Conversão eletromecânica de energia - Prova N2

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A eficiência é uma propriedade bastante interessante e necessária para avaliarmos o rendimento de diversos equipamentos. Para avaliar a eficiência de um transformador, compara-se a sua potência de entrada com a potência de saída.
Neste sentido, assinale as afirmativas a seguir.
 
I. Para calcularmos a eficiência de um transformador, devemos levar em conta as perdas no núcleo e as perdas dos enrolamentos de cobre.
II. Quanto menores as perdas no núcleo e as perdas no cobre dos enrolamentos, maior será a eficiência do transformador.
III. Para calcularmos a eficiência de um transformador, basta sabermos a corrente na saída do transformador e seu fator de potência.
IV. Para calcularmos a eficiência de um transformador, basta sabermos a tensão na saída e na entrada do transformador.
 
Está correto o que se afirma em:
RESPOSTA
A maioria dos sistemas de geração e distribuição de potência são sistemas de corrente alternada (CA) trifásicos, os quais são de suma importância para a sociedade.  Além das ligações padrões, existem outras maneiras de realizar a transformação trifásica, fazendo uso de apenas dois transformadores. Essas técnicas provocam uma restrição na capacidade do trabalho de potência pelos transformadores.
 
Em relação às ligações com dois transformadores, analise as afirmativas a seguir e assinale V para a(s) verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s).
 
I. (   ) Na ligação de triângulo aberto (V-V), um banco de transformadores trabalha com apenas dois transformadores. E a potência disponibilizada é 57,7% do valor nominal original deste banco. 
II. ( ) Na ligação estrela aberta e delta aberta, tem-se a ausência de um dos transformadores monofásicos e a presença do neutro, o que faz surgir uma “fase fantasma”, a qual permite a entrega de energia na saída do banco.
III. (   ) A ligação T de Scott permite, por sua vez, obter duas fases com uma defasagem de 120° entre si, utilizando uma fonte de potência trifásica, com dois transformadores monofásicos de especificações iguais.
IV. (   ) A ligação T trifásica converte a potência trifásica em bifásica, sendo esta uma ligação resultante, basicamente, da modificação da ligação T de Scott, o que resulta em tensões secundárias que se recombinam para produzir a saída trifásica do banco.
 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
Os transformadores são dispositivos que fazem a conversão da potência elétrica através da ação do campo magnético gerado. Naturalmente, não é possível construir os transformadores ideais; assim, apenas os transformadores reais podem ser construídos.
 
Em relação aos transformadores reais, analise as afirmativas a seguir.
 
I. Em um transformador real, podemos considerar que o fluxo concatenado total através de uma bobina é simplesmente o produto entre número de espiras e o fluxo. 
II. Para converter um transformador real em um transformador ideal, uma das condições é que não haja correntes parasitas e nem histerese no núcleo do transformador.
III. A corrente necessária para produzir fluxo no núcleo ferromagnético de um transformador consiste somente na corrente de magnetização.
IV. A tensão induzida em um transformador real é a relação da variação do fluxo concatenado na bobina pelo tempo. 
 
É correto o que se afirma em:
Um gerador CC de excitação independente de 2 polos tem especificações nominais de 75kW, de 560 V, de 450 A e de 2100 rpm e tem um enrolamento de armadura com 2 caminhos paralelos e  condutores ativos e um fluxo de armadura por polo de . Essa máquina também tem uma tensão de campo de , uma resistência de campo , uma resistência de armadura de  e uma tensão resultante da armadura de . Considere, então, que os efeitos da reação de armadura podem ser desprezados.
 
Em relação às informações passados sobre o gerador CC, analise as afirmativas a seguir e assinale V para a(s) verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s).
 
I. (    ) A tensão induzida resultante do gerador CC é 560 V.
II. (    ) A corrente na armadura do gerador CC é 10 A.
III. (    ) A corrente de campo do gerador CC é 35 A.
IV. (    ) A tensão de saída do gerador CC é 550 V.
 Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
Sua resposta está correta. A sequência está correta, pois a afirmativa II é verdadeira, uma vez que a corrente na armadura pode ser resumida como: , sendo  a tensão resultante da armadura e  a resistência de armadura. Portanto temos: . A afirmativa III é verdadeira, dado que a corrente de campo é determinada a partir dos parâmetros do circuito: , sendo  a tensão aplicada e  a resistência de campo. Sendo assim, temos: 
Uma engenheira elétrica está fazendo a manutenção em um motor CC de ímã permanente que tem uma resistência de armadura de 2,5. Ao operar a vazio com uma fonte CC de 80V, ela observou que a velocidade de funcionamento é de 2200 rpm e que a corrente é de 3,5 A. 
 
Sobre o motor CC de ímã permanente descrito, assinale a alternativa correta.
Sua resposta está correta. Alternativa está correta. A tensão de saída gerada será obtida como: . A vazio, toda a potência fornecida para a tensão gerada é usada para alimentar as perdas rotacionais. Portanto .
Um motor CC com excitação de 4 polos tem especificações nominais de 8 kW, de 560 V, de 240 A e de 1200 rpm, como um enrolamento de armadura, uma constante construtiva de 100 e um fluxo de armadura por polo de . Essa máquina também tem uma tensão de campo de , uma resistência de campo , uma resistência de armadura de  e uma tensão resultante da armadura de .
Sobre o motor CC com excitação série descrito, assinale a alternativa correta.
Sua resposta está correta. A alternativa está correta. As perdas no campo no motor CC em derivação são dadas por: , em que  e  são a resistência e a corrente de campo, respectivamente, logo . As perdas na armadura do motor CC em derivação são dadas por:, em que  e  são a resistência e a corrente de armadura, respectivamente, logo 
Uma estratégia interessante para estudar as máquinas CC é o controle de velocidade. Por exemplo, nos geradores CC, ele é utilizado para analisar meios de controle de velocidade, para ter um controle de potência mecânica fornecida e, consequentemente, no que será, de fato, convertido em energia elétrica. 
 
Sobre o controle de velocidade nas máquinas CC, analise as afirmativas abaixo.
 
I. O controle da velocidade de um motor CC pode ser estabelecido de três maneiras principais: pela variação da resistência de campo, pela resistência de armadura ou, ainda, por meio da modificação da tensão de armadura. 
II. Um CLP pode ser implementado para combinar o uso de dispositivos de estado sólido, como diodos, para produzir corrente de campo para o motor CC. Ele pode, também, fornecer a corrente CC para funcionamento e para o controle do gerador CC.
III. Em operações de hardware, o sistema de controle de velocidade é realizado pelo sistema Ward-Leonard e pode ser implementado nos equipamentos sem a necessidade de chips ou de outros artifícios eletrônicos.
IV. Se a conexão dos equipamentos for em um sistema em malha aberta ou em malha fechada, é utilizado um controlador PID, que recebe esse nome devido à maneira como os ganhos atuam matematicamente e fisicamente no sistema.
 
É correto o que se afirma em:
Basicamente, um transformador trifásico é composto por três transformadores, combinados ou separados em um núcleo, os quais são indispensáveis para que o fornecimento de energia elétrica seja confiável e eficiente.  Um arranjo trifásico de transformadores monofásicos, denominados como banco trifásico, pode ser montado em 4 configurações possíveis de ligação.
Com base nas ligações dos transformadores trifásicos, analise as afirmativas abaixo. 
I. Na ligação estrela-estrela (), a relação de transformação () é dada por
 
II. Na ligação triângulo-estrela (), a relação de transformação (a) é dada por .
III. Na ligação estrela-triângulo (), a relação de transformação (a) é dada por .
IV. Na ligação triângulo-triângulo (), a relação de transformação(a) é dada por .
 É correto o que se afirma em:
Sua resposta está correta. Alternativa está correta, pois, na ligação estrela-estrela (), a relação entre a tensão de fase e a de linha no primário é dada por . Já a relação entre a tensão de fase e a de linha no secundário é dada por . E, como a relação de transformação é , logo . Na ligação triângulo-triângulo (), a relação entre a tensão de fase e a de linha no primário é dada por . E a relação entre a tensão de fase e a de linha no secundário é dada por . E, como a relação de transformação é , logo 
Nossa vida está cada vez mais envolvida por tecnologias, máquinas e dispositivos que nos ajudam no dia a dia. Esse avanço é devido ao desenvolvimento da teoria do eletromagnetismo, que tem como base o estudo dos campos elétricos e magnéticos e as interações dele. Com a teoria eletromagnética, foi possível a descrição de inúmeros fenômenos presentes na natureza, assim como diversas aplicações para a humanidade. Sobre as teorias eletromagnéticas, analise as afirmativas a seguir.
 
I. Em uma superfície fechada, podemos relacionar a carga elétrica com o fluxo do vetor campo elétrico que atravessa uma dada superfície de área dS.
II. Em uma superfície guassiana qualquer, o número de linhas de um campo magnético que entra é o mesmo que sai, ou seja, o fluxo magnético é nulo.
III. Para geometrias esféricas, o fluxo do vetor campo elétrico depende do raio da superfície esférica e da carga (𝑞) no interior da superfície esférica.
IV. A força eletromotriz induzida é criada por um campo magnético induzido por uma variação em um campo elétrico. 
 
É correto o que se afirma em:
Um transformador monofásico real de 15 kVA tem uma tensão nominal de placa 800/80 V. Um ensaio de curto-circuito foi realizado no lado de alta tensão, e os seguintes resultados foram obtidos: 40 V, 5,5 A e 190 W. Da mesma forma, foi realizado um ensaio de circuito aberto no lado de baixa tensão, e os seguintes resultados foram obtidos: 80 V, 1 A e 50 W.
Com base nos resultados dos ensaios, analise as afirmativas a seguir.
 
I. A impedância em série equivalente do transformador em estudo é .
II. As perdas no transformador podem ser consideradas como o somatório das perdas dos enrolamentos e a perda do núcleo é de 2,26 kW. 
III. Considerando um fator de potência de 0,90 indutivo, as potências de entrada e saída no transformador são 15,76 kW e 13,50 kW, respectivamente.
IV. Considerando um fator de potência de 0,90 indutivo, a eficiência do transformador é 85,67%.
 
É correto o que se afirma em:
Sua resposta está correta. Alternativa está correta, pois podemos considerar que as perdas estão relacionadas com as perdas que ocorrem nos enrolamentos e no núcleo: . É considerada como perda no núcleo a potência medida no ensaio de circuito aberto:  e as perdas nos enrolamentos são a perda no cobre: , em que  e  Com isso,  Então, a perda total no transformador é  A potência de entrada é o somatório das perdas e da potência de saída,  e a potência de saída é a potência ativa na carga com o fator de potência 0,9:  Assim,  Além disso, como qualquer equipamento, comparamos a potência de entrada e a de saída pela razão da Potência saída e Potência entrada: 
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