.2 Aspectos construtivos do gerador Sncrono. As partes construtivas principais de um gerador sncrono so mostradas na figura de forma esquemtica e so discutidas brevemente no que segue.

Figura 47 Forma esquemtica de uma mquina sncrona.

a) Conjunto de escova e anis. Tm por funo conectar a fonte de corrente contnua com os plos do rotor. Tratando-se de componentes que se desgastam e que podem produzir fascas e interferncia eletromagntica, em geral se empregam geradores com excitao sem escovas, denominados geradores brushless.

Figura 48 Anis coletores e escovas.


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b) Estator.

O estator da mquina sncrona muito semelhante ao de um motor de induo. composto de chapas laminadas dotadas de ranhuras axiais onde alojado o enrolamento do estator (enrolamento da armadura). Em geral as mquinas sncronas so trifsicas, sendo que geradores monofsicos so mais utilizados em pequenas potncias, ou quando no existe uma rede trifsica disponvel. No estator fica alojado o enrolamento da armadura e deste enrolamento que se fornece a tenso do gerador para uma carga.

Figura 49 Armadura de um gerador Siemens de 10 MVA (Hidreltrica de Parano)


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c) Rotor. Consiste nas partes ativas giratrias formado de chapas laminadas justapostas que em geral so do mesmo material que o estator. Do ponto de vista construtivo existem dois tipos bsicos de rotores: rotores contendo plos salientes e rotores contendo plos lisos.

Figura 50 (a) Rotor de plos salientes, (b) Rotor de plos lisos.


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3.3 Operao em Paralelo de Geradores Sncronos. Para ligar um gerador sncrono em paralelo com outro gerador ou com um barramento energizado, necessrio verificar as seguintes condies: 1 Mesma seqncia de fases; 2 Mesmo nvel de tenso; 3 Mesma freqncia; 4 Mesmo ngulo de fase. Com exceo da seqncia de fases, as demais condies devem ser ajustadas durante a operao de paralelismo. A este ajuste chamamos de sincronizao. A sincronizao pode ser manual ou automtica. Os geradores sncronos ligados em paralelo a uma rede comum devem possuir exatamente a mesma freqncia, ou seja, devem girar em sincronismo. Isto implica que devem faz-lo mesma velocidade, j que a freqncia tambm depende do nmero de plos, em outras palavras, necessrio que as mquinas desenvolvam uma velocidade tal que resulte em uma mesma freqncia em todas as unidades em paralelo. Observe-se que, as mquinas primrias, por si s, no conseguem manter sua velocidade absolutamente constante, para que a freqncia fique igualmente constante. Como na operao em paralelo so possveis oscilaes de velocidade, a manuteno deste estado deve-se existncia de um conjugado sincronizante. Assim, a operao estvel implica em um ponto comum de funcionamento, determinado por todas as mquinas que se encontram em paralelo; entretanto, existem limites para que o conjugado sincronizante torne a operao estvel. Pelo exposto, a colocao de um novo gerador em paralelo uma das situaes mais importantes nestas condies operacionais: para que isto seja possvel sem quaisquer danos mquina ou ao sistema necessrio atender vrios quesitos fundamentais. Na realidade, todas elas so condies para evitar que haja corrente de circulao pela malha formada pelos geradores que esto em paralelo e o que est entrando. A figura 51 ajuda na compreenso do problema.

Figura 51 Geradores monofsicos em paralelo.


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Na figura 51 esto representados dois geradores monofsicos, porm a anlise efetuada a seguir valida tambm para os trifsicos. Supondo-se que, por um motivo qualquer: E1 E2 Resulta: I circulante = E1 + E2 Z1 + Z2 Note-se que a corrente de circulao existir, independentemente da presena de cargas; como a malha formada pelas armaduras das duas mquinas possui uma baixa impedncia, o nvel da corrente ser elevado e dependente da diferena das foras eletromotrizes de ambos os geradores. A tenso no ponto de interligao entre ambas : U = E1 Z1.I circulante Ou U = E2 Z2.I circulante Como a resistncia das mquinas so muito menores que as reatncias, verifica-se que a corrente de circulao ser predominante indutiva; desta forma, para o gerador G1 a reao de armadura tende a causar um efeito desmagnetizate e magnetizante para o G2. Isto, naturalmente, implica em dizer-se que G1 est agindo como gerador e G2 como motor. Os conjugados sincronizantes tendem a agir no sentido de compensar estas diferenas, produzindo esforos excessivos no eixo das mquinas podendo danific-las (h casos em que o conjugado resultante superior ao causado por um curto-circuito trifsico brusco). Alm desta situao desfavorvel, a corrente de circulao resultar em sobreaquecimento nos enrolamentos dos geradores. Desta forma, para evitar a citada corrente de circulao necessrio que a tenso gerada pela mquina seja rigorosamente igual ao do sistema ao que ser acoplada em paralelo. Como as tenses so alternadas, vrios fatores esto envolvidos; de modo mais especfico, necessrio que as tenses geradas pela mquina, em relao s do sistema, possuam: a) A mesma forma de onda; b) A mesma freqncia; c) O mesmo valor eficaz; d) A mesma seqncia de fase (mquinas trifsicas); e, e) Defasagem nula entre as respectivas ondas de tenso.


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A figura 52 ilustra situaes nas quais pelo menos uma destas condies no atendida.

Figura 52 Formas de onda de dois geradores a serem ligados em paralelo. a) Formas de onda diferentes; b) Valores eficazes diferentes; c) Freqncia diferentes; d) ngulos de fase diferentes; e) Seqncia de fases diferentes. A anlise da figura 52 bastante clara, ou seja, se qualquer uma das condies fundamentais no for obedecida, haver diferena de potencial entre as fases correspondentes resultando em corrente de circulao.


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4 Fontes Alternativas de Energia.

No Brasil a maior quantidade de energia eltrica produzida provm de usinas hidreltricas (cerca de 95%). Em regies rurais e mais distantes das hidreltricas centrais, tm-se utilizado energia produzida em usinas termoeltricas e em pequena escala, a energia eltrica gerada da energia elica.

Viso geral das fontes alternativas de energia eltrica: hdrica, trmica, nuclear, geotrmica, elica, mars, fotovoltaica e qumica. 4.1 Energia hdrica.

Nas usinas hidreltricas, a energia eltrica tem como fonte principal a energia proveniente da queda de gua represada a certa altura. A energia potencial que a gua tem na parte alta da represa transformada em energia cintica, que faz com que as ps da turbina girem, acionando o eixo do gerador, produzindo energia eltrica. Utiliza-se a energia hdrica no Brasil em grande escala, devido aos grandes mananciais de gua existentes.

Atualmente esto sendo discutidas fontes alternativas para a produo de energia eltrica, pois a falta de chuvas est causando um grande dficit na oferta de energia eltrica. A maior usina hidreltrica do Brasil a de Itaipu (Foz de Iguau) que tem capacidade de 12600 MW (fig.51).

Figura 53 Usina hidreltrica de Itaipu.


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4.2 Energia trmica.

Nas usinas termoeltricas a energia eltrica obtida pela queima de combustveis, como carvo, leo, derivados do petrleo e, atualmente, tambm a cana de acar (biomassa).

A produo de energia eltrica realizada atravs da queima do combustvel que aquece a gua, transformando-a em vapor. Este vapor conduzido alta presso por uma tubulao e faz girar as ps da turbina, cujo eixo est acoplado ao gerador. Em seguida o vapor resfriado retornando ao estado lquido e a gua reaproveitada, para novamente ser vaporizada.

Figura 54 Usina trmica. Vrios cuidados precisam ser tomados tais como: os gases provenientes da queima do combustvel devem ser filtrados, evitando a poluio da atmosfera local; a gua aquecida precisa ser resfriada ao ser devolvida para os rios porque vrias espcies aquticas no resistem a altas temperaturas. No Brasil este o segundo tipo de fonte de energia eltrica que est sendo utilizado, e agora, com a crise que estamos vivendo, a que mais tende a se expandir.


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4.3 Energia nuclear.

Este tipo de energia obtido a partir da fisso do ncleo do tomo de urnio enriquecido, liberando uma grande quantidade de energia. 4.3.1 A fsica da fisso nuclear. O mtodo que as usinas nucleares utilizam para obter energia eltrica chamado de fisso nuclear e consiste na quebra de tomos grandes em menores. Apesar de ser um processo fsico extremamente complexo com inmeras variveis ele pode ser explicado e assimilado facilmente. A fisso de ncleos atmicos ocorre devido ao lanamento de um nutron em alta velocidade no tomo, ou seja, partculas chamadas nutrons so lanadas na direo de um tomo e o nutron se funde ao ncleo deste tomo causando um desequilbrio no tomo. Esse desequilbrio causado pelo nutron faz com que o ncleo do tomo, agora totalmente instvel e incapaz de continuar coeso, se separe formando outros dois tomos e liberando outros nutrons.

Figura 55 Processo de fisso nuclear. A liberao destes novos nutrons devido a fisso do primeiro ncleo atmico cria uma reao em cadeia na qual cada tomo fissurado possibilita a fissura de outros dois tomos, que por sua vez sero responsveis pela fissura de mais dois tomos. A reao continua at que todo material fssil seja fissurado incapacitando os nutrons livres de criar novas fisses nucleares.

4.3.2 Criando material fissionvel: o enriquecimento de urnio Agora que j sabemos como os princpios da fisso nuclear funcionam precisamos encontrar o material certo para isso. Nem todos os tomos da natureza so capazes de sofrer uma fisso nuclear induzida (urnio-238). No planeta Terra o elemento qumico urnio comum, porm o tipo de urnio que pode sofrer uma fisso induzida bastante raro (urnio-235). Estima-se que para cada 1.000 tomos de urnio apenas 7 so de urnio-235 e 993 so de urnio-238. Faz-se necessrio ento criar um processo que, de alguma forma, transforme os tomos de urnio-238 em urnio-235 e este o chamado enriquecimento de urnio. Ento se um tablete de urnio que sofreu transformaes fsicas para aumentar a taxa de urnio-235 chamado de urnio enriquecido.


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Figura 56 Pastilha de Urnio. Antes de se enriquecer o urnio necessrio retira-lo da natureza. Caminhes trazem das minas de escavao o mineral bruto cuja porcentagem de urnio inferior a 0,5%. O urnio, em estado slido, separado dos demais minerais e transformado em gs atravs de reaes qumicas e recebe o nome de hexafluorido de urnio. Esse composto gasoso, agora, sofrer um processo no qual o resultado ser a separao dos tomos de urnio-235 dos tomos de urnio-238. Este mtodo pode ser a difuso gasosa ou a ultracentrifugao. No trmino do processo haver quantidades mais concentradas de urnio-235 na quantidade exata requerida.

4.3.3 Produzindo energia eltrica na usina nuclear.

As usinas nucleares utilizam o princpio da fisso nuclear para gerar calor. Dentro do Reator Nuclear, centenas de varetas contendo material radioativo so fissionadas, liberando muito calor. Este calor ir aquecer a gua (totalmente pura) que fica dentro do reator. Ela pode chegar incrveis 1500C a uma presso de 157atm. Essa gua quente ir seguir por tubos, at o vaporizador, depois volta ao reator, completando o circuito primrio. No vaporizador, outra quantidade de gua ser fervida, pelo calor de tubos onde passam a gua extremamente quente do reator. O vapor gerado sair por canos, at onde ficam localizadas as turbinas e o gerador eltrico. O vapor d'gua pode girar as ps das turbinas a uma velocidade de 1800rpm. Depois que o vapor executar sua funo, ele segue para o condensador, onde vai virar gua novamente e retornar ao vaporizador. Este o chamado circuito secundrio. Para que o condensador transforme o vapor do circuito secundrio em gua, necessrio que ele seja abastecido de gua fria. Essa gua fria pode vir de rios e lagos prximos. Ao passar pelo condensador, esta gua fica quente, necessitando ser resfriada nas torres de resfriamento (a maior parte de uma usina nuclear). Este o circuito tercirio (ou sistema de gua de refrigerao).


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Figura 57 Usina Nuclear. 4.3.4 As vantagens e desvantagens da usina nuclear.

Apesar da possibilidade de acidentes ao longo da vida de uma usina nuclear comprovada a eficcia destas estruturas em desempenhar sua funo e produzirem energia de forma muito mais limpa. Uma das principais vantagens que podem ser citadas a quantidade de urnio-235, necessria para produzir energia. Apenas 10g de urnio podem ser suficientes para produzir a mesma quantidade de energia que 700 kg de petrleo e 1200 kg de carvo (Figura 58). A eficincia das usinas nucleares fantstica comparando-a com a eficincia de uma usina termoeltrica, por exemplo. As usinas nucleares no lanam gases estufa no planeta, logo elas no contribuem para o aquecimento global. uma forma muito mais limpa de produzir energia eltrica.

Figura 58 10 gramas de Urnio produzem a mesma energia que 700kg de leo ou 1200kg de carvo.


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Em relao s desvantagens de uma usina nuclear podemos citar alguns itens. Um dos

principais problemas que uma usina nuclear pode causar o lixo radioativo. Esse material resultado da fisso nuclear e por ser radioativo no pode ser deixado exposto uma vez que essa radiao causaria problemas para a fauna e flora da regio em que o material se encontra. O lixo radioativo de uma usina nuclear pode demorar centenas de anos para perder suas propriedades radioativas, todavia no so uma ameaa maior que os dejetos produzidos por outros tipos de usinas, uma vez que o material radioativo s precisa ser armazenado em lugares protegidos sem jamais causar qualquer tipo de problema. Enquanto as usinas nucleares apresentam como subproduto apenas o material radioativo que s precisa ser armazenado de forma devida, usinas como termoeltricas produzem como subprodutos dixido de carbono e outros gases que so acusados de acelerar o aquecimento global.

Existe ainda um fator de risco, muito mais evidente, que a possibilidade de exploso de uma usina nuclear. Como vimos, os processos de fisso resultam em um aquecimento considervel do urnio. Esse aquecimento, se no for controlado, pode causar a fuso do reator e originar um acidente nuclear de grandes propores. Esse tipo de acidente nuclear problemtico, pois a radiao do urnio iria ser levada pelos ventos da atmosfera e se espalhar por uma grande rea, afetando diversos seres. E este o grande risco de se ter uma usina nuclear, a possvel ruptura da usina e liberao de material radioativo. Apesar de sempre existir a possibilidade do vazamento da radiao isso extremamente improvvel. De fato, durante toda a histria das usinas nucleares o nico acidente que ocorreu devido falha humana foi o de Chernobyl em 1986. Graas aos rgidos protocolos de segurana que essas usinas so obrigadas a seguir as chances de uma usina explodir so realmente muito pequenas.


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4.4 Energia geotrmica.

Energia geotrmica a energia produzida de rochas derretidas no subsolo (magma) que aquecem a gua no subsolo. Na Islndia, que um pas localizado muito ao Norte, prximo do Crculo Polar rtico, com vulcanismo intenso, onde a gua quente e o vapor afloram superfcie ou se encontram em pequena profundidade, tem uma grande quantidade de energia geotrmica aproveitvel e a energia eltrica gerada a partir desta.

As usinas eltricas aproveitam esta energia para produzir gua quente e vapor. O vapor aciona as turbinas que geram quase 3 000 000 joules de energia eltrica por segundo e a gua quente percorre tubulaes at chegar s casas. Nos Estados Unidos da Amrica h usinas deste tipo na Califrnia e em Nevada. Em El Salvador, 30% da energia eltrica consumida provm da energia geotrmica.

Figura 59 Usina geotrmica.


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4.5 Energia elica.

Os moinhos de ventos so velhos conhecidos nossos, e usam a energia dos ventos, isto , elica, no para gerar eletricidade, mas para realizar trabalho, como bombear gua e moer gros. Na Prsia, no sculo V, j eram utilizados moinhos de vento para bombear gua para irrigao.

A energia elica produzida pela transformao da energia cintica dos ventos em energia eltrica. A converso de energia realizada atravs de um aerogerador que consiste num gerador eltrico acoplado a um eixo que gira atravs da incidncia do vento nas ps da turbina.

A turbina elica horizontal (a vertical no mais usada) formada essencialmente por um conjunto de duas ou trs ps, com perfis aerodinmicos eficientes, impulsionadas por foras predominantemente de sustentao, acionando geradores que operam a velocidade varivel, para garantir uma alta eficincia de converso (fig. 58). A instalao de turbinas elicas tem interesse em locais em que a velocidade mdia anual dos ventos seja superior a 3,6 m/s.

Existem atualmente, mais de 20 000 turbinas elicas de grande porte em operao no mundo (principalmente nos Estados Unidos). Na Europa, espera-se gerar 10 % da energia eltrica a partir da elica, at o ano de 2030.

O Brasil produz e exporta equipamentos para usinas elicas, mas elas ainda so pouco usadas. Aqui se destacam as Usinas do Camelinho (1MW, em MG), de Mucuripe (1,2MW) e da Prainha (10MW) no Cear, e a de Fernando de Noronha em Pernambuco.

Figura 60 Gerao de energia elica.


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4.6 Energia das mars. A energia das mars obtida de modo semelhante ao da energia hidreltrica. Constri-se uma barragem, formando-se um reservatrio junto ao mar. Quando a mar alta, a gua enche o reservatrio, passando atravs da turbina e produzindo energia eltrica, e na mar baixa o reservatrio esvaziado e gua que sai do reservatrio, passa novamente atravs da turbina, em sentido contrrio, produzindo energia eltrica (fig. 59). Este tipo de fonte tambm usado no Japo e Inglaterra.

No Brasil temos grande amplitude de mars, por exemplo, em So Lus, na Baia de So Marcos (6,8m), mas a topografia do litoral inviabiliza economicamente a construo de reservatrios.

Figura 61 Gerao de energia atravs do movimento das mares.

4.7 Energia fotovoltaica. A energia fotovoltaica fornecida de painis contendo clulas fotovoltaicas ou solares que sob a incidncia do sol geram energia eltrica. A energia gerada pelos painis armazenada em bancos de bateria, para que seja usada em perodo de baixa radiao e durante a noite (fig. 60). A converso direta de energia solar em energia eltrica realizada nas clulas solares atravs do efeito fotovoltaico, que consiste na gerao de uma diferena de potencial eltrico atravs da radiao. O efeito fotovoltaico ocorre quando ftons (energia que o sol carrega) incidem sobre tomos (no caso tomos de silcio), provocando a emisso de eltrons, gerando corrente eltrica. Este processo no depende da quantidade de calor, pelo contrrio, o rendimento da clula solar cai quando sua temperatura aumenta. O uso de painis fotovoltaicos para converso de energia solar em eltrica vivel para pequenas instalaes, em regies remotas ou de difcil acesso. muito utilizada para a alimentao de dispositivos eletrnicos existentes em foguetes, satlites e astronaves. O sistema de co-gerao fotovoltaica tambm uma soluo; uma fonte de energia fotovoltaica conectada em paralelo com uma fonte local de eletricidade.


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Este sistema de co-gerao voltaica est sendo implantado na Holanda em um

complexo residencial de 5000 casas, sendo de 1 MW a capacidade de gerao de energia fotovoltaica. Os Estados Unidos, Japo e Alemanha tm indicativos em promover a utilizao de energia fotovoltaica em centros urbanos. Na Cidade Universitria - USP - So Paulo, h um prdio que utiliza este tipo de fonte de energia eltrica. No Brasil j usado, em uma escala significativa, o coletor solar que utiliza a energia solar para aquecer a gua e no para gerar energia eltrica.

Figura 62 - Painel solar fotovoltaico que usado para sustentar telefone celular pblico em local isolado na Austrlia. 4.8 Energia Qumica. Uma pilha qumica voltaica numa combinao de materiais que so utilizados por converter energia qumica em energia eltrica. Uma bateria constituda pela ligao de duas ou mais pilhas. Uma reao qumica produz cargas opostas em dois metais diferentes, que servem como terminais negativos e positivos (figura 63). Os metais esto em contato com um eletrlito.

Figura 63 A pilha qumica voltaica capaz de gerar energia atravs de reao qumica.


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5 Mquinas de Corrente Contnua. 5.1 Introduo: Um motor uma mquina que converte energia eltrica em energia mecnica de rotao. Os motores so os responsveis pelo funcionamento das mquinas de lavar, das secadoras de roupa, dos ventiladores, dos condicionadores de ar e da maioria das mquinas encontradas na industria. O gerador por sua vez, uma mquina que converte energia mecnica de rotao em energia eltrica. A energia mecnica pode ser fornecida por uma queda dgua, vapor, vento, motor gasolina, leo diesel ou motor eltrico. 5.2 Componentes da Mquina de Corrente Contnua. As partes principais dos motores e geradores de corrente contnua so basicamente as mesmas.

Figura 64 Vista de um corte de um gerador cc.


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Rotor

Parte girante, montada sobre o eixo da mquina, construdo de um material

ferromagntico envolto em um enrolamento chamado de enrolamento de armadura e o anel comutador. O rotor gira por efeito de uma fora mecnica externa. A tenso gerada na armadura ento ligada a um circuito externo, ou seja, o rotor do gerador libera corrente para o circuito externo. Este enrolamento suporta uma alta corrente em comparao ao enrolamento de campo e o circuito responsvel por transportar a energia proveniente da fonte de energia.

Figura 65 Rotor de uma maquina de corrente contnua.

Partes do Rotor

Ncleo Magntico: constitudo de um pacote de chapas de ao magntico

laminadas, com ranhuras axiais para alojar o enrolamento da armadura; Enrolamento da Armadura: composto de um grande nmero de espiras em srie

ligadas ao comutador. O giro da armadura faz com que seja induzida uma tenso neste enrolamento

Comutador: constitudo de lminas de cobre (lamelas) isoladas umas das outras por meio de lminas de mica (material isolante). Tem por funo transformar a tenso alternada induzida numa tenso contnua.

Eixo: o elemento que transmite a potncia mecnica desenvolvida pelo motor a uma carga a ele acoplada.


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Anel Comutador

Responsvel por realizar a inverso adequada do sentido das correntes que circulam no enrolamento do rotor, constitudo de um anel de material condutor, segmentado por um material isolante de forma a fechar o circuito entre cada uma das bobinas do enrolamento de armadura e as escovas no momento adequado. O anel montado junto ao eixo da mquina e gira junto com o mesmo. O movimento de rotao do eixo produz a comutao entre os circuitos dos enrolamentos.

Figura 66 Comutador de um gerador cc.

Estator

Parte esttica da mquina, montada em volta do rotor, de forma que o mesmo possa girar internamente. Tambm constitudo de material ferromagntico, envolto em um enr

Apostila Conversão Eletromecânica de Energia

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