Paper motores eletricos final

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Motores elétricos 
Adelcio Luiz Andreola ¹ 
João Vitor Vaz Dias ² 
Neila Bortoletti Meurer ³ 
Andressa Morgan 4 
RESUMO 
 
O motor elétrico tem finalidade de transformar a energia elétrica nele aplicada em energia 
mecânica através de interações eletromagnéticas entre os três circuitos que constituem o 
mesmo. O objetivo deste estudo é basicamente ampliar o conhecimento sobre motores elétricos 
e suas aplicações, auxiliando futuramente em projeções no setor industrial. No experimento 
tem-se um melhor entendimento prático tanto na questão do funcionamento quanto nos 
materiais que constituem o conjunto. Compreende-se que não se tem um aproveitamento total 
na conversão de energia em nenhum equipamento, porém todo processo busca o mínimo de 
perca em seu resultado visando sempre o custo benefício de suas aplicações. 
 
 
Palavras-chave: Motor. Eletromagnetismo. Ima. corrente elétrica. corrente continua. 
1 INTRODUÇÃO 
Motores elétricos de corrente contínua são muito comuns na área industrial, por constar 
com uma fácil configuração e adaptação em diversos setores. Seu princípio de funcionamento 
é o mesmo desde o início de sua criação. 
No ano de 1820, o Físico dinamarquês Hans Christian Oersted verificou que a agulha 
magnética de sua bússola desviava de sua posição ao passar perto de um condutor de corrente 
elétrica, reconhecendo assim a ligação entre magnetismo e eletricidade, sendo esse o primeiro 
passo para o desenvolvimento do motor elétrico. 
O inglês William Sturgeon, admirado com a descoberta de Oersted, no ano de 1825 fez a 
observação que um núcleo de ferro envolvido por um fio condutor se transformava em um imã 
quando aplicado uma corrente elétrica e cessando sua força quando a corrente era interrompida. 
Surgindo então o eletroímã, que posteriormente seria a peça-chave na criação das máquinas 
elétricas girantes. 
Porém a data que ficou conhecida como ano do nascimento da máquina elétrica foi 1886, 
quando o cientista alemão Werner Von Siemens criou o primeiro gerador de corrente contínua, 
o que revolucionou o mundo em poucos anos. 
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O desenvolvimento deste trabalho tem objetivo de apresentar um embasamento teórico, 
técnico e ilustrativo diante a construção de um motor elétrico de corrente contínua, que utiliza 
uma pilha como fonte de energia, mostrando seus princípios de funcionamento e suas diferenças 
quando comparado aos motores de corrente alternada. 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
O magnetismo é um campo de força que age sobre alguns tipos de materiais específicos, 
mas em outros não. Dispositivos físicos que possuem esses campos são denominados imãs. 
Onde o ima natural é a magnetita, uma rocha composta de óxidos de ferro, é encontrado na 
natureza a mais de 2 mil anos (FOWLER, 2015 p 180). Os imãs atuais são artificiais, produzidos 
a partir de vários tipos de ligas, podendo conter cobre, níquel, alumínio, ferro e cobalto, sendo 
que um desses é amplamente mais forte que um ima natural. O campo magnético é uma força 
em volta do imã, invisível a olho nu, que parte de todas as direções, onde essas linhas de fluxo 
representam o campo magnético, sendo que são mais fortes nas extremidades. As forças saem 
do polo norte e entram no polo sul, designando assim as polaridades do imã, sendo que polos 
iguais se repelem e polos diferentes se atraem. No eletromagnetismo pode se produzir campo 
magnético através de corrente elétrica em um condutor retilíneo, onde o condutor não possui 
polos, o fluxo desse campo existe apenas no ar em torno do condutor. (FOWLER, 2015 p 180). 
O sentido de campo magnético pode ser determinado através da regra da mão direita, 
onde o polegar indica o sentido convencional da corrente elétrica e os demais dedos em volta 
do condutor indica o sentido do campo magnético, sendo assim o fluxo de campo é 
perpendicular ao sentido da corrente. A força entre condutores percorridos por corrente no 
mesmo sentido se atrai e aumenta a força, os campos se somam, e se aproximam, mesma força 
ocorrida entre os polos do um imã. Quando as correntes forem de sentidos opostos nos 
condutores ocorre a repulsão, uma combinação de mais de um condutor usando essa lei de 
atração quando a corrente está no mesmo sentido, é uma bobina, onde gera um campo 
magnético mais intenso, produzindo assim o eletroímã, que nada mais é que a combinação de 
um enrolado de espiras em torno de um núcleo magnético. Além dos imãs, correntes elétricas 
também geram campos magnéticos e variações de campos magnéticos são capazes de induzir 
correntes elétricas. Todo condutor percorrido por uma corrente elétrica produz campo 
magnético e é capaz de induzir uma tensão, portanto uma corrente no condutor, sendo que a 
polaridade da tensão induzida depende da direção do movimento do condutor e do sentido do 
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fluxo magnético, mudando a direção de ambos muda a polaridade da tensão induzida 
(FOWLER, 2015.) 
O gerador elétrico funciona pelo princípio da tensão induzida, quando o eixo do gerador 
e movimentado uma espira condutora é forçada a se mover através de um campo magnético, as 
escovas e os anéis comutadores fornecem conexão elétrica da espira girante para o externo ao 
gerador e ficam permanentemente conectadas, toda vez que a polaridade da tensão induzida 
variar as escovas invertem as conexões da espira girante. Motores de corrente continua ou CC 
se assemelha a um gerador CC, onde o gerador em virtude de uma força mecânica gira seu eixo 
e induz um campo magnético no motor CC que gira devido a interação de dois campos 
magnético de uma fonte externa que circula através das escovas dos anéis comutadores, a 
circulação dessa corrente de uma fonte externa no núcleo de ferro da armadura gera um campo 
magnético, sendo assim os polos da armadura são atraídos pelos polo do campo do ima 
permanente resultando uma força rotacional chamada de torque, os anéis e as escovas invertem 
o sentido da corrente na bobina da armadura e essa inversão muda a polaridade de modo que o 
sentido da força seja sempre o mesmo, quando a armadura gira o polo sul está em linha com o 
polo norte, porem a inércia que é a tendencia do corpo se manter em movimento faz com que 
ela passe da posição vertical, no momento em que a corrente na armadura inverte o sentido e 
consequentemente o campo da armadura também é invertido, onde agora o polo norte é 
repelido, o movimento alterna entre atração e repulsão dos polos magnéticos. Geralmente os 
motores tem mais de dois segmentos e muitas bobinas de armadura, não sendo mais necessário 
contar com a inercia para a polaridade da armadura se inverter, a polaridade muda instantes 
antes do alinhamento com os polos do campo. Qualquer máquina estática ou rotativa é 
constituída por um circuito magnético e geralmente por dois enrolamentos distintos, sendo um 
indutor e o outro induzido. A máquina de corrente continua é composta pelos elementos: 
circuito indutor, circuito induzido e circuito magnético, sendo elementos fixos, o estator, e 
elementos moveis o rotor. (Características construtivas de motor de CC são duas partes 
distintas, uma fixa e outra móvel. Sendo a fixa o estator ou campo, possuiu um pacote de 
lâminas de aço de silício enroladas por fios condutores formando a bobina. A móvel o rotor ou 
armadura, ligada ao eixo de transmissão de movimento, é constituído por lâminas de aço com 
ranhuras onde é montado as bobinas do rotor onde essas bobinas são conectadas ao coletor, 
sendo que o coletor ou comutador é o item que conecta eletricamente a bobina do rotor as 
escovas de carvão a fonte elétrica, aí se dá o movimento, sem causar curtos-circuitos. As 
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escovas são feitas de carvão grafite ou carbono e são as responsáveis pela condução da energia 
da fonte externa aos contatos do comutador com a bobina. (FITZGERALD, 1975). 
Já em máquina de corrente alternada a situação é diferente, o estator é constituído por 
bobinas que envolvem os polos magnéticos da máquina,o circuito magnético é constituído por 
um núcleo ferromagnético maciço que termina nos polos magnéticos, em pares opostos, onde 
nas suas extremidades as peças polos direcionam aas linhas de forças do campo magnético para 
o induzido, o circuito magnético envolve a carcaça com a função de proteção da máquina, o 
induzido da máquina alternada está no rotor, sendo feito de um enrolamento ferromagnético 
laminado, dividido em placas isoladas entre si, essas laminas rodam e deslizam sobre o par de 
escovas de grafite fixas, as quais fazem a transferência da corrente elétrica das espiras do 
induzido para o gerador, conforme dito Matias, 2015. Entende se por comutação a mudança de 
sentido de força eletromotriz induzida em cada espira durante o movimento de rotação, quando 
a espira passa pela linha neutra dá-se a inversão de sentido da força eletromotriz induzida em 
seus condutores. 
O rendimento de uma máquina de corrente continua representa o correto funcionamento 
das partes elétricas nos enrolamentos e no campo da armadura, onde as perdas mecânicas são 
basicamente por atrito nos mancais escovas e na ventilação. A frequência em ciclos por segundo 
(Hertz) é igual a velocidade do rotor em rotações por segundo a frequência elétrica está 
sincronizada com a velocidade mecânica, e esta é a razão para a designação de máquina 
síncrona, então uma máquina síncrona de 2 polos precisa girar a 3600 rpm para produzir uma 
tensão a 60Hz segundo FITZGERALD, 1975. 
O motor elétrico é um dispositivo cuja finalidade é transformar a energia elétrica a ele 
aplicada em energia mecânica através de interações eletromagnéticas entre as partes que o 
constituem. (FRANCISCO,2009. p.8). 
A maquina de corrente continua de forma simplificada é formada por um campo 
(estático) e uma armadura (girante). O campo é formado pelos enrolamentos do estator 
sendo o responsável pela geração de fluxo magnético principal. A armadura é formada 
pelo rotor, seus enrolamentos e o conjunto de escovas e coletor. Durante a operação o 
motor é percorrido por duas correntes If e Ia respectivamente no campo e na armadura. 
A corrente elétrica é fornecida para a armadura através das escovas e do coletor. 
Enquanto a corrente de excitação If é aplicada diretamente ao campo, corrente esta 
responsável pela produção do fluxo magnético principal. (FUENTES,2005 p. 3). 
 
 
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As principais escolhas que condicionam a escolha de determinado maquina elétrica 
rotativa são o tipo de corrente se é continua ou alternada, a tensão que vai ser utilizada, a gama 
de frequência do circuito a utilizar, a gama de velocidade, a potência útil do sistema, o 
rendimento elétrico, a corrente de partida e binário útil do motor e resistente e a corrente 
nominal, são bastante importantes na decisão da escolha do maquina a utilizar na situação e 
característica adequada. (Matias,2015) 
 
Uma terceira forma de excitar os enrolamentos do estator e do motor ocorre na 
maquina de indução, na qual há correntes alternada nos dois enrolamentos do estator 
e do rotor. O exemplo mais comum é o motor de indução, no qual a corrente alternada 
é fornecida diretamente ao estator e por indução ao rotor. A maquina de indução pode 
ser considerada como um transformador generalizado, no qual ocorre transformação 
de potência elétrica entre estator e rotor, com mudança de frequência e com fluxo de 
potência mecânica. (FITZGERALD,1975, p.145) 
 
“Nenhum processo de conversão de energia é 100% eficiente. Isto é nem toda energia 
disponível para um dispositivo, equipamento ou sistema é convertida para a forma de energia 
desejada.” (FOWLER, 2013, p.4) 
 
O fator de potência ao qual as maquinas se CA funcionam é uma 
característica economicamente importante devido ao custo de potencia reativa. Um 
fator de potencia baixo afeta desfavoravelmente o funcionamento do sistema, de três 
modos principais. Em primeiro lugar, os geradores, os transformadores e o 
equipamento de transmissão são especificados em termos de potencia aparente, em 
lugar de potencia ativa, devido ao fato de as perdas e o aquecimento serem 
aproximadamente determinados pela tensão e corrente, independente do fator de 
potência. (FITZGERALD, 1975, p.211) 
 
“A velocidadede rotação do rotor é proporcional à corrente que flui por ele, e pela lei de 
Ohm, variando a tensão aplicada a seus terminais, conseguimos controlar a velocidade de 
rotação do motor.” (GILIO, 2003. p.25). 
3 MATERIAIS 
Neste experimento vamos demonstrar a construção de um sistema simplificado de motor 
de corrente contínua. Trata-se de uma aplicação de grande importância de eletricidade e 
magnetismo. 
Materiais utilizados: 
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• 0,5 metro de fio de cobre esmaltado (1mm de espessura); 
• 02 barras metálica em alumínio, para suporte da bobina; 
• 02 pilhas de 1,5 volts cada; 
• 01 imã; 
• 01 pedaço de madeira para base; 
• 01 botão com função liga/desliga; 
• 0,8 metro de fio 4mm para acionamento do motor; 
• Paquimetro 
• Alicate universal 
Segue os procedimentos para montagem do experimento. 
1. Montagem da bobina utilizando o fio esmaltado, sendo aproximadamente de 6 cm de 
diâmetro, construindo a bobina com 9 voltas de fio esmaltado, deixando duas pontas de 
3 cm em cada lado. 
2. Fazer a raspagem completa em uma das pontas do fio da bobina. 
3. Fazer a raspagem de ½ volta da outra ponta do fio da bobina. Sendo que no experimento 
será visto o contato das partes raspadas em cada polo nas extremidades. 
4. Executar o suporte para a espirra, utilizando dua barras em alumínio. 
5. Colocando a bobina de fios sobre o suporte e verificando o seu livre movimento. 
6. Conectar polo positivo da pilha no fio 4 mm de suporte da bobina. 
7. Conectar polo negativo da pilha no outro suporte da bobina. 
8. Após fazer a conexão de cada polo em um dos lados dos suportes da bobina, iniciará o 
movimento da bobina, pela passagem de corrente, gerando um campo magnético. 
4 METODOS DE FUNCIONAMENTO 
O motor elétrico funciona com base na repulsão entre imãs, um natural que se encontra 
sobre a base de madeira e outro não-natural em forma de espirras. 
A idéia deste experimento é mostrar o seguinte; 
• O imã não natural será identificado no experimento como a bobina em fio de cobre, sendo 
que podemos fazer a inversão dos polos magnéticos. 
• O imã não natural funciona da seguinte maneira: 
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• Como a ponta do fio raspado entra em contato com um dos polos da pilha, acaba criando um 
campo magnético na bobina, onde acaba tendo um início de rotação de movimento, pelo fato 
da repulsão do imã que está fixo sobre a base. 
• Verifica se que a partir de ¼ de voltas a perda de forças da bobina de fios, pelo fato de que 
em uma das pontas não está em contato com o outro polo da pilha, que gera o campo 
magnético. 
• Quando a bobina atinge ½ volta ela perde totalmente o contato em um dos polos. 
• Ao atingir mais ¼ de voltas, já ocorre um início de contato de do polo que está com uma 
ponta da bobina com o fio raspado em partes. 
• Neste próximo passo a bobina atinge uma volta completa e inicia o ciclo novamente, com 
todo campo magnético ativo. 
Figura 1 Imã não natural 
 
Fonte autores 1 
Figura 2 Imã natural 
 
Fonte autores 2 
 
 
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Fonte autores 3 Experimento montado 
 
Fonte autores 3 
 
1 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Segue abaixo tabela com dados encontrados para o motor de corrente contínua dos 
experimentos; 
Tabela 1 Dados do teste 
Dados teste de experimento motor corrente continua 
 
 
 Peso (kg) tensão da pilha (V) Diâmetro da bobina(mm) numero de espirras 
teste 1 2 1,5 100 9 
Fonte autores 4 
 Através deste prototipo, podemos ter uma visibilidade mais clara do funcionamento de 
um motor eletrico CC. Podemos verificar com seu funcionamento, onde é aplicado uma 
corrente e tem se um campo magnético gerando uma força de repulsão sobre a bobina de fios 
nos apoios. Podemos tambem destacar que quanto maior oimã natural, maior sera o campo 
magnetico no local. Neste experimento, para confecção do imã não natural, confeccionamos 
uma bobina de fios de cobre esmaltados de aproximadamente 100 mm de diâmetro. Nas pontas 
da bobina, raspamos totalmente uma delas reirando o esmalte de proteção do fio, e em outra 
somente a metade, para ocorrer a passagem de fluxo de corrente, e fazer o movimento da bobina. 
 Durante o experimento tambem verificamos que fazendo a inevsão das pontas da 
bobina, ou inversão de pólos da pilha, teremos tambem uma inversão de rotação da bobina de 
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fios. A partir deste protótipo verificamos tambem a transformação de energia eletrica em 
enregia mecânica. 
 
2 CONCLUSÃO 
Contudo, ao final deste trabalho podemos verificar através da parte teórica e prática estudos 
sobre o eletromagnetismo, sendo que a partir dele temos a existencia de motores eletricos, tanto 
de corrente CC e CA. Visto que desde a descoberta dos motores eletricos houve um elevado 
crescmento industrial, ppois conseguiu se diminuir tempos de produção, aumentar escalas de 
confecção de produtos e diminuir esforços manuais humano. 
A partir disso tambem, com a descoberta do eletromagnteismos, tambem possiblitou a 
descoberta de outras tecnologias, que estão cada dia avançando mais, possibilitando termos 
equipamentos com uma maior complexidade e melhor eficiência. 
 
REFERÊNCIAS 
 
BAZZANELLA, Andre; TAFNER, Elizabeth Penzlien; MULLER, Antonio 
Jose. Metodologia cientifica. Indaial: Uniasselvi, 2013. 206 p. 
 
CAMARGO, Ivan. Maquinas de corrente continua. Brasilia, 1999. 
 
FOWLER, Richard. Fundamentos da eletricidade corrente continua e magnetismo. 7. ed. 
Porto Alegre, 2013. 
 
FUENTES, Rodrigo C. Apostila de automação industrial. Santa Maria: Ufsm, 2005. 
 
HONDA, Eng. Flavio. Motores de corrente continua. São Paulo: Siemens, 2006. 
 
 
MATIAS, Jose Vagos Carreira. Maquinas elétricas corrente continua. São Paulo: Ditactica, 
2015. 
 
FITZGERALD, A. E.; KINGSLEY JUNIOR, Charles; KUSKO, Alexander. Maquinas 
eletricas. São Paulo: McGraw Hill do Brasil, 1975.