Geracao de energia

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2 - Geradores de Energia Elétrica
(Conceitos básicos) Geradores Mecânicos de Energia Elétrica Todo dispositivo cuja finalidade é produzir energia elétrica à custa de energia mecânica constitui uma máquina geradora de energia elétrica (diz-se também, impropriamente, máquina geradora de eletricidade --- eletricidade não é uma grandeza física, é um ramo da Física). O funcionamento dessas máquinasse baseia ou em fenômenos eletrostáticos (como no caso do gerador Van de Graaff), ou na indução eletromagnética (como no caso do disco de Faraday). Nas aplicações industriais a energia elétrica provém quase exclusivamente de geradores mecânicos cujo princípio é o fenômeno da indução eletromagnética (e dos quais o disco de Faraday é um simples precursor); os geradores mecânicos de correntealternante são também denominados alternadores; os geradores mecânicos de corrente contínua são também denominados dínamos. Vale, desde já, notar que: "dínamo" de bicicleta não é dínamo e sim 'alternador'. Numa máquina elétrica (seja gerador ou motor), distinguem-se essencialmente duas partes, a saber: o estator, conjunto de órgãos ligados rigidamente à carcaça e o rotor, sistema rígido que gira em tornode um eixo apoiado em mancais fixos na carcaça. Sob ponto dê vista funcional distinguem-se o indutor, que produz o campo magnético, e o induzido que engendra a corrente induzida. No dínamo o rotor é o induzido e o estator é o indutor; nos alternador dá-se geralmente o contrario. A corrente induzida produz campo magnético que, em acordo com a Lei de Lenz, exerce forças contrárias à rotação do rotor;por isso em dínamos e alternadores, o rotor precisa ser acionado mecanicamente. O mesmo concluímos do Princípio de Conservação da Energia: a energia elétrica extraída da máquina, acrescida de eventuais perdas, é compensada por suprimento de energia mecânica.

GERADORES DE ENERGIA ELÉTRICA

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Princípio de Funcionamento dos Alternadores Para esclarecer o principio de funcionamentodos alternadores, descrevamos inicialmente o mais simples deles (usado em faroletes de acionamento manual e de bicicleta, e em ignição de motores de explosão para motonetas). Acompanhemos pela figura 54:

Fig. 54 – Principio de funcionamento de alternador Diante de uma bobina fixa B (induzido) põe-se a girar um ímã SN (indutor), como ilustrado acima. O ímã mantém um campo do qual o fluxoconcatenado com a bobina varia periodicamente, com a mesma freqüência de revolução do ímã. Se a rotação do ímã for lenta, um galvanômetro sensível G indica aproximadamente a corrente instantânea no decurso do tempo; se a rotação for rápida, é necessário um osciloscópio. Na figura 55 abaixo representamos fases consecutivas do fenômeno. Convenção: Corrente positiva, vetor unitário, fluxo positivo.

Fig.55 – Fluxo concatenado com bobina
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Fig. 56 – Fases representativas do funcionamento de um alternador

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Na seqüência da figura 56 apresentamos as fases mais representativas no funcionamento de um alternador. É a variação de fluxo que induz corrente. O fluxo varia enquanto aumenta ou diminui. Quando o fluxoé máximo, ele não varia; a FEM induzida é nula; a corrente é nula e muda de sentido. O campo magnético produzido pela corrente induzida exerce no ímã forças contrarias à sua rotação.

Fig. 57 – Força Eletromotriz Induzida A FEM induzida não é senoidal, figura 57, onde ilustramos no mesmo par de eixos, o fluxo de indução e a corrente induzida em um alternador, em um período (T). Enquanto o fluxode indução diminui, a corrente é positiva; quando o fluxo aumenta, a corrente é negativa, segundo a convenção apresentada. Fluxo máximo ou mínimo corresponde a corrente induzida nula. O fluxo de indução varia mais acentuadamente quando próximo de ZERO; então a corrente tem intensidade máxima (com sinal + ou -). Mais perfeito é o sistema apresentado na figura 58. Consideremos um a espira plana...
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