energia na agricultura - a2
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ENERGIA ELÉTRICA NA AGRICULTURA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA
Prof. Dr. Daniel Albiero
FORTALEZA-CE
ConceitosCarga Elétrica: Como sempre tudo começou com os filósofos gregos!!!
ConceitosCarga Elétrica:
Átomos de ouro
ConceitosCarga Elétrica:Os materiais e substâncias podem ter carga elétrica positiva, negativa e neutra.
Na+ Cl-
Na Cl(neutro)
(“perdeu um elétron”)
Ficou positivocátion
(“ganhou um elétron”)
Ficou negativoânion
(neutro)
(Neutro outra vez)
ConceitosCarga Elétrica:
Lei de Coulomb: Cargas com mesmo sinal se repelem, cargas de sinal contrário se atraem.
^
221 ... d
dqqkF
Força Eletrostática
ConceitosCarga Elétrica:Corrente elétrica
dtdqi
(1C)=(1A).(1s)
q de 1 elétron=1,602.10-19 C
(1,602.1019 elétrons)=(1A).(1s)
1 A = (1,602.1019 e- )/s
Para matar um ser humano bastam 20 mA (na frequëncia de 60 Hz)=2. 10-2 A 0,02 A
50 V ca
ConceitosCampo Elétrico: Quando se tem partículas carregadas em um espaço, estas influem no espaço causando um campo vetorial de influência em outras partículas se presentes. Esta influência se liga diretamente a fenômenos referentes a força eletrostática.
Conceitos
qFE
dq- q+ P
z3
0
....2
1zdqE
Campo elétrico:
ConceitosCampo elétrico:
EqF .
A força eletrostática que atua em uma partícula carregada localizada na área externa de um campo elétrico tem a direção do campo elétrico a partícula for positiva, e direção contrária se a partícula for negativa.
F
F
F-
-F
Lei de Gauss
O fluxo elétrico de cargas através de uma superfície gaussiana é proporcional ao número de linhas de campo elétrico que passam pela superfície.
íquidaqAdE ..0
Potencial Elétrico (Energia elétrica)
Quando uma força eletrostática atua entre duas ou mais partículas carregadas, existe uma energia potencial elétrica U no sistema.
WUUU if
ddpAB
A B
Ui
Uf
Potencial Elétrico (Energia elétrica)
)()(
)( VVoltsCCoulombs
JJoulesqUV
f
i
sdEV .
CapacitânciaA capacitância (C) é uma relação entre as carga elétricas (q) possíveis de serem armazenada por um capacitor em função da diferença de potencial a ele imposta (V)
VCq .
Os capacitores são formados por dois condutores isolados que são ligados a uma fonte de energia elétrica (bateria). Estes condutores tem cargas opostas de igual magnitude, o que gera um campo elétrico entre os mesmos. Este campo elétrico armazena energia potencial elétrica U.
CqU.2
2
Corrente elétrica
dtdqi dtidqq .
Em metais devido as redes cristalinas estáveis, existe uma nuvem de elétrons livres, que facilmente são movimentados devido a alguma diferença de potencial (ddp). É por este motivo que metais são bons condutores de eletricidade (elétrons).
smVd /10 5No entanto quando uma ddp surge, a velocidade de influencia do campo elétrico é igual a da luz, aproximadamente 300.000 km/s.
Resistência elétrica
Quando um condutor metálico e colocado sobre uma ddp, um número muito elevado de elétrons livres passa a se deslocar nesse condutor. No entanto eles não tem caminho livre, os elétrons colidem entre si e também contra os átomos que constituem o metal (com exceção de materiais supercondutores, e ou a baixissima temperatura, próximos de 0 K. Assim os elétrons sofrem resistência para se deslocarem.
iVR Lei de Ohm
Potência em circuitos elétrica
dqdUV
dtidqdtdqi .
dtdUiV
dtidUV ..
dU = joules; dt= segundos dU/dt=joules/s=watts!!!=Potência
PotênciaiV .
ViRi
VR .
DissipadaPotênciaiR .. 2
Efeito Joule
Força EletroMotriz (FEM)
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 ...
Motores ElétricosHistórico:
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);
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 é igual a rotação do campo (síncrona).
pfns
.2.120
)1.(
.2.120 spfns
c.a.
corrente induzidaA rotação do rotor é defasada em relação a rotação do campo (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.
Transmissão de Energia Elétrica
Corrente elétrica contínuaResistência
Corrente elétrica alternadaImpedância
Fluxo magnéticoRelutância
Transmissão de Energia Elétrica
13,8 kV
138 kV
RAL
.
DissipadaPotênciaRU .
2
DissipadaPotênciaLAU .
..2
Potência dissipada máxima de 1%
AU
LDissipadaPotência2
...
Transmissão de Energia Elétrica
Subestação elevadora
Subestação abaixadora
Transformador
Potênciaprimário = Potênciasecundário
Pp=V1.i1 Ps=V2.i2
2
2
1
1
NV
NV
V1.i1 =V2.i2
1
2
2
1
Ni
Ni
Transformador
Transmissão de Energia Elétrica-Itaipu
Subestação elevadora
Subestação abaixadora
Transmissão
Distribuição
Transformador abaixador e linha
de serviço