Atividade_Pratica_Maquinas_Eletricas_C2_2022

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Pró-reitoria de EaD e CCDD 1 
 
Disciplina de Máquinas Elétricas 
Prof. Msc. Samuel Polato Ribas 
Atividade Prática de Máquinas Elétricas 
 
OBJETIVO 
Desenvolver o raciocínio na resolução de problemas envolvendo Máquinas 
Elétricas, e apresentar os cálculos que mostrar a solução dos problemas. 
MATERIAL UTILIZADO 
A Atividade Prática de Máquinas Elétricas deverá ser desenvolvida com base 
no material da Rota de Aprendizagem e nos livros indicados nas Bibliografias 
Básica e Complementar, cujos livros estão disponíveis nas Bibliotecas Virtuais 
Pearson e Minha Biblioteca. 
ORIENTAÇÕES PARA A ENTREGA (ATENÇÃO!!!!!!!) 
• Utilize três casas decimais na resolução dos exercícios. 
• Todos os exercícios devem ser entregues manuscritos. 
• Todos os cálculos devem ser apresentados de maneira organizada e 
com letra legível. 
INTRODUÇÃO 
As máquinas elétricas são uma parte indispensável do sistema elétrico de 
potência e das instalações elétricas industriais. Elas estão presentes no sistema de 
geração, com os geradores síncronos, no sistema de transmissão, com 
transformadores trifásicos, no sistema de distribuição também com 
transformadores, e nos consumidores industriais, principalmente na forma de 
motores elétricos trifásicos e de corrente contínua. 
Assim, é de extrema importância que o funcionamento destas máquinas seja 
entendido na sua forma plena, sabendo como determinar características de 
operação, a partir de dados de ensaios, parâmetros de circuitos equivalente, entre 
outras situações. A partir de agora será abordada a importância de cada máquina 
elétrica. 
Os transformadores monofásicos são dispositivos utilizados em sistemas 
elétricos de pequena potência, em comparação aos transformadores trifásicos. 
Entretanto, o seu estudo e compreensão é o que possui uma das maiores 
importâncias, se não a maior. Porque é com o transformador monofásico que se 
conhecem os conceitos de conversão de energia, de tensão induzida, as não 
idealidades existentes nos enrolamentos e no núcleo de máquinas elétricas, além 
de mostrar como os ensaios a vazio e a plena carga são realizados, e os cálculos 
 
 
 
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que podem ser desenvolvidos com eles. 
Nos transformadores trifásicos são aplicados todos os conhecimentos 
estudados nos transformadores monofásicos. Porém, devem ser levados em 
consideração as particularidades dos sistemas trifásicos. Nisso estão envolvidos 
os diferentes tipos de ligação existentes, conceitos de tensão e corrente de fase e 
de linha e potência trifásica. 
Como os transformadores trifásicos são destinados à aplicação em sistemas 
de alta potência, é comum utilizar o paralelismo de transformadores, e para isso se 
deve conhecer todos os requisitos que devem ser atendidos para que este tipo de 
ligação seja possível. Esta aplicação está presente no sistema de transmissão e 
distribuição de energia, e também nas subestações de grandes consumidores 
industriais. 
Entrando no ramo industrial a maior parte da carga das industriais é devido a 
máquinas que operam a partir de motores elétricos, portanto, para o sistema 
elétrica a carga efetiva são os motores trifásicos. São eles que influenciam no fator 
de potência visto pela concessionária, são eles que devem ser dimensionados 
adequadamente. Sendo assim, é imprescindível saber como os motores elétricos, 
principalmente os trifásicos, funcionam. Por isso, o estudo do circuito equivalente, 
escorregamento, fator de potência, campo magnético girante, ensaios a vazio e 
com rotor bloqueado, torque e rendimento, por exemplo, são tão relevantes. 
Ainda falando em cargas industriais, aplicações específicas podem requisitar 
o uso de motores de corrente contínua. E como é estudado na disciplina de 
Máquinas Elétricas, há diferentes formas de ligação de motores de corrente 
contínua e cada uma delas possui características próprias de operação, e um 
comportamento particular frente a variações de carga. Por esse motivo é de 
extrema importância que estas características e particularidades sejam estudadas 
e compreendidas. 
Mas tudo isso só é possível devido ao sistema de geração de energia. 
Obviamente que atualmente há uma contribuição significativa dos sistemas de 
energia alternativa, principalmente energia eólica e fotovoltaica, mas a grande 
parcela da energia gerada é devida as grandes usinas termoelétricas e 
hidroelétricas. E estas usinas operam com geradores síncronos de polos lisos e 
polos salientes, respectivamente. Na maior parte do tempo, estas máquinas 
operam com velocidade constante devido a atuação dos reguladores de 
velocidade, e é necessário que elas disponibilizem tensão nominal nos seus 
terminais. Por isso, o estudo destas máquinas em regime permanente, e o 
entendimento de como elas funcionam é indispensável para o engenheiro 
eletricista. 
 
 
 
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PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 
Considerando a importância das máquinas elétricas, encontre a resposta para 
os exercícios a seguir. 
 
1) Em uma situação prática a única forma de medir diretamente a relação de 
transformação de um transformador é medir diretamente a tensão da fonte de 
alimentação, e a tensão aplicada sobre a carga. Entretanto, esta relação de 
transformação pode ser determinada a partir do conhecimento de dados de ensaios 
realizados no transformador. considere, que são dados de ensaio de um 
transformador monofásico de 10000VA, 380/220V, temperatura de trabalho 
referente a classe de isolamento B (130ºC): 
Enrolamento Corrente (A) 
Tensão 
aplicada (V) 
Potência (W) 
Temperatura 
Ambiente (ºC) 
AT aberto 2,73 220 270 25º 
BT curto-
circuitado 
26,32 15,2 250 25º 
 
Colocando este transformador em operação como abaixador de tensão e 
alimentando carga nominal indutiva com fator de potência de 0,95, determine. 
Fonte: Adaptado de SOBRINHO, A. I. B, Apostila de Transformadores 
Monofásicos. 
a) A regulação de tensão percentual quando a tensão nominal está sendo aplicada 
à carga. 
b) O rendimento do transformador na temperatura de regime. 
c) A relação de transformação prática para carga com tensão nominal. 
 
 
 
2) São dados de placa de um transformador monofásico: 25kVA, 13800/220V, 
impedância percentual de 4,5% a 70ºC. Se o ângulo interno do transformador é 55º 
e o transformador tem enrolamentos de cobre, calcule o valor da potência 
consumida pelos enrolamentos no ensaio a plena carga a uma temperatura de 
25ºC, sabendo que a corrente medida foi de 2,3A. (Adaptado de SOBRINHO, A. I. 
B, Apostila de Transformadores Monofásicos) 
 
 
 
 
 
 
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3) Os terminais de alta tensão de um banco de transformadores monofásicos estão 
ligados a um sistema trifásico com tensão de 69 kV. Os terminais da baixa tensão 
deste banco estão ligados a uma subestação de 3 MVA por uma linha trifásica de 
tensão de 13,8 kV. Especificar os valores das tensões e das correntes de linha e 
de fase, em ambos os lados e cada um dos transformadores monofásicos do banco, 
diante das seguintes combinações de ligações nele adotadas: 
Enrolamentos de alta tensão ligados em Y e de baixa tensão ligados em Δ. 
a) Tensão de linha do lado de alta tensão, VL,AT. 
b) Tensão de fase do lado de alta tensão, VF,AT. 
c) Corrente de linha do lado de alta tensão, IL,AT. 
d) Corrente de fase do lado de alta tensão, IF,AT. 
e) Tensão de linha do lado de baixa tensão, VL,BT. 
f) Tensão de fase do lado de baixa tensão, VF,BT. 
g) Corrente de linha do lado de baixa tensão, IL,BT. 
h) Corrente de fase do lado de baixa tensão, IF,BT. 
Enrolamentos de alta tensão ligados em Δ e de baixa tensão ligados em Y. 
i) Tensão de linha do lado de alta tensão, VL,AT. 
j) Tensão de fasedo lado de alta tensão, VF,AT. 
k) Corrente de linha do lado de alta tensão, IL,AT. 
l) Corrente de fase do lado de alta tensão, IF,AT. 
m) Tensão de linha do lado de baixa tensão, VL,BT. 
n) Tensão de fase do lado de baixa tensão, VF,BT. 
o) Corrente de linha do lado de baixa tensão, IL,BT. 
p) Corrente de fase do lado de baixa tensão, IF,BT. 
 
4) Em sistemas de potência, a tensão gerada tem seu valor elevado para a 
interligação com o sistema elétrico, transmitida em tensões maiores do que as 
geradas, e posteriormente rebaixadas para o uso dos consumidores. Entretanto, 
entre a elevação e o rebaixamento da tensão, pode haver grandes consumidores 
que devem ser atendidos em alta tensão. Um exemplo disso é o circuito da figura 
a seguir onde a carga B possui uma potência de 8 MVA, com fator de potência de 
0,98 capacitivo, a carga C possui uma potência de 10 MVA, com fator de potência 
de 0,87 indutivo, e a carga A possui uma potência de 5 MVA, com fator de potência 
de 0,99 indutivo. 
 
 
 
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Com base nestas informações, determine o valor da potência aparente trifásica 
fornecida pelo gerador e o fator de potência com que ele opera. 
 
5) Um motor de indução trifásico, de 8 polos, 60 Hz, 2300 V, gira em vazio com a 
tensão e frequência nominais, e solicita uma corrente de 18 A e uma potência de 
entrada de 12kW, dos quais 15% são perdas mecânicas. O estator está conectado 
em Y e sua resistência é de 0,5 Ω. A resistência do rotor, r2’, é 0,3 Ω por fase. 
Também, x1 = x2’ = 0,75 Ω por fase. O motor gira com um escorregamento de 2,5% 
quando está entregando potência a carga. Para esta condição, determine o torque 
desenvolvido na saída do motor. 
 
6) O circuito equivalente de um motor de indução trifásico pode ser utilizado para 
determinar características de operação do motor. Conhecendo o valor dos 
parâmetros do circuito equivalente, é possível determinar a corrente absorvida da 
fonte e o fator de potência da entrada, e também o rendimento do motor, com o 
auxílio do conhecimento dos valores das potências internas. Com base neste 
contexto, considere um motor de indução, conectado em Y, de seis polos, 20 HP, 
220 V, 60 Hz, que possui os seguintes parâmetros, por fase: r1 = 0,18 Ω, r2’ = 0,11 
Ω, x1 + x2’ = 0,543 Ω, rc = 200 Ω e xc = 12 Ω. As perdas rotacionais são iguais as 
perdas no núcleo do estator. (Adaptado de DEL TORO, Vincent. Fundamentos de 
Máquinas Elétricas, 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1994). Para um escorregamento 
de 4% determine: 
a) A potência de entrada do motor. 
b) O rendimento do motor. 
c) As perdas no cobre do rotor e do estator. 
d) O torque necessário para suprir as perdas rotacionais. 
 
 
 
 
 
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7) Um gerador síncrono de polos salientes, trifásico, conectado em Y, 220 V, 5 kVA, 
é empregado para fornecer potência a uma carga com fator de potência de 0,8 
adiantado. Por meio de um teste de escorregamento, a reatância síncrona de eixo 
direto é determinada como sendo 12 Ω e a reatância de eixo em quadratura, 7 Ω. 
Considere que a corrente nominal é entregue à carga na tensão nominal e que a 
resistência de armadura é desprezível. (DEL TORO, Vincent. Fundamentos de 
Máquinas Elétricas, 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1994). 
Com base nas informações do texto determinar a tensão de excitação do gerador. 
 
8) Um gerador síncrono de polos lisos, trifásico conectado em Y, 14000V, 
40000kVA, tem resistência de armadura desprezível e uma reatância de dispersão 
de 0,1 Ω por fase. Outros dados pertinentes são os seguintes. 
 
Característica de curto-circuito: Ia = 7If 
Linha do entreferro, em volts por fase: E = 33If 
Característica de circuito aberto, por fase: E = 21300If / (430+If) 
A equação para característica de circuito aberto não é válida para valores de If 
próximos da origem. Para uma tensão terminal constante de 14000V de linha, 
calcule a variação do módulo da corrente de campo, de em vazio a plena carga, 
para uma carga com fator de potência de 0,8 indutivo. Use o método geral de 
análise não-linear (DEL TORO, Vincent. Fundamentos de Máquinas Elétricas, 1. 
ed. Rio de Janeiro: LTC, 1994). Recomenda-se utilizar três casas decimais nos 
cálculos. 
 
9) O motor de corrente contínua série nunca deve ser energizado com tensão 
nominal sem carga aplicada ao eixo. Isso porque o fluxo magnético gerado no 
enrolamento de campo série é muito pequeno, o que fará com que a armadura do 
motor atinja velocidades muito acima da nominal. Sendo assim, considere um motor 
série de 100 HP, 300 V, 1200 rpm solicita uma corrente da rede de 120 A, para 
saída nominal. As resistências dos enrolamentos de armadura e de campo série 
são de 0,12 Ω e 0,09 Ω, respectivamente. (Adaptado de DEL TORO, 
Vincent. Fundamentos de Máquinas Elétricas, 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1994). 
Determine a redução percentual do torque desenvolvido na armadura do motor, e 
a elevação percentual da velocidade da armadura, quando a corrente da armadura 
é reduzida para 82 A. 
 
 
 
 
 
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10) Um motor em derivação de 10 HP, 200 V, 1350 rpm, tem uma resistência de 
armadura de 0,16 Ω. Em determinada condição de operação, o motor absorve da 
fonte de alimentação 8 kW. O enrolamento de campo tem uma resistência de 80 Ω. 
Desprezando o efeito da desmagnetização da força magneto matriz da armadura, 
determine a velocidade do motor, quando o motor desenvolve um torque de 27 Nm. 
(Adaptado de DEL TORO, Vincent. Fundamentos de Máquinas Elétricas, 1. ed. 
Rio de Janeiro: LTC, 1994).