Série Energias Renováveis ELETRICIDADE - CERPCH

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N S N S N S N S N S N S Figura 5.2 – Forma de onda da tensão induzida no condutor do estator em função da posição do rotor A forma de onda mostrada na figura anterior é do tipo alternada, já que alterna valores positivos e negativos. Pode ser demonstrado ainda que a variação da forma de onda tem formato senoidal. A forma de onda gerada, portanto, é do tipo Alternada e Senoidal. U U Figura 5.3 – Forma de onda de uma tensão contínua i=0 R U i=U/R (a) (b) Figura 5.4 – Estabelecimento da corrente em um circuito N S N S N S Um outro tipo de dispositivo gerador de eletricidade, como as pilhas e baterias, produz uma tensão que não alterna entre valores positivos e negativos, sendo sempre ou positiva ou negativa. Além disso, não há variação do valor de tensão a curto prazo. Nessa situação dizemos que a tensão gerada é contínua, e o gráfico que a representa é mostrado na figura ao lado. A uma tensão, seja ela alternada ou contínua, pode estar associada uma corrente, desde que exista um circuito fechado. A figura 5.4(a) ao lado mostra uma situação em que existe tensão, proporcionada pela fonte alternada, mas não existe corrente, visto que, em função da chave S1 estar aberta, o circuito também está aberto, não havendo, portanto, caminho para circulação de corrente. Já a figura 5.4(b) mostra uma situação diferente, na qual a chave S1 e o circuito estão fe- chados, havendo um caminho para circulação da corrente, e, portanto, essa se estabelece. O valor da corrente neste circuito é calculado pela lei de Ohm, e será dado por: sendo i a corrente, U a tensão e R a resistência do resistor. t R Capítulo 6 Capítulo 6 Componentes Elétricos Os componentes elétricos principais, quando se trata de circuitos elétricos, são os resistores, indutores e capacitores. Neste item iremos discutir suas características e suas aplicações. 6.1 Resistores Os resistores são componentes elétricos construídos para oferecer uma resistência à passagem dos elétrons, dificultando dessa forma a circulação da corrente elétrica. Essa oposição à passagem dos elétrons ocorre porque esse componente se apresenta ao circuito como um estrangulamento, uma restrição no caminho dos elétrons. Qualquer material, mesmo os condutores, apresenta a resistência como característica elétrica, sendo essa resultante de uma grandeza física que é a resistividade do material, que por sua vez está associada à quantidade de elétrons livres nele presentes. Quanto maior o número de elétrons livres, menor será a resistividade do material. O cobre é um exemplo de um material de baixa resistividade, o que faz com que ele seja muito utilizado na fabricação de fios e cabos para transporte de energia, situação na qual são desejáveis baixas resistências. O material metálico de menor resistividade é o ouro, porém sua utilização como condutor fica restrita a algumas aplicações especiais em virtude de seu elevado preço. A resistência elétrica de um pedaço de fio é diretamente proporcional à resistividade e ao comprimento, e inversamente proporcional à sua área ou secção transversal. Desta forma, ao construir um resistor, ou seja, um componente destinado a oferecer uma resistência à passagem da corrente, não é utilizado cobre ou ouro, mas um material que, embora seja condutor, apresente elevada resistividade. Os materiais mais utilizados para esse fim são as ligas metálicas de níquel-cromo e o carbono. Conforme foi dito, uma resistência é uma restrição, um estrangulamento do circuito elétrico, e quando os elétrons passam por ela são forçados a se concentrarem, sendo o efeito direto dessa concentração a produção de calor. Esse efeito é desejável quando se quer produzir calor, o que se traduz em uma das principais aplicações dos resistores, muito utilizados para aquecimento de água e de ambientes, e geração de calor para processos industriais. Por outro lado, como qualquer condutor apresenta resistência, quando os utilizamos para construção das máquinas elétricas e sistemas de transporte de energia essa resistência obrigatoriamente irá fazer parte desses componentes, motivo pelo qual é chamada de resistência parasita. É dessa resistência parasita que decorre o efeito indesejado, que são as perdas de energia na 12 13
forma de calor. Quando aplicamos tensão sobre um resistor, irá circular por ele uma corrente que terá a mesma forma de onda da tensão e estará em fase com ela, ou seja, as formas de onda de tensão e corrente passam por seus valores nulos, mínimos e máximos simultaneamente. As figuras a seguir esclarecem o que foi dito. U, i i R U tensão corrente Figura 6.1 – Formas de onda de tensão e corrente em um circuito resistivo, no caso de corrente alternada i R U 6.2 Indutores Os indutores, da mesma forma que os resistores, restringem a passagem da corrente. Nos indutores, porém, a responsável pela restrição não é a resistência elétrica mas a indutância. Um indutor ou bobina consiste de diversas espiras ou voltas de fio. Já vimos que, quando a corrente passa por um condutor produz em torno dele um campo magnético. A forma construtiva do indutor possibilita que os campos magnéticos produzidos em cada espira sejam somados, obtendo-se assim um campo magnético resultante mais forte, dado pelo produto entre o número de espiras e o campo magnético individual de cada espira. A energia fornecida pela fonte fica acumulada nesse campo magnético, e é dele que resulta a restrição oferecida pelo indutor à U, i tensão t corrente Figura 6.2 – Formas de onda de tensão e corrente em um circuito resistivo, no caso de corrente contínua t passagem da corrente elétrica. Podemos avaliar a intensidade dessa restrição calculando a chamada Reatância Indutiva do indutor, que é dada por: X =2.p.f.L L sendo: X - reatância indutiva em ohms [Ω]; L f – freqüência da tensão aplicada em [Hz]; L – indutância do indutor em Henrys [H] Diferentemente do resistor, que oferece uma mesma restrição à passagem da corrente seja qual for a freqüência, observa-se, pela equação acima, que o indutor oferecerá uma restrição que será tanto maior quanto maior for a freqüência. No caso de corrente contínua, para a qual a freqüência é zero, a reatância do indutor será zero, e a corrente que passa por ele será, nesse caso, limitada apenas pela parcela resistiva do indutor, resultante da resistência do fio utilizado em sua fabricação. Também de forma diferente da que acontece com os resistores, nos quais a tensão e a corrente estão em fase, no caso dos indutores ocorre um atraso da corrente em relação à tensão. Quando um indutor é energizado aparece imediatamente tensão em seus terminais, porém a corrente só irá aparecer depois de estabelecido o campo magnético. Para um indutor ideal, que seria aquele constituído apenas por indutância (desprezando-se a resistência do fio), esse atraso é de o 90 elétricos. A figura a seguir mostra essa defasagem. i L U U, i tensão corrente Figura 6.3 – Defasagem entre as formas de onda de tensão e corrente em um circuito indutivo A característica de produção de um campo magnético no indutor com a passagem da corrente resulta na sua maior aplicação, que é a obtenção dos chamados eletroímãs. As máquinas elétricas em geral, como motores, geradores e transformadores, funcionam graças à existência de campos magnéticos produzidos por indutores. Sabemos que um ímã também produz um campo magnético, porém esse tem valor fixo. A grande vantagem do eletroímã é o fato de ser possível ajustar a intensidade do campo magnético por ele produzido, bastando para isso ajustar o valor da tensão a ele aplicada, que por sua vez irá definir a corrente que passa por ele. No instante em que um indutor é desenergizado, o campo magnético criado em torno dele se 14 15 t
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