Seminario motor movido a pilha

Prévia do material em texto

Acadêmicos: Rudieri dos Santos – Wilson L. Ferreira – Nilson Felix – José Josinaldo da Silva 
Tutor: Daniel Frederico 
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI - Curso (Engenharia mecânica ENM) – 20/10/2019 
 
 
 
 
MOTOR ELÉTRICO CC MOVIDO A PILHA 
 
 
Acadêmicos: 
Rudieri Santos 
José Josinaldo da Silva 
Wilson Luiz Ferreira 
Nilson Félix da Silva 
 
Tutor: Daniel Frederico 
 
RESUMO 
 
 
Na atualidade oque movimenta qualquer processo numa indústria fabril, ou qualquer segmento são 
motores elétricos, se olharmos ao redor observamos uma logística que é impossível mensurar 
mesmo com trabalhos estatísticos, e tudo que se move através de um mecanismo, em algum ponto 
do acionamento será evidenciado a presença de um motor elétrico. O trabalho proposto, tem a 
finalidade de apresentar os métodos necessários para construir um motor elétrico com corrente 
contínua a partir de uma pilha, e vários componentes que geram corrente elétrica com relação ao 
eletromagnetismo. Será detalhado a relação entre o eletromagnetismo e a eletricidade. Ainda que 
não mostrado na prática um exemplar de um motor cc a pilha, o desenvolvimento do trabalho 
mostram exatamente como realizar esse projeto. E indo além o trabalho evidencia leis importantes 
com a de Faraday e Lenz, que num estudo profundo e decorrente de medições, para chegar a 
resultados numéricos e exatos das forças eletromagnéticas gerada pelo motor. Em resumo esse 
trabalho desenvolvido demonstra os passos a serem seguidos, mas não contém exemplos práticos 
realizados pela equipe. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Palavras-chave: Motor corrente continua – eletromagnetismo – corrente elétrica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 
 
 
Acadêmicos: Rudieri dos Santos – Wilson L. Ferreira – Nilson Felix – José Josinaldo da Silva 
Tutor: Daniel Frederico 
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI - Curso (Engenharia mecânica ENM) – 20/10/2019 
 
1. INTRODUÇÃO 
 Este trabalho tem por objetivo, demonstrar de forma prática o conhecimento adquirido na 
matéria de eletricidade e física, desenvolvendo uma pesquisa da definição de motores elétricos de 
corrente contínua movidos a pilha. Sendo o desenvolvimento desse trabalho contundente na clareza 
do aprendizado de diversos aspectos que a física abrange como magnetismo por exemplo, e em 
paralelo, as particularidades da eletricidade. Dado a atual evolução no segmento de acionamentos, 
inclusive por motores elétricos, quase não se tem problemas a resolver, ou melhorias para se 
implantar de imediato, então por sua vez esse trabalho irá abordar especificamente o funcionamento 
e os detalhes do dimensionamento de um motor elétrico de corrente contínua movido a pilha. 
 Será realizado uma profunda pesquisa nos materiais publicados com embasamento nas teorias 
de Michael Faraday, dando sequência, logo após as pesquisas será apresentado a sequência de 
cálculos para mensurar o motor cc movido a pilha construído conforme objetivo desse trabalho. 
 Não somente Faraday, mas também Heinrich Friedrich Emil Lenz teve uma suma importância 
nos assuntos relacionados a eletricidade com ênfase em condutividade de materiais e 
particularidades como por exemplo, em que interfere a temperatura em relação a condutividade. 
 
1.1 Michael Faraday; (Newengton, Surrey, 22 de setembro de 1791 — Hampton Court, 25 de 
agosto de 1867) foi um físico e químico britânico. Considerado como o melhor experimentalista 
na história da ciência, teve como principais temas que contribuíram para a eletricidade os seus 
fundamentos, eletroquímica e o magnetismo, mas seu campo de estudo e descobertas foi além 
disso, porém para nossos estudos os fundamentos da eletricidade e o magnetismo, serão 
suficientes. (fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Michael_Faraday) 
 “Nada é tão maravilhoso que não possa existir, se admitido pelas leis da natureza” Michael 
Faraday. 
 
1.2 Heinrich Friedrich Emil Lenz; Tartu, atual Estónia, 12 de fevereiro de 1804 — Roma, 
10 de fevereiro de 1865) foi um físico estoniano de etnia alemã. O símbolo L, representação 
convencional de indutância, é escolhido em sua memória. Ganhou fama por ter formulado a lei de 
Lenz em 1833. Além da lei nomeada em sua honra, Lenz também formulou a lei de Joule em 1842. 
Pesquisou condutividade de vários materiais sujeitos a corrente elétrica e o efeito da temperatura 
sobre a condutividade. 
Descobriu a reversibilidade das máquinas elétricas. 
Professor de física na Academia de Ciências de São Petersburgo (1836). 
Em agosto de 1864 foi para a Itália, por razões médicas. Morreu em 10 de fevereiro de 1865, em 
Roma. (fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Heinrich_Lenz) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
 
Acadêmicos: Rudieri dos Santos – Wilson L. Ferreira – Nilson Felix – José Josinaldo da Silva 
Tutor: Daniel Frederico 
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI - Curso (Engenharia mecânica ENM) – 20/10/2019 
 
 
 
 
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
2.2 Magnetismo; É a denominação de uma forma de energia, normalmente quando se trata de 
atração e repulsão em alguns materiais em particular; os imãs. Os imãs encontrados na natureza são 
chamados de magnetitas, composto por Óxido de Ferro, e os artificiais são compostos de ligas 
metálicas e cerâmicas. Pode ser que no último século, foi aproximado algumas teorias da origem da 
força magnética, sendo o resultado do movimento dos elétrons dentro dos átomos das substâncias, 
ou seja, de origem elétrica. Como o elétron é uma partícula eletricamente carregada, esta teoria 
sugere que o magnetismo é uma propriedade de uma carga em movimento. Porém não existe um 
estudo que afirme a definição conclusiva das forças de atração e repulsão, embora tenhamos 
conhecimentos de algumas leis que nos diz qual sua ação, e de que forma podemos utilizá-las. Uma 
delas será o objetivo deste trabalho, onde será detalhado o funcionamento de um motor 
eletromagnético movido a pilha. 
 
2.3 Repulsão/Atração entre polos magnéticos; O motor basicamente precisa de um torque para 
iniciar seu giro, e posteriormente um sistema que o rotacione continuamente conforme sua 
aplicação. O torque, (momento) geralmente é produzido pelas forças de atração e repulsão entre os 
polos magnéticos entre o rotor e o estator, essas forças atuam de forma que “puxam” ou 
“empurram” os polos móveis do rotor, fazendo com que ele rotacione até que o atrito ou qualquer 
carga que atue sobre o eixo resulte em “zero”, fazendo com que o motor gire com velocidade 
angular constante. Mesmo que os imãs permanentes sejam constantemente usados, maiormente em 
motores de menor porte, ainda assim devem existir em sua construção eletroímãs para completar o 
sistema de giro com a inércia gerada pelo eletroímã. 
 
Os imãs permanentes são capazes de manter as propriedades magnéticas mesmo após cessar o 
processo de imantação, composto por materiais chamados de ferromagnéticos. 
 
Os eletroímãs, são dispositivos composto por um condutor onde circula a corrente elétrica, e um 
núcleo normalmente de ferro, e quando cessa a corrente cessa também o campo magnético. 
 
 
fonte: (www.ceee.com.br) 
 A imagem, representa o funcionamento de um motor simples composto por uma bobina de 
cobre esmaltado, onde passa a corrente elétrica, e o estator é composto por imãs permanentes. Uma 
4 
 
 
Acadêmicos: Rudieri dos Santos – Wilson L. Ferreira – Nilson Felix – José Josinaldo da Silva 
Tutor: Daniel Frederico 
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI - Curso (Engenharia mecânica ENM) – 20/10/2019 
 
vez que circule uma corrente elétrica, a bobina se comporta como imã permanente, com seus polos 
N(norte), S(sul), conforme representado na figura. 
 
 
 
 
2.4 Produção de energia através do eletromagnetismo. 
 
No ano de 1819, um professor dinamarquês, chamado Hans Christian Oersted, observou que uma 
corrente elétrica era capaz de alterar a direção de uma agulha magnética de uma bússola. Pesquisas 
semelhantes foram realizadas na França por Andre MarieAmpère. Quando havia corrente elétrica 
em um condutor, e esse condutor estava sobre uma bussola, o ponteiro da bussola (agulha 
magnética) se movimentava de forma a estar na posição perpendicular ao condutor. Sendo assim, 
evidencia a presença de uma força magnética relacionada a corrente elétrica. Então segundo Orsted, 
todo condutor percorrido por corrente elétrica, tem em volta de si um campo eletromagnético. 
 
2.5 Construção do motor cc movido a pilha. 
 
 Para construção do motor cc movido a pilha precisa de uma pilha, fio de cobre de preferência 
esmaltado, um imã, alfinetes médio ou grande, fita adesiva, e uma base para montar a máquina. 
O processo de montagem não é tão simples como parece, precisa de alguns cuidados. 
 Primeiramente necessita fixar os alfinetes nas laterais da pilha, de forma que fiquem em contato 
com os polos. Para isso utiliza a fita adesiva, ou um elástico. Depois nas extremidades do alfinete, 
passa o rotor construído com o fio de cobre. Como é esmaltado, uma das pontas deverá ser lixada 
todo esmalte, de forma que o cobre fique totalmente em contato com o alfinete, e a outra 
extremidade, lixa somente a metade. 
 
 Processo de funcionamento: Depois de montada a pilha sobre uma base, adiciona o imã sobre a 
pilha. E com um leve toque no rotor construído com o cobre de forma que dê impulso para 
rotacionar, ele deverá entrar em trabalho contínuo (rotação). Pois a extremidade que foi totalmente 
removida o esmalte devera estar recebendo corrente contínua da pilha, e outra extremidade que foi 
removido apenas a metade do esmalte fará o trabalho da inércia que gera a rotação constante. E 
assim estará pronto o motor cc movido a pilha. 
 
5 
 
 
Acadêmicos: Rudieri dos Santos – Wilson L. Ferreira – Nilson Felix – José Josinaldo da Silva 
Tutor: Daniel Frederico 
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI - Curso (Engenharia mecânica ENM) – 20/10/2019 
 
 
 
3. MATERIAIS E MÉTODOS 
 
Um dos métodos empregados no desenvolvimento desse trabalho, foi as pesquisas e estudos 
relacionados as leis importantes diretamente relacionadas a eletricidade, fundamentos 
eletromagnéticos. Como mencionado anteriormente dois nomes importantes como Faraday e Lenz, 
logo em seguida será esclarecido os pontos relevantes em que cada um deles contribuíram para o 
estudo. 
 
3.1. Lei de Faraday 
 
 Também conhecida como lei da indução eletromagnética, afirma que a variação no fluxo 
de campo magnético através de materiais condutores induz o surgimento de uma corrente elétrica. 
O fenômeno da indução eletromagnética foi descoberto pelo físico e químico 
britânico Michael Faraday em 1831. Essa descoberta foi uma das mais importantes de toda a 
história, uma vez que, graças a esse fenômeno, somos capazes de gerar energia em 
usinas hidrelétricas, produzir movimento usando motores elétricos, gerar calor por meio 
de fornos de indução, fazer leituras e gravações magnéticas e outros. 
Para compreendermos como funciona a lei de Faraday, é fundamental que conheçamos o conceito 
de fluxo magnético. O fluxo magnético (Φ) é uma grandeza escalar que mede a quantidade de 
linhas de campo magnético (B) que atravessam uma área fechada (A). Além disso, o fluxo 
magnético depende do ângulo que é formado entre o campo magnético e a reta normal (N) na área 
A. Confira a fórmula utilizada para calcular esse fluxo: 
 
 
Φ - fluxo magnético (Wb - weber ou T/m²) 
6 
 
 
Acadêmicos: Rudieri dos Santos – Wilson L. Ferreira – Nilson Felix – José Josinaldo da Silva 
Tutor: Daniel Frederico 
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI - Curso (Engenharia mecânica ENM) – 20/10/2019 
 
B - Campo magnético (T - tesla) 
A - área (m²) 
A figura a seguir ilustra o fluxo magnético através de uma superfície de área A, observe: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 O fluxo de campo magnético depende da área A, do campo magnético B e do ângulo θ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2. Lei de Faraday-Neumann-Lenz. 
 
 Formalmente, a lei da indução eletromagnética é conhecida como lei de Faraday-Neumann-
Lenz, no entanto, é frequentemente referida apenas como lei de Faraday. Isso acontece porque o 
fenômeno da indução foi descoberto por Michael Faraday, mas sua formulação matemática foi feita 
por Franz Ernst Neumann. Além disso, Heinrich Lenz propôs a necessidade de usar o sinal negativo 
da fórmula, que diz respeito ao sentido da corrente elétrica induzida. 
A lei de Faraday foi de suma importância para o desenvolvimento do eletromagnetismo, uma vez 
que ela revela a existência de uma relação direta entre fenômenos elétricos e magnéticos, esses que 
foram tratados como fenômenos de natureza distinta durante muitos anos. 
 
3.3. Lei de Lenz 
 
 A Lei de Lenz determina o sentido da corrente elétrica que surge em um circuito, a partir da 
variação do fluxo magnético (indução eletromagnética). 
Essa Lei foi concebida pelo físico russo Heinrich Lenz, pouco tempo depois da descoberta da 
indução eletromagnética por Michael Faraday (1831). Em seus experimentos, Faraday comprovou a 
existência da corrente induzida e identificou que esta apresentava sentido variável, contudo, não 
conseguiu formular uma lei que indicasse esse sentido. Em 1834 Lenz propôs uma regra, que ficou 
conhecida como Lei de Lenz, para a determinação do sentido desta corrente. Os estudos de Faraday 
e Lenz contribuíram de forma significativa para o entendimento da indução eletromagnética. Essas 
pesquisas são de vital importância para a vida moderna, pois grande parte da energia elétrica 
produzida em larga escala está baseada nesse fenômeno. 
7 
 
 
Acadêmicos: Rudieri dos Santos – Wilson L. Ferreira – Nilson Felix – José Josinaldo da Silva 
Tutor: Daniel Frederico 
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI - Curso (Engenharia mecânica ENM) – 20/10/2019 
 
 
Atualmente a produção de energia elétrica em larga escala é feita através da indução 
eletromagnética 
 
 As definições do eletromagnetismo, e alguns pontos como fluxo magnético, já foi visto acima. 
 
 
 
 
 
 
3.4. Sentido da corrente induzida. 
 
 Uma corrente elétrica cria ao seu redor um campo magnético e isto também ocorre com a 
corrente induzida. Desta forma, Lenz observou que quando o fluxo magnético aumenta, uma 
corrente induzida surge no condutor em um sentido tal que o campo magnético criado por ela tenta 
impedir o aumento deste fluxo. Na imagem abaixo, temos um ímã se aproximando de um condutor 
(espira). A aproximação do imã produz um aumento do fluxo magnético através da superfície do 
condutor. 
Esse aumento do fluxo cria no condutor uma corrente induzida, de forma que o fluxo criado por ela 
possui sentido inverso do campo criado pelo ímã. 
8 
 
 
Acadêmicos: Rudieri dos Santos – Wilson L. Ferreira – Nilson Felix – José Josinaldo da Silva 
Tutor: Daniel Frederico 
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI - Curso (Engenharia mecânica ENM) – 20/10/2019 
 
 
Ao contrário, quando o fluxo magnético diminuí, um campo induzido surge para reforçar este 
campo, tentando impedir que ocorra essa redução. 
Na imagem abaixo, o ímã está se afastando do condutor (espira), desta forma o fluxo magnético 
através do condutor está diminuindo. 
A corrente cria então ao seu redor um campo induzido que apresenta o mesmo sentido do campo 
criado pelo ímã. 
 
 
 
 
 
 
3.5. Regra de Ampére. 
 
Usamos uma regra prática, chamada de regra de Ampère ou regra da mão direita, para definir o 
sentido do campo produzido pela corrente induzida. Nesta regra, usamos a mão direita como se 
estivéssemos envolvendo o fio. O dedão irá apontar o sentido da corrente, e os demais dedos o 
sentido do campo magnético. 
9 
 
 
Acadêmicos: Rudieri dos Santos – Wilson L. Ferreira – Nilson Felix – José Josinaldo da Silva 
Tutor: Daniel Frederico 
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI - Curso (Engenharia mecânica ENM) – 20/10/2019 
 
 
 
 
 
 
 
 Os métodos descritos acima, fundamentam o resultado de um experimentode um motor cc 
(corrente contínua). Para realizar esse projeto, seria necessária uma pilha, fio de cobre de 
preferência esmaltado, um imã, alfinetes médio ou grande, fita adesiva, e uma base para montar a 
máquina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
10 
 
 
Acadêmicos: Rudieri dos Santos – Wilson L. Ferreira – Nilson Felix – José Josinaldo da Silva 
Tutor: Daniel Frederico 
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI - Curso (Engenharia mecânica ENM) – 20/10/2019 
 
 O tema abordado durante o trabalho, teve o objetivo de esclarecer os passos para se construir 
um motor com corrente continua movido a pilha, mais importante que construir, foi exposto um 
conteúdo que permite compreender a fundo, como se propaga as forças relacionadas a eletricidade, 
como magnetismo, eletromagnetismo, corrente elétrica. Para o conteúdo de resultados e discussão 
ter mais volume, deveria constar resultados de um exemplo prático, neste caso não temos. Porém, 
ficou muito bem esclarecido como proceder na execução do projeto. Um fato relevante a se discutir, 
é a classe do motor, nesse caso o de corrente continua, e porque não um de corrente alternada. 
 Nesse caso, se fosse construir um de corrente alternada seria algo complexo, pois como 
sabemos a corrente está em função dos elétrons (partículas que carregam energia), quando o fluxo 
de elétrons está em um único sentido, chamamos de corrente continua, quando o fluxo muda de 
direção constantemente chamamos de corrente alternada. Um dos aspectos principais em que a 
corrente alternada supera a corrente contínua, é a capacidade de percorrer por um condutor por um 
longo caminho sem perder eficiência, como no caso da usina hidrelétrica, até as tomadas 
residenciais. Mas para o trabalho em questão seria um trabalho complexo, então foi abordado o 
motor cc, para exemplificar a relação da corrente elétrica com o eletromagnetismo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
 
Acadêmicos: Rudieri dos Santos – Wilson L. Ferreira – Nilson Felix – José Josinaldo da Silva 
Tutor: Daniel Frederico 
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI - Curso (Engenharia mecânica ENM) – 20/10/2019 
 
REFERÊNCIAS 
MAGNETISMO: 
https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/images/8/8e/Apostila_Eletromagnetismo_CEFET.pdf 
 
IMÃS PERMANTES E ELETROIMÃS: 
https://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/CampoMagnetico/imasemagnetos.php 
 
TRAÇÃO/REPULSÃO EM POLOS MAGNÉTICOS: 
www.ceee.com.br -Eletricidade para estudantes – teoria 
 
 
PRODUÇÃO DE ELETRICIDADE POR MEIO DO ELETROMAGNETISMO 
https://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/33163969/Apostila_de_Maquinas_CC.pdf?r
esponse-content-disposition=inline%3B%20filename%3DCEFETRN_-
_CENTRO_FEDERAL_DE_EDUCACAO_TEC.pdf&X-Amz-Algorithm=AWS4-HMAC-
SHA256&X-Amz-Credential=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A%2F20191010%2Fus-east-
1%2Fs3%2Faws4_request&X-Amz-Date=20191010T022610Z&X-Amz-Expires=3600&X-Amz-
SignedHeaders=host&X-Amz-
Signature=f09cd6afb9bb6af10625fdad73f632bf0989a0ad308bae238c27a1932132b125 
 
DEFINIÇÃO DO ELETROMAGNETISMO 
https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/images/8/8e/Apostila_Eletromagnetismo_CEFET.pdf