motores elétricos - victor pimentel rosa
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PONTIFCIA UNIVERSIDADE CATLICA DO PARAN
ESCOLA POLITCNICA
CURSO DE ENGENHARIA MECNICA
FBIO LEPRE JORGE
GUSTAVO SQUILINO ANDOLPHO
RICHARD RENAN HOLLEN DIAS
VICTOR PIMENTEL ROSA
DIOVANY CORSI DE ANDRADE
MOTORES ELTRICOS: COMO FUNCIONAM E SUGESTES DE POSSVEIS
MODIFICAES PARA MELHORA DE RENDIMENTO
CURITIBA
2012
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PONTIFCIA UNIVERSIDADE CATLICA DO PARAN
ESCOLA POLITCNICA
CURSO DE ENGENHARIA MECNICA
FBIO LEPRE JORGE
GUSTAVO SQUILINO ANDOLPHO
RICHARD RENAN HOLLEN DIAS
VICTOR PIMENTEL ROSA
DIOVANY CORSI DE ANDRADE
MOTORES ELTRICOS: COMO FUNCIONAM E SUGESTES DE POSSVEIS
MODIFICAES PARA MELHORA DE RENDIMENTO
CURITIBA
2012
Artigo tcnico-cientfico
apresentado disciplina de
Introduo Engenharia
Mecnica do curso de
Engenharia Mecnica da
Pontifcia Universidade
Catlica do Paran para
obteno de nota parcial.
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MOTORES ELTRICOS: COMO FUNCIONAM E SUGESTES DE POSSVEIS
MODIFICAES PARA MELHORA DE RENDIMENTO
ELETRIC ENGINES: HOW IT WORKS AND POSSIBLE SUGESTIONS OF
MODIFICATIONS TO IMPROVE THE PRODUCTIVITY
Autores: Fbio Lepre Jorge1 Gustavo Squilino Andolpho2 Richard Renan Hollen Dias3 Victor Pimentel Rosa4 Diovany Corsi De Andrade5
Orientador: Valdir Jos da Silva6
RESUMO
Esse trabalho tem como objetivo verificar o funcionamento dos motores eltricos e sugerir, atravs de inmeras pesquisas realizadas, melhorias que poderiam ser feitas para otimizar o aproveitamento de energia e rendimento do motor. A metodologia para a elaborao do presente artigo foi a diviso do assunto em quatro objetivos especficos: a importncia da substituio dos motores combusto interna atuais por motores eltricos; partes que compem um motor eltrico e seu funcionamento; o que pode ser feito para aumentar o rendimento de um motor eltrico e por ltimo exemplos de mquinas onde os motores eltricos j esto sendo usados. O motor eltrico um equipamento eletromecnico que atualmente j largamente utilizado (eletrodomsticos, brinquedos eltricos, rdios, etc), e que possui um imenso potencial quase no aproveitado em relao veculos automotores. Entre suas diversas vantagens a mais notvel a no poluio atmosfrica. Pesquisas sobre o tema para a substituio de motores combusto seriam de grande importncia no mbito global.
PALAVRAS-CHAVE: Motores Eltricos, Otimizao de Motor, Motor de Corrente
Contnua, Motor de Corrente Alternada, Veculos Eltricos e Motor de Induo.
1 Aluno do curso de Engenharia Mecnica da PUCPR; 2 Aluno do curso de Engenharia Mecnica da PUCPR; 3 Aluno do curso de Engenharia Mecnica da PUCPR; 4 Aluno do curso de Engenharia Mecnica da PUCPR (estudante que liderou as pesquisas); 5 Aluno do curso de Engenharia Mecnica da PUCPR; 6 Professor orientador da matria de Introduo Engenharia Mecnica do curso de Engenharia Mecnica da PUCPR
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ABSTRACT
This work has the focus to verify the behavior of electric engines and suggest, through of numberless realized researches, improvements that could be done to optimize the use of energy and the productivity of the motor. The methodology that was used to create the present article was the division of the main subject in four specific objectives: the importance of choice electric instead of actual ignition engines; component parts of an electric engine and how they act; what can be done to increase the productivity of an electric engine and, last, examples of machines where electric engines are been used. An electric engine is an electromechanical technology that has been used nowadays in many different types of machines (domestic appliances, electric toys, radios, etc), and has a big potential that has been almost not used in automotive vehicles. Among your many advantages the most remarkable is that this kind of engines does not pollute the air. Researches about the subject to change the ignition motors would be wide important globally.
KEY WORDS: Eletric Engines, Improvement of Motors, Direct Current Engine,
Alternating Current Engine, Eletric Vehicles and Induction Motors.
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SUMRIO
ASSUNTO PGINA
INTRODUO...........................................................................................................06
1-IMPORTNCIA DA SUBSTITUIO DE MOTORES A COMBUSTO ATUAIS
POR MOTORES ELTRICOS...................................................................................07
2- COMO FUNCIONAM OS MOTORES ELTRICO E SEUS COMPONENTES....08
3- O QUE PODE SER FEITO PARA AUMENTAR O RENDIMENTO DE UM MOTOR
ELTRICO.................................................................................................................16
4- EXEMPLOS DE ONDE MOTORES ELTRICOS ESTO SENDO USADOS.....22
CONCLUSO............................................................................................................24
REFERNCIAS25
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INTRODUO
Segundo a termodinmica, a entropia de todos os corpos tende aumentar.
Entropia a medida de desordem de um sistema fsico, ou seja, a energia est cada
vez se tornando mais indisponvel para ser utilizada pelo ser humano. Devido a isso,
necessrio o desenvolvimento de mquinas que dissipem a menor quantidade de
energia possvel (rendimento mximo).
Motores so mquinas com a funo de transformar determinado tipo de
energia (qumica, eltrica, etc) em energia de mecnica de movimento. Nesse
processo parte da energia disponvel perdida. Hoje em dia diversas empresas e
governos destinam enormes quantias de dinheiro para o desenvolvimento de
motores que possuam um rendimento maior, justificando a importncia do assunto.
Tecnologias no poluentes outro ponto amplamente debatido
atualmente devido a constante abordagem na mdia de temas como o aquecimento
global e o derretimento das calotas polares. necessria a criao de equipamentos
que no agridam o meio ambiente e, em muitos casos, ajudem a reduzir a
quantidade de gases nocivos na atmosfera.
Dentro desse quadro de insatisfao apontado e de solo frtil para novas
tecnologias no poluentes decidimos, aps diversas pesquisas, abordar o tema
motores eltricos e o que pode ser feito para melhorar o seu rendimento eltrico. O
tema de motores eltricos em si j uma das solues para os problemas vividos
atualmente, porm mesmo estes necessitam de melhoramentos para que, atravs
de aperfeioamentos constantes, se tornem cada vez melhores para o meio
ambiente e para as vidas das pessoas.
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Ttulo: Motores eltricos vs gasolina; Fonte: HYBRID CARS. Disponvel em:http://www.hybridcars.com/electric-car. Acesso em 21 de novembro de 2012.
1- IMPORTNCIA DA SUBSTITUIO DE MOTORES A COMBUSTO
ATUAIS POR MOTORES ELTRICOS
Com a crescente necessidade de se conseguir equipamentos e maquinas
mais ecologicamente aceitveis os motores eltricos so bastante usados na
substituio dos motores a combusto interna, normalmente utilizados em veculos
atualmente ,isso se da pelo fato de que esses motores no produzem resduos ou
gases txicos ao meio ambiente, por sua vez sendo quase que ideais para
preservao da atmosfera, outra vantagem que so relativamente pequenos
permitindo carros mais compactos e com mais aproveitamento do espao do carro
para outros sistemas ,como por exemplo sistemas de segurana.
Os problemas dessa substituio so que motores eltricos no tem a
potencia necessria para igualar com as dos motores a combusto e tem um tempo
limitado de uso ,pois suas baterias no duram longos perodos de tempo e para
durarem precisam ser grandes e pesadas ,outra desvantagem que para recarregar
demoram horas oque deixa pouco prtica a utilizao exclusiva desses motores
,tendo normalmente um motor a combusto como principal e motores eltricos como
apoio em um veculo. Na figura 1-1 podemos visualizar uma comparao entre
motores eltricos e gasolina. Podemos notar que os motores eltricos fazem
menos quilmetros por gasolina e demoram mais para recarregar, principais fatores
que fazem com que essa tecnologia fique longe das ruas por enquanto.
Figura 1-1
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2- COMO FUNCIONAM OS MOTORES ELTRICO E SEUS COMPONENTES
A maior parte dos eletrodomsticos, brinquedos a pilha e equipamentos
eltricos que nos cercam possuem motores eltricos, tal fato pode ser confirmado
por uma afirmao no site HowStuffWorks, que diz que Em sua casa, praticamente
tudo que se move devido eletricidade usa um motor eltrico CA (corrente
alternada) ou CC (corrente contnua) (HOWSTUFFWORKSa). Devido a isso,
interessante que entendamos como um motor eltrico funciona, bem como para que
servem os seus componentes.
Segundo a lei de Lavoisier7: na natureza nada se cria e nada se perde, tudo
se transforma. Seguindo essa linha de raciocnio e tendo em mente que um motor
um transformador de tipo de energia, motor eltrico um equipamento de trabalho
que converte energia eltrica em energia mecnica de rotao. A maior parte dos
motores desse tipo opera atravs de interaes entre campos magnticos
provenientes de ims e condutores - em formato de solenoides e bobinas- para
gerar fora. De acordo com o site Brasil Escola:
O funcionamento dos motores eltricos est baseado nos princpios do eletromagnetismo, mediante os quais, condutores situados num campo magntico e atravessados por corrente eltrica, sofrem a ao de uma fora mecnica, fora essa chamada de torque (BRASIL ESCOLA).
Dentre os diversos tipos de motores eltricos os principais so os de corrente
contnua e de corrente alternada, portanto apenas esses sero profundamente
abordados no presente artigo.
Um motor de corrente contnua deve ser alimentado por uma tenso contnua.
Essa tenso pode ser proveniente de pilhas ou baterias caso o motor seja de
pequeno porte ou de rede alternada aps retificao, normalmente em motores
grandes. Um motor eltrico composto de duas partes fundamentais: o estator, que
tudo aquilo fixado na carcaa do motor e o rotor, parte interna ao estator que
constitui os elementos alocados em torno do eixo (Figura 2-1).
7 Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) foi um clebre francs que dedicou grande parte da sua vida
qumica. conhecido como o introdutor da Qumica Moderna.
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Figura 2-1
Ttulo: Viso geral de um motor de corrente contnua; Fonte: Blog 100porcentoeletricista. Disponvel em: http://100porcentoeletricista.motoreletrico.zip.net/. [Acesso em 20 de novembro de 2012].
Noll afirma que o rotor composto de: eixo da armadura, parte responsvel
pela transmisso de energia mecnica para fora do motor, pelo suporte dos
elementos internos do rotor e pela fixao ao estator, por meio de rolamentos e
mancais; ncleo da armadura, que composta de lminas normalmente de Fe-Si -
isoladas entre si, com ranhuras axiais na sua periferia para a colocao dos
enrolamentos da armadura; enrolamento da armadura, que so bobinas isoladas
umas das outras e eletricamente ligadas ao comutador; e o comutador, que se
consiste de uma anel com segmentos de cobre isolados entre si, e eletricamente
conectados s bobinas do enrolamento da armadura (NOLL, p.1).
Segundo o mesmo autor, o estator sendo a parte de fora do motor,
composto de: carcaa, que tem a funo de dar suporte ao rotor, aos plos e de
fechamento de caminho magntico; enrolamento de campo, que so bobinas que
geram um campo magntico intenso nos plos; plos que distribuem o fluxo
magntico produzido pela bobinas de campo e escovas, que so barras de carvo e
grafite que esto em contato permanente com o comutador, sendo que essa ltima
no utilizada em motores brushless(no escovados)(NOLL, p.2).
A figura 2-2 na pgina seguinte mostra estas partes supracitadas e as suas
respectivas localizaes internamente em um motor eltrico.
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Figura 2-2
Ttulo: Componentes internos de um motor de corrente contnua e a representao de um motor; Fonte: NOLL, p.3
Em alguns motores a bobina de armadura est no estator e as bobinas de
campo no rotor, existem outros ainda que no possuem bobinas de armadura.
Embora tenham essas diferenas o funcionamento , a princpio, o mesmo.
A figura 2-3 pode nos auxiliar a entender mais precisamente o funcionamento
de um motor eltrico de corrente contnua.
Figura 2-3
Ttulo: Funcionamento de um motor escovado (com escovas) de corrente contnua;
Fonte: MORELATO, p. 146
A figura 2-3 ilustra um motor de corrente contnua extremamente simples, o
qual o estator se consiste em dois ims de polos opostos e na armadura existe
apenas uma espira - no caso de motores mais potentes utilizam-se bobinas com
diversas voltas. O seu funcionamento se baseia em um dos princpios do
eletromagnetismo que diz que uma corrente eltrica que atravessa uma bobina (ou
no caso uma espira) cria um fluxo eletromagntico, isso faz com que um lado do fio
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condutor possua polo positivo e o outro polo negativo. O polo norte da espira e
atrado pelo polo sul do im, fazendo o eixo entrar em rotao. Porm note que
quando o eixo gira 90 os segmentos do comutador, ao girarem, perdem o contato
com a escova de antes e passam a fazer contato com a outra escova, invertendo o
fluxo da corrente e consequentemente os polos da espira. Esse procedimento ocorre
centenas ou at milhares de vezes por minuto, de acordo com a velocidade de
rotao do motor e devido a ele que o motor funciona. A figura 2-4 pode nos auxiliar
a ter a viso do eixo girando devido inverso de polaridade no fio condutor.
Figura 2-4
Ttulo: Rotao do eixo de um motor eltrico por causa da mudana de polaridade;
Fonte: Mecaweb. Disponvel em: http://mecaweb.com.br/eletronica/motores/motorcc_2.php. [Acesso
em 21 de novembro de 2012].
Motores de corrente alternada, ao contrrio do supracitado, deve ser utilizado
em tenso varivel. Assim, ocorre a troca constante do sentido da corrente eltrica.
Noll afirma sobre o resultado da inverso de corrente desse tipo de motor:
Neste tipo de motor, o fluxo magntico do estator gerado nas bobinas de
campo pela corrente alternada da fonte de alimentao monofsica ou trifsica, portanto trata-se de um campo magntico cuja intensidade varia continuamente e cuja polaridade invertida periodicamente (NOLL, p.11).
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Esse tipo de motor baseia seu funcionamento no princpio de campo girante,
como ser explicado.
Os motores eltricos de corrente alternada so subdivididos em dois tipos,
motores sncronos e assncronos.
Nos motores sncronos, o rotor constitudo por um m permanente ou
bobinas alimentadas em corrente contnua atravs de anis coletores. Desse modo,
o rotor gira com uma velocidade que diretamente proporcional frequncia da
corrente eltrica no estator. Devido a esse fato que motores possuem esse nome.
Eles literalmente operam em sincronia com o sistema de alimentao.
A figura 2-5 pode nos fornecer uma viso o funcionamento de um motor
sncrono.
Figura 2-5
Ttulo: Funcionamento de um motor sncrono Fonte: Feira de Cincias. Disponvel em: http://www.feiradeciencias.com.br/sala22/motor_teoria1.asp.
Acesso em 21 de novembro de 2012
Observando a figura notamos que o rotor um im permanente que se
localiza entre dois eletroms estacionrios. Como a corrente inverte de sentido os
eletroms invertem suas polaridades, puxando e empurrando o rotor em perfeita
sincronia com as reverses da corrente alternada.
Os motores assncronos, ou de induo, funcionam com certa semelhana
em relao aos sncronos, pois para que ocorra torque eletromecnico no rotor
necessrio que existam no estator bobinas fixas. Existem dois tipos de motores de
induo: com rotor bobinado ou com rotor em gaiola, porm apenas o de gaiola que
ser abordado, pois o mais empregado atualmente. A diferena do motor com
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sincronia (sncrono) e do assncrono se encontra no fato de que nesse o rotor passa
a ser um cilindro metlico na forma de gaiola (figura 2-6).
Figura 2-6
Ttulo: Rotor de um motor assncrono de induo(formato de gaiola); Fonte: NOLL, p. 12.
O campo magntico varivel no estator cria correntes senoidais nos
condutores da gaiola. Segundo Noll, estas correntes induzidas, por sua vez, criam
um campo magntico no rotor que se ope ao campo indutor do estator (Lei de
Lenz). Como os polos de mesmo nome se repelem, ento h uma fora no sentido
de giro no rotor (NOLL, p.9). Segundo Morelato, a gaiola possui aros metlicos na
tampa e na base para curto-circuitar as varetas e permitir a circulao de correntes
por elas, fazendo com que seja criado o campo no rotor (MORELATO, p. 137).
Devido ao fato de o rotor girar com uma velocidade pouco menor do que a
corrente de campo, diz-se que esse motor assncrono (sem sincronia).
Uma caracterstica interessante dos motores assncronos que eles no
conseguem partir. Segundo Noll, as foras que atuam nas barras curto-circuitas se
opem uma outra, impedindo o giro (NOLL, p. 12). Para solucionar o problema
utiliza-se uma bobina com um campo auxiliar, que cria um campo magntico auxiliar
para a partida.
Uma ltima caracterstica a ser levada em conta a quantidade de fases de
um motor de corrente alternada, podendo ser monofsico ou polifsico (no geral
trifsico). Os motores monofsicos (figura 2-7) tm esse nome pois so ligados
rede monofsica. S servem para ser usados em baixas potncias. Os motores
polifsicos (figura 2-8), por outro lado, ligado s redes de distribuio eltrica e
apresenta as vantagens de possuir um arranque fcil. Este utilizado apenas em
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potncias superiores a 2 KW. Esses so o tipo de motor de induo empregado em
carros e indstrias.
Figura 2-7 Figura 2-8
Ttulo: Motor de induo monofsico; Ttulo: Motor de induo trifsico; Fonte: NOLL, p. 12. Fonte: MORELATO, p. 138.
De modo geral, o motor de induo o tipo de motor eltrico mais utilizado
sendo largamente usado em eletrodomsticos (ventiladores, motores de rdio, etc).
tambm amplamente usado em instalaes industriais devido sua simplicidade,
resistncia e baixa necessidade de manuteno.
Por ltimo, j que o captulo abordou bastante coisa sobre motores eltricos,
til que expliquemos, mesmo que suscintamente, como esses motores devem ser
ligados carros eltricos j que esses tambm so objeto de estudo de nossa
pesquisa.
Caso o motor instalado seja CC, deve utilizar tenso entre 96 e 192 v.
Motores CC possuem a caracterstica de poderem operar com sobrecarga por curtos
perodos e, por causa disso so utilizados em empilhadeiras. Um potencimetro
deve ser conectado a um regulador (controlador) de corrente contnua, que tem a
funo de entregar a quantidade de tenso desejada para o motor. Ele executa essa
funo pulsando o motor (ligando e desligando) para entregar a quantidade de
energia necessria. Para utilizar corrente contnua em um motor de carro eltrico
necessrio um regulador que converta a corrente que chega em corrente alternada e
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transmita-a para o motor. A figura 2-9 ilustra a configurao da instalao de um
motor CC em uma empilhadeira.
Figura 2-9 Figura 2-10
Ttulo: Esquema de funcionamento de um Ttulo: Motor CA e o modo de conect-lo em um motor CC de uma empilhadeira carro eltrico Fonte: HOWSTUFFWORKSb Fonte: HOWSTUFFWORKSb
Em um motor de corrente contnua a tarefa do regulador CA um pouco mais
complicada. O regulador cria trs ondas pseudo-senoidais. Ele faz isso recebendo a
voltagem CC das baterias e pulsando-a em ligado e desligado
(HOWSTUFFWORKSb). Isso ocorre porque um regulador CA necessita inverter o
fluxo da corrente. Podemos visualizar como conectar um motor de corrente contnua
em um carro atravs da figura 2-10.
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3- O QUE PODE SER FEITO PARA AUMENTAR O RENDIMENTO DE UM MOTOR
ELTRICO
Colocando um inversor de frequncia poder variar a rotao, por exemplo,
colocando 120HZ voc ter 3600 RPM no motor, tendo um aumento considervel na
potencia do motor. Usar ims com grandes capacidades de magnetismo. Um
cuidado a ser tomado com os mancais. Como eles so projetados para a rotao
nominal se voc colocar uma rotao muito alta voc poder aquece - ls e danifica-
los.
Com o avano dos computadores e transistores de potncia, tornou-se
possvel "colocar o motor para fora" e eliminar as escovas. Em um motor CC sem
escovas (BLDC), voc coloca os ms permanentes no rotor e transfere os
eletroms para o estator. Dessa forma, possvel utilizar um computador
(conectado a transistores de potncia) para energizar os eletroms enquanto o eixo
gira. Esse sistema traz vrias vantagens, como, em vez de escovas mecnicas,
um computador que controla o motor, ele mais preciso. O computador tambm
pode controlar a velocidade do motor na equao, deixando os motores sem
escovas mais eficientes, desta maneira no h fascas e muito menos rudo eltrico,
no h escovas para se desgastarem e com os eletroms no estator8, eles so
refrigerados com mais facilidade e possvel ter vrios eletroms no estator para
aumentar a preciso do controle, segundo site a nica desvantagem de um motor
sem escovas seu maior custo inicial, mas normalmente d para recuperar esse
custo devido a maior eficincia obtida durante a vida do motor
(blogmail.com.br/carro-eletrico-volvo-em2012/).
O motor eltrico pode ser aplicado em muitas reas, por exemplo, nos
automveis, conforme mostra a figura 3-1, instalado na dianteira, tem potncia
equivalente a 110 cv. Permite acelerar com consistncia a Volvo divulga 0 a 100
km/h em 11 segundos e mxima de 130 km/h.
8 Estator a parte de um motor ou gerador eltrico que se mantm fixo carcaa e tem por funo conduzir o fluxo magntico, nos motores para rotacionar e nos geradores para transformar a energia cintica do induzido.
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Figura 3-1
Titulo: Carro eltrico da Volvo trao dianteira Fonte: Disponvel em: uol.com.br/meio-ambiente/album/2012/06/07/rio20-energia.htm. Acesso em 22
de novembro de 2012
O segredo est em aproveitar o sistema de recuperao de energia para
recarregar as baterias. Ao tirar o p do pedal da direita, ocorre forte desacelerao,
o processo de recuperao. Usando-o bem, quase no se precisa dos freios
normais, o que significa poupar energia.
Os carros com motores eltricos so mais leves, reduzem o peso do veculo,
aumentam a economia das baterias e consequentemente h um ganho na
velocidade.
Os faris dianteiros utilizam LEDS de baixssimo consumo, que possibilita
maior economia das baterias. Os vidros traseiros so mais escuros que o normal
para oferecer menor incidncia de calor dentro do veculo. O painel de instrumentos
possui um display ECO, que mostra como os vrios agentes podem afetar o
consumo de eletricidade, como o desembaador traseiro.
Ao entrar para dirigir, coloca-se a chave na ignio e gira-se a chave para a
posio "ligado". Depois, posiciona-se a alavanca em "drive" (marcha frente), pisa-
se no acelerador e o carro anda com o desempenho de um carro a gasolina.
Conhea algumas informaes interessantes sobre esse carro:
A sua autonomia de cerca de 80 km.
Ele vai de 0 a 100 km/h em cerca de 15 segundos.
So necessrios cerca de 12 quilowatts/hora de eletricidade para carregar o
carro aps rodar 80 km.
As baterias pesam em torno de 500 kg e duram de 3 a 4 anos.
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Aqui est um exemplo que compara o custo por quilmetro do carro a
gasolina com o deste carro eltrico. Se o custo da eletricidade de R$ 0,50 por
quilowatt/hora, isso significa que para uma recarga completa teremos um custo de
R$ 6. O custo por quilmetro, ento, de cerca de R$ 0,075.
Fica claro que o "combustvel" dos veculos eltricos custa muito menos por
quilmetro rodado do que o da gasolina. Para muitos, a autonomia de 80 km no se
apresenta como fator limitante um motorista que mora na cidade ou nos arredores,
raramente dirige mais do que 50 ou 60 quilmetros por dia.
No entanto, afirma o site UOL, para que a nossa anlise seja rigorosamente
justa, precisamos incluir o custo de reposio das baterias no clculo. Por enquanto,
elas so o ponto fraco dos carros eltricos (carros. hsw.uol.com.br/carros-
eletricos.htm). A reposio de baterias para este carro fica em torno de R$ 4 mil.
Elas duraro cerca de 30 mil quilmetros, o que d em torno de R$ 0,15 por
quilmetro. Agora fica fcil entender porque existe tanto interesse nas clulas a
combustvel. Elas seriam uma soluo para o problema das baterias.
Neste carro, o regulador recebe 300 volts CC das baterias. Depois, converte-
os em um mximo de 240 volts CA, trifsica, para enviar para o motor. Isso feito
atravs de grandes transistores, que rapidamente ligam e desligam a voltagem das
baterias para gerar uma onda senoidal.
Quando o acelerador pressionado, um cabo do pedal se conecta com estes
dois potencimetros:
Figura 3-2
Titulo: Os potencimetros9 ligados ao acelerador
Fonte: Disponvel em: http://carros.hsw.uol.com.br/carros-eletricos.htm. Acesso em 22 de novembro de 2012
9 Potencimetro um componente eletrnico que possui resistncia eltrica ajustvel. Geralmente, um resistor de trs terminais onde a conexo central deslizante e manipulvel. Se todos os trs terminais so usados, ele atua como um divisor de tenso.
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O sinal dos potencimetros diz ao regulador quanta energia deve ser
entregue para o motor eltrico do carro. Por medida de segurana, h dois
potencimetros. O regulador l ambos e se assegura de que os sinais so iguais. Se
no forem, o regulador no opera. Esse arranjo para segurana, ao prevenir a
situao em que um potencimetro prenda na posio de acelerao mxima.
Figura 3-3
Ttulo: Cabos que conectam a bateria ao regulador
Fonte: HOWSTUFFWORKS. Disponvel em: http://carros.hsw.uol.com.br/carros-eletricos.htm. Acesso em 20 de novembro de 2012
A tarefa do regulador em um carro eltrico CC fcil de entender. Vamos
supor que o painel tenha 12 baterias de 12 volts, ligadas em srie para criar 144
volts. O regulador recebe 144 volts CC e entrega-os ao motor de forma controlada.
O regulador CC mais simples seria um grande interruptor liga/desliga
conectado ao pedal do acelerador. Ao se pressionar o pedal, o interruptor ligaria, e
ao se retirar o p, desligaria. O motorista teria que pressionar e soltar o acelerador
para pulsar o motor, ligando e desligando o interruptor para manter uma dada
velocidade.
Obviamente, esse sistema "liga/desliga" funcionaria, mas seria muito difcil de
dirigir um carro assim. Sendo assim, o regulador pulsa o motor para o motorista,
lendo a situao do pedal do acelerador atravs dos potencimetros e regulando a
energia adequadamente. Digamos que o acelerador esteja pressionado at a
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metade, o regulador l esta posio atravs do potencimetro e rapidamente liga e
desliga a energia para motor, de forma que ele fique ligado metade do tempo e
desligado na outra metade. Se o acelerador estiver pressionado a 25%, o regulador
pulsa a energia de forma que o motor permanea ligado em 25% e desligado em
75% do tempo.
A maioria dos reguladores pulsa mais de 15 mil vezes por segundo, de
maneira a manter a pulsao fora dos limites da audio humana. A corrente
pulsante faz com que a carcaa do motor vibre na mesma frequncia, assim, ao
pulsar a mais de 15 mil ciclos por segundo, o regulador e o motor tornam-se
silenciosos ao ouvido humano.
Em um regulador CA, a tarefa um pouco mais complicada, mas a mesma
ideia bsica. O regulador cria trs ondas pseudo-senoidais. Ele faz isso recebendo a
voltagem CC das baterias e pulsando-a em ligado e desligado. Em um regulador CA,
h a necessidade adicional de inverter a polaridade da voltagem 60 vezes por
segundo. Alm disso, so necessrios seis conjuntos de transistores em um
regulador CA, enquanto somente um necessrio em um regulador CC. No
regulador CA para cada fase necessrio um conjunto de transistores que pulse a
tenso e outro conjunto para inverter a polaridade. Duplicando isso trs vezes por
trs fases teremos seis conjuntos de transistores.
Agora abordando outros tipos de motores eltricos alm dos de automveis
podemos destacar algumas melhorias. Para aumentar rendimento de motores de
induo assncronos podemos aumentar a frequncia ( reduz o troque de partida) e
diminuir o numero de polos magnticos
Para motores de induo monofsicos, por terem somente uma fase de
alimentao, no possuem um campo girante como os motores trifsicos, mas sim
um campo magntico pulsante. Isto impede que tenham torque de arranque, tendo
em conta que no rotor se induzem campos magnticos alinhados com o campo do
estator. Para solucionar o problema de arranque utilizam-se rolamentos auxiliares,
que so dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda fase fictcia,
permitindo a formao do campo girante necessrio para o arranque.
J para motores de fase dividida possuem rolamento principal e um auxiliar. A
funo do auxiliar produzir torque inicial para rotao e acelerao do motor,
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depois disso ele desligado. Esse meio bom pois faz com que o rolamento
principal use menos energia pra manter a rotao.
Alm das melhorias citadas o que tambm pode influenciar no rendimento
manter em bom estado o motor fazendo diversas manutenes como engraxar o
motor. Outro atenuante que podemos observar que quanto melhor condutor o
material por onde passar a corrente, menos perda energtica haver.
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4- EXEMPLOS DE ONDE MOTORES ELTRICOS J ESTO SENDO USADOS
Os motores eltricos j se constituem componentes importantes para as
nossas vidas e, por mais que nunca tenhamos percebido, so usados em diversos
aparelhos de nossas casas.
H motores no exaustor que fica sobre o fogo, no forno de micro-ondas, em
batedeiras, abridores de latas eltricos, em alguns relgios, em serras e furadeiras
eltricas, em geladeiras e freezers, em escovas de dente eltricas e barbeadores
eltricos, em secadores de cabelos, aspiradores de p, lava-roupas e secadoras.
Se tratando de carros que um dos subtemas de nosso trabalho, mesmo nos
de combusto interna, os motores eltricos esto presentes. Nos vidros eltricos, no
aquecedor, no motor de partida e at em antenas eltricas de alguns veculos.
Passando agora para a parte de carros movidos atravs de motores eltricos,
propriamente ditos, muitas pesquisas e inovaes esto sendo feitas em veculos
eltricos. O veculo eltrico um tipo de veculo que utiliza propulso por meio de
motores eltricos. composto por um sistema primrio de energia, uma ou mais
mquinas eltricas e um sistema de acionamento e controle de velocidade ou
binrio. Os veculos eltricos fazem parte do grupo dos veculos denominados Zero-
Emisses, que por terem um meio de locomoo no poluente no emitem
quaisquer gases nocivos para o ambiente, nem emitem rudo considervel pois so
bastante silenciosos.
A fabricao desses veculos em pases como Estados Unidos e Japo partiu
da indstria automobilstica, que estava preocupada com o avano do preo do
petrleo.
J no caso do Brasil, a iniciativa est sendo dada pelas prprias usinas
hidreltricas, lideradas pela Itaipu, que apresentou o prottipo do Palio eltrico em
junho de 2006. Desde ento, mantm parcerias para o desenvolvimento de veculos
e equipamentos de energia limpa.
Dentre os veculos eltricos fabricados atualmente, alguns so Tesla
Roadster, Tesla Model S, Lightning GT, Nissan Leaf, Venturi Astrolab e Chevrolet
Volt.
Existem tambm diversas pesquisas em prottipos, como o Fiat Palio eltrico
(figura 4-1), o Eliica (figura 4-2) e o Tesla Model X (figura 4-3).
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Figura 4-1 Figura 4-2
Ttulo: Fiat Palio eltrico Ttulo: Eliica
Fonte: AUTOPAN. Disponvel em: Fonte: ICBR(Instituto de Concessionrias do http://autopancarros.blogspot.com.br/2010/11/ Brasil. Disponvel em: http://www.icbr.com.br/F tecnologia-hibrida-para-automoveis.html. rmNoticia.aspx?id=518. Acesso em 21 de Acesso em 21 de novembro de 2012 novembro de 2012
Figura 4-3
Ttulo: Tesla Model X Fonte: HybridCars. Disponvel em: http://www.hybridcars.com/news/tesla-model-x-reservations-hit-
500-24-hours-38538.html. Acesso em 21 de novembro de 2012
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CONCLUSO
Apesar de a tecnologia de motores eltricos estar amplamente integrada em
nosso dia-a-dia, poucas pessoas conhecem os princpios de funcionamento desses
equipamentos. Os motores eltricos mais usados so de dois tipos: de corrente
contnua e corrente alternada. Os de corrente contnua funcionam da induo
magntica que os ims (ou bobinas) do estator criam sobre os ims do rotos. Para
que o motor CC complete o seu ciclo necessrio um componente chamado
comutador, que se consiste de duas placas de cobre que no se tocam e, a cada
giro de 90 do eixo do motor, trocam a escova a qual fazem contato, invertendo a
corrente que passa pelas bobinas da armadura do rotor e, consequentemente, os
polos do rotor.
J os motores eltricos de corrente alternada, por serem ligados em corrente
que inverte o sentido, no tm a necessidade de comutadores. A prpria inverso do
sentido da corrente faz com que o campo eletromagntico do estator varie,
induzindo trocas constantes de carga no rotor e, assim sendo, resultando no giro do
eixo do motor. Os motores CA podem ser subdivididos em sncronos ( cuja
velocidade de rotao do rotor acompanha a frequncia da corrente eltrica no
estator) e assncronos ou de induo, onde o rotor possue o formato parecido com
uma gaiola de hamster. O motor de induo funciona atravs da induo constante
do sentido das correntes eltricas nas grades dessa gaiola que, por sua vez, criam
um campo magntico no rotor, gerando uma fora de toro que faz o eixo
rotacionar.
Motores eltricos seriam muito eficientes para o combate do aquecimento
global do planeta, mas como todos os equipamentos mecnicos, necessitam de
melhoras constantes para que possam progredir cada vez mais em sua ajuda no
combate aos gases nocivos. Modos de otimizar o rendimento de motores eltricos e,
assim, melhorar o aproveitamento de energia so: substituir motores sem escovas
por escovados, engraxar bem os componentes mecnicos, estipular uma taxa
adequada de frequncia para a corrente que passa pelo estator dos motores
eltricos de induo de carros eltricos, entre uma srie de outras medidas.
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