ELETRICIDADE APLICADA - ALTERNADORES

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Objetivos

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Objetivo geral

Estudo bibliográfico sobre o uso de geradores de corrente alternada na engenharia

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Objetivos específicos

- Definições físicas de eletricidade;

- Definição e funcionamento dos geradores de corrente alternada;

- Aplicações dos geradores de corrente alternada na engenharia civil.

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Geradores de Corrente Alternada

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Definições Físicas

Quando uma área delimitada por um condutor sofre variação de fluxo de indução magnética é criado entre seus terminais uma força eletromotriz (fem) ou tensão. Se os terminais estiverem ligados a um aparelho elétrico ou a um medidor de corrente, esta força eletromotriz irá gerar uma corrente, chamada corrente induzida. Este fenômeno foi descoberto por Michael Faraday, que o expressou indicando que a magnitude da tensão induzida é proporcional à variação do fluxo magnético.

Michael Faraday observou em seu experimento que,quando há um movimento relativo entre uma espira e um imã, independente de quem se mova, surge uma corrente elétrica, chamada de corrente induzida, na espira. Através de seus resultados, nos quais notou que a corrente elétrica induzida é mais intensa quanto maior a área da espira e quanto mais rápido é o movimento, enunciou o seguinte resultado: “a variação do fluxo magnético em uma superfície provocava o aparecimento de uma corrente induzida na espira, o que equivale ao aparecimento de uma força eletromotriz , ou voltagem, induzida na espira”.

A lei de Faraday-Lenz relaciona a força eletromotriz gerada entre os terminais de um condutor sujeito à variação de fluxo magnético em função de um intervalo de tempo em que esta variação acontece, sendo expressa matematicamente por:

[pic 2]

Onde :

: força eletromotriz[pic 3]

: Variação do fluxo[pic 4]

: Intervalo de tempo[pic 5]

O sinal negativo da expressão é uma consequência da Lei de Lenz, que diz que a corrente induzida tem um sentido que gera um fluxo induzido oposto ao fluxo indutor.

Heinrich Friedrich Emil Lenz observou que a corrente induzida em uma espira por um fluxo magnético variável tem um sentido tal que o campo magnético que ela cria tende a contrariar a variação do fluxo magnético através da espira. Assim, na Figura 1, a corrente induzida gera um campo magnético nesta, de forma a atrair o imã que está se afastando e repelir o imã que está se aproximando.

[pic 6]

Figura 1 – Experimento com espira e ímã

Segundo a lei proposta pelo físico russo Heinrich Lenz, a corrente induzida tem sentido oposto ao sentido da variação do campo magnético que a gera, de tal forma que a corrente tende a manter o fluxo. Isto é válido tanto para o caso em que a intensidade do fluxo varie, ou que o corpo condutor se mova em relação a ele. Portanto, se houver diminuição do fluxo magnético, a corrente induzida irá criar um campo magnético com o mesmo sentido do fluxo; ou se houver aumento do fluxo magnético, a corrente induzida irá criar um campo magnético com sentido oposto ao sentido do fluxo.

A indução eletromagnética é o princípio fundamental sobre o qual operam transformadores, geradores, motores elétricos e a maioria das demais máquinas elétricas.

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Definição e Funcionamento dos Alternadores

Os geradores de corrente alternada (CA) também são chamados de alternadores. Basicamente, são equipamentos que convertem energia mecânica em energia elétrica. Seu funcionamento tem base na indução de força eletromotriz, através de uma bobina em movimento dentro de um campo magnético, como mostra a Figura 4.

Um alternador é formado por dois componentes fundamentais: um campo magnético forte e constante; e condutores que giram através do campo magnético. O campo magnético é produzido pela corrente que flui pela bobina de campo estacionária ou estator. Por sua vez, a armadura, ou o rotor, representam o componente que gira dentro do campo magnético.

O estator, Figura 2, é feito em ligas de ferro ou silício e fios de cobre esmaltado, possuindo forma circular e internamente possui ranhuras em todo seu diâmetro. Entre as ranhuras se encontram fios de cobre esmaltado que constituem a bobina do estator. É nessas bobinas que são induzidas a corrente proveniente do rotor girando. Quando o rotor gira, o pólos norte e sul passam pelas bobinas do estator, o que geraria uma tensão monofásica, caso o estator possuísse apenas uma bobina, mas o estator possui três bobinas caracterizando uma saída de tensão alternada trifásica.

[pic 7]

Figura 2 – Estator

O rotor, Figura 3, é constituído de um eixo de aço, uma bobina, dois pólos em forma de garras feitos de ligas de ferro ou silício e anéis coletores. Na parte central do eixo é montada a bobina de excitação. Esta é feita de fios de cobre esmaltado, e envolta por dois polos em forma de garra. Quando a corrente proveniente bateria percorre a bobina de excitação, o campo magnético gerado por ela envolve os pólos e forma pólos norte e sul.

[pic 8]

Figura 3 - Rotor

Cada vez que o rotor gira completa-se uma rotação, processa-se um ciclo completo de corrente alternada como mostra a Figura 4.

A freqüência da fem gerada depende do número dos pólos do campo e da velocidade de funcionamento do gerador:

[pic 9]

Onde:

= freqüência da tensão[pic 10]

p = número total de pólos

n