projetos de máquinas agrícolas - a4
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PROJETOS DE MOTORES AGRÍCOLAS – Hidráulicos e
Elétricos
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA
Prof. Dr. Daniel Albiero
FORTALEZA-CE
MARÇO DE 2012
MOTORES DE USO AGRÍCOLA
Histórico:Motores de Hidráulicos
A humanidade vem usando a energia dos fluídos a milênios. A primeira roda d´água foi construída em 200 a.C. na Pérsia. Elas eram utilizadas para gerarem potência para moinhos.
Evolução:1600-Kepler desenvolve a bomba de engrenagens;
1640-Pascal enunciou sua lei, o princípio de Pascal (o princípio da prensa hidráulica);
1750-Bernoulli desenvolveu sua lei, a lei da conservação de energia para fluídos fluindo em canos;
1795-Bramah constrói a primeira prensa hidráulica industrial ;
1870-Primeiras máquinas hidráulicas operacionais (guinchos, prensas, máquinas de extrudar, etc);
1900-Janney substituí a água por óleo mineral;
1906-A Marinha Norte-Americana usa um sistema hidráulico para elevar e controlar canhões em navios;
1936-Vickers desenvolve uma válvula limitadora de pressão pilotada (a primeira válvula de alívio);
1950-Início da automação hidráulica;
MOTORES DE USO AGRÍCOLAMotores Hidráulicos
Mecânica dos FluídosLei de Pascal
Dado um fluído confinado em um recipiente, se uma pressão for aplicada no fluído, esta é transmitida indistintamente por todo o fluído e com igual magnitude.
Lei de Bernoulli conservação de energia: energia não pode ser destruída ou criada.
Dado um fluído o mesmo respeita a equação de conservação de energia: Et=Ee+Ep+Ec
Onde: Et é a energia total do fluído;
Ee é a energia devido a elevação do fluído;
Ep é a energia devido a pressão do fluído;
Ec é a energia cinética do fluído.
MOTORES DE USO AGRÍCOLAMotores Hidráulicos
Fluídos hidráulicosAs características dos fluídos hidráulicos tem efeitos cruciais nos equipamento hidráulicos, devem ser principalmente limpos, de alta qualidade.
Os fluídos hidráulicos modernos são complexas composições de hidrocarbonetos (naturais ou não), especialmente preparados para aplicações específicas.
A viscosidade é a mais importante característica do fluído hidráulico. É a resistência ao escoamento de um fluído, e depende da temperatura do fluído.
MOTORES DE USO AGRÍCOLAMotores Hidráulicos
Fluídos hidráulicos
MOTOR
Válvula de alívio
Controle direcional
Válvula de controle de fluxo
Atuador
MOTORES DE USO AGRÍCOLAMotores Hidráulicos
Sistemas hidráulicos
Tanque
Bomba
MOTORES DE USO AGRÍCOLAMotores Hidráulicos
Bombas de deslocamento não-positivo: Se o fluxo sofre alguma resistência no sistema, este fluxo é reduzido devido a construção das mesma que ocasiona um vazamento interno.
Bombas de deslocamento positivo:Este tipo de bomba ejeta uma quantidade fixa de fluxo por cada revolução do eixo da bomba, se o fluxo sofre alguma resistência, das duas uma: ou a bomba vence a resistência, ou quebra caso não existam válvulas de alívio.
Bombas hidráulicas
MOTORES DE USO AGRÍCOLAMotores Hidráulicos
Bombas hidráulicas de deslocamento positivo
Bomba de engrenagem
MOTORES DE USO AGRÍCOLAMotores Hidráulicos
Bombas hidráulicas de deslocamento positivo
Bomba de palhetas
MOTORES DE USO AGRÍCOLAMotores Hidráulicos
Bombas hidráulicas de deslocamento positivo
Bomba de pistões
Carcaça rígida Carcaça rotativa
Pistões radiais
MOTORES DE USO AGRÍCOLAMotores Hidráulicos
Motores hidráulicos
Motores hidráulicos são atuadores que convertem energia hidráulica em energia mecânica, e como tais tem a mesma configuração do que as bombas hidráulicas.
Os motores em vez de empurrar o fluído como as bombas, são empurrados, desta forma os motores desenvolvem torque e produzem movimento de rotação contínuo.
MOTORES DE USO AGRÍCOLAMotores Hidráulicos
Desempenho de motores-Eficiência pode chegar a 95%
Transmissão-Conversor de torque/embreagem hidráulica
Transmissão Hidrostática
MOTORES DE USO AGRÍCOLAMotores Elétricos
Histórico:A maioria dos equipamentos elétricos depende diretamente ou indiretamente do magnetismoO fenômeno do magnetismo foi descoberto pelos chineses em 2600 a.c., eles usavam pedras de magnetita como bússolas (imãs).Todo imã tem dois pólos (norte/sul), que atraem pedaços de ferro. Analogamente como cargas elétrica, pólos iguais se repelem, e pólos opostos se atraem.Evolução:1819-Oersted descobriu a importantíssima relação entre o magnetismo e a corrente elétrica: Ele observou que uma corrente elétrica ao atravessar um condutor produz um campo magnético em torno do condutor, nascia o eletromagnetismo;
1823-Barlow desenvolveu o primeiro motor elétrico;
1831-Faraday descobriu que quando um condutor atravessa um campo magnético, é induzida uma diferença de tensão (ddp) entre os terminais do condutor ( princípio da indução eletromagnética);
Força EletroMotriz (FEM=ξ)
dtidWdqdWdqdW ...
dW
=dq/dt
iRdtRidti .... 2
MagnetismoA bem da verdade os físicos não sabem ainda qual a origem do magnetismo.
A teoria mais aceita supõe que o campo magnético é originário de “alguma forma” do momento angular spin do elétron (S). Que poderia ser considerado como a “rotação do elétron”, embora perante a mecânica quântica o elétron não gire na verdade!!!
Esta “rotação” do elétron está intrinsecamente ligada ao momento de dipolo magnético spin (μs) do elétron (propriedade intrínseca ao elétron), que em ultima análise gera o dipolo do campo magnético do elétron (B).
S
B
μs
Magnetismo
BvqFB .B
v
v x B
q
BLiFB .
B
i
v x B
q
LitLqvq ...
Magnetismo-Lei de Ampere
i
isdB ..
hniB ...
Indução eletromagnética-Lei de Faraday
Uma força eletromotriz (FEM=ddp) é induzida em um loop de um condutor quando o número de linhas de campo magnético que passam através do loop muda.
AdB .
dtdN
.
N
Ri
EletroMagnetismo-Motor elétrico
i
ba
)(..... sinBbaiN
Motor elétrico corrente contínua
Motor elétrico trifásico corrente alternada
Campo Girante Trifásico - Conceito
Estator Ns
Rotor Nr
MOTORES ELÉTRICOS
CORRENTECONTÍNUA
• IMÃ PERMANENTE• CAMPO SÉRIE• CAMPO PARALELO• COMPOSTO
MOTORUNIVERSAL
CORRENTEALTERNADA
MOTORLINEAR
MOTORTRIFÁSICO
SÍNCRONOINDUÇÃO - MTI
• IMÃ PERMANENTE
• ROTOR BOBINADO
• RELUTÂNCIA
GAIOLA DE ESQUILO ROTOR BOBINADO
MOTORMONOFÁSICO
INDUÇÃO
GAIOLA DE ESQUILO
ROTORBOBINADO
• FASE DIVIDIDA• CAP. PARTIDA• CAP. PERMANENTE
• DUPLO CAPACITOR
SÍNCRONO
• IMÃ PERMANENTE
• HISTERESE
• RELUTÂNCIA
• INDUTOR
CORRENTEPULSANTE
MOTOR DE PASSO( Step Motor )
RELUT. VARIÁVELIMÃ PERMANENTEHÍBRIDO
• CAMPO DISTORCIDO
Mais usados na agricultura
Motor elétrico corrente alternada Síncronos e Assíncronos
Motor Síncrono
c.a.
c.c. (corrente de excitação)
A rotação do rotor (nr) é igual a rotação do campo (ns)(síncrona).
pfns .120
)1.(.120 spfns
c.a.
corrente induzidaA rotação do rotor (nr) é defasada em relação a rotação do campo (ns) (assíncrona), devido ao atraso decorrente da indução eletromagnética.
Motor Assíncrono
Motor elétricoMotor de corrente alternada assíncrono trifásico de induçãoGaiola de Esquilo
Motor elétricoMotor de corrente alternada assíncrono trifásico de induçãoGaiola de Esquilo
Motores Elétricos
Rotor bobinado
Motor de corrente alternada assíncrono trifásico de indução
Reostato
Máquinas elétricas
Energia Energia
Gerador de energia elétrica
Gerador de corrente alternada Síncrono
Gerador corrente contínua
Gerador Síncrono
c.c.Corrente de excitação
c.a. c.a.
corrente
induzida
Gerador AssíncronoGerador de energia elétrica
ncampo=nrotor ncampo< nrotor
Gerador de energia elétrica
Rotor de Gerador Síncrono de Itaipu
Fator de potëncia
100% 50% 0% Load in motor
Fator de potëncia
Fator de potëncia
Fator de potëncia
Fator de Potência=cos(φ)
)(..
totalAparentePotênciaAtivaPotênciaFP
22 Re..
.
ativaPotênciaAtivaPotência
AtivaPotênciaFP
Correção do Fator de potëncia
Dimensionamento correto de equipamentos elétricos (motores, geradores, etc.)
Instalar e operar corretamente equipamentos elétricos (motores, geradores, etc.)
Instalação de Banco de Capacitores.
MOTORES DE USO AGRÍCOLAMotores Elétricos
Desempenho de motores elétricos- Eficiência pode chegar a 99%