Atividade Prática - Maquinas Eletricas

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA
bacharelado em engenharia elétrica
DISCIPLINA de MÁQUINAS Elétricas
 
RELATÓRIO DE ATIVIDADE PRÁTICA
aluno: sandro luiz ceccatto
prof. SAMUEL POLATO RIBAS
HERVAL D’OESTE – (SC) 
2026
i
4
1. INTRODUÇÃO 
Os transformadores são equipamentos fundamentais nos sistemas elétricos de potência, sendo responsáveis pela adequação dos níveis de tensão e corrente para diferentes aplicações industriais, comerciais e residenciais. Seu funcionamento está baseado no princípio da indução eletromagnética, permitindo a transferência de energia elétrica entre enrolamentos eletricamente isolados e magneticamente acoplados por meio de um núcleo ferromagnético.
O desenvolvimento tecnológico dos transformadores permitiu a expansão dos sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica, tornando possível o transporte de grandes blocos de potência em elevadas tensões, reduzindo perdas elétricas e aumentando a eficiência energética dos sistemas elétricos.
Neste trabalho é apresentado o projeto de um transformador monofásico isolador de dois enrolamentos, desenvolvido conforme o roteiro da atividade prática da disciplina de Máquinas Elétricas. O projeto contempla o dimensionamento do núcleo magnético, cálculo do número de espiras, determinação da bitola dos condutores, cálculo da ocupação da janela do carretel e análise da viabilidade construtiva do equipamento.
Além dos cálculos de projeto, são apresentados fundamentos teóricos relacionados aos transformadores monofásicos, incluindo características construtivas, princípio de funcionamento e aplicações práticas.
OBJETIVOS
Objetivo Geral
Projetar um transformador monofásico isolador de dois enrolamentos conforme os parâmetros definidos no roteiro da atividade prática.
Objetivos Específicos
· Determinar a seção magnética do núcleo;
· Calcular o número de espiras do enrolamento primário e secundário;
· Determinar a corrente nominal dos enrolamentos;
· Selecionar os condutores adequados para cada enrolamento;
· Verificar a taxa de ocupação da janela do carretel;
· Avaliar a viabilidade construtiva do transformador;
· Aplicar conceitos teóricos relacionados ao funcionamento de transformadores.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Os transformadores são máquinas elétricas estáticas utilizadas para transferir energia elétrica entre circuitos através do fenômeno da indução eletromagnética. Segundo Fitzgerald, Kingsley e Umans (2014), o princípio de funcionamento do transformador baseia-se na Lei de Faraday, onde uma tensão alternada aplicada ao enrolamento primário produz um fluxo magnético variável no núcleo, induzindo uma tensão no enrolamento secundário.
De acordo com Chapman (2013), os transformadores possuem elevada importância nos sistemas elétricos devido à possibilidade de elevação ou redução de tensão com alta eficiência energética. A relação entre as tensões dos enrolamentos depende diretamente da relação entre o número de espiras do primário e do secundário.
O núcleo magnético do transformador é normalmente construído com chapas de aço-silício laminadas, reduzindo perdas por correntes parasitas e aumentando a permeabilidade magnética do circuito magnético. Conforme Ribas (2020), o núcleo possui a função de proporcionar um caminho de baixa relutância para o fluxo magnético.
Os enrolamentos são geralmente fabricados em cobre esmaltado devido à sua elevada condutividade elétrica e boa resistência mecânica. O isolamento entre os enrolamentos e o núcleo é fundamental para garantir segurança elétrica e evitar curtos-circuitos.
A relação de transformação do transformador pode ser expressa pela Equação 1:
Onde:
· = tensão do primário;
· = tensão do secundário;
· = número de espiras do primário;
· = número de espiras do secundário.
O número de espiras do enrolamento depende da tensão aplicada, da frequência de operação, da indução magnética e da seção magnética do núcleo. Conforme o roteiro da atividade prática, o número de espiras é calculado por:
A correta seleção do núcleo e dos condutores é essencial para garantir que a ocupação da janela do carretel permaneça dentro dos limites aceitáveis de fabricação, normalmente inferiores a 70%.
Os transformadores monofásicos possuem ampla aplicação em fontes de alimentação, equipamentos eletrônicos, sistemas industriais, redes de distribuição e circuitos de isolamento elétrico.
DEsenvolvimento do trabalho
4.1 Dados do Projeto
Conforme estabelecido no roteiro da atividade prática, foram adotados os seguintes parâmetros com base no RU 4755776:
Tabela 1 – Dados iniciais do projeto de um transformador monofásico
	Parâmetro
	Valor
	Potência nominal
	475 VA
	Tensão do primário
	475 V
	Tensão do secundário
	776 V
	Frequência
	60 Hz
	Indução magnética
	12000 G
	Tipo de transformador
	Monofásico isolador
4.2 Escolha do Núcleo Magnético
Para o desenvolvimento do projeto foi escolhido um núcleo do tipo EI 380 com empilhamento de 57 mm.
Assim:
· Largura da perna central = 45 mm = 4,5 cm;
· Empilhamento = 56 mm = 5,6 cm.
A seção magnética do núcleo é dada por:
Substituindo os valores:
Portanto, a seção magnética adotada para o projeto foi de:
A escolha do núcleo EI 380 foi realizada visando obter uma ocupação da janela próxima do limite recomendado pelo roteiro da atividade prática, sem ultrapassar 70%. Com base nos cálculos realizados em Excel, conforme pode ser observado na Tabela 5.
4.3 Cálculo do Número de Espiras
O cálculo do número de espiras do enrolamento primário foi realizado utilizando a equação apresentada no roteiro da atividade prática.
Substituindo os valores:
Adotando valor inteiro:
Utilizando a relação de transformação:
Substituindo os valores:
Adotando valor inteiro:
Tabela 2 – Número de espiras dos enrolamentos
	Enrolamento
	Número de espiras
	Primário
	620 espiras
	Secundário
	1013 espiras
4.4 Cálculo das Correntes Nominais
A corrente nominal de cada enrolamento é calculada pela relação entre potência e tensão.
· Corrente do Primário
· Corrente do Secundário
Tabela 3 – Correntes nominais
	Enrolamento
	Corrente nominal
	Primário
	1,00 A
	Secundário
	0,612 A
4.5 Determinação da Seção dos Condutores
Para o projeto foi adotada densidade de corrente igual a:
Valor adequado para transformadores sem ventilação forçada.
· Condutor do Primário
A seção transversal necessária é dada por:
Consultando a tabela AWG, foi selecionado o fio AWG 21.
Características do AWG 21:
· Área de cobre = 0,004105 cm²;
· Diâmetro com isolamento = 0,080 cm.
· Condutor do Secundário
Consultando a tabela AWG, foi selecionado o fio AWG 24.
Características do AWG 24:
· Área de cobre = 0,002047 cm²;
· Diâmetro com isolamento = 0,057 cm.
Tabela 4 – Condutores selecionados
	Enrolamento
	Fio selecionado
	Área de cobre
	Diâmetro com isolamento
	Primário
	AWG 21
	0,004105 cm²
	0,080 cm
	Secundário
	AWG 24
	0,002047 cm²
	0,057 cm
4.6 Cálculo da Ocupação da Janela
Para o cálculo da ocupação da janela foram utilizadas as dimensões do carretel correspondente ao núcleo EI 380.
Figura 1 – Ilustração das dimensões do carretel
Foram adotadas as seguintes dimensões da janela:
· Altura útil da janela = 5,7 cm;
· Largura útil da janela = 1,9 cm.
· Primário
· Espiras por camada
Número de camadas
Adotando:
Largura da janela (l): 
l = 1,9
· Ocupação do primário
· Secundário
· Espiras por camada
· Número de camadas
Adotando:
Figura 2 – Ilustração das dimensões do carretel
· Ocupação do secundário
4.7 Ocupação Total da Janela
A ocupação total é dada pela soma das ocupações dos enrolamentos.
Como a ocupação total da janela permaneceu abaixo de 70%, conclui-se que o projeto é construtivamente viável. Abaixo segue planilha desenvolvida no Excel, para encontrar o carretel, que atende o dimensionamento previsto, conforme descrição acima.
Tabela 5 – Planilha de dimensionamento do transformador monofásico
	A
	300
	
	
	
	C
	5,7
	
	
	
	776
	 
	TS=V2
	
	
	A
	3,8
	
	
	23,978
	475
	P1
	TP=V1
	
	
	B
	6,310,08
	
	
	
	0,612113
	
	
	47500000000
	
	
	0,057
	
	71,25
	 
	
	
	
	76652870,4
	
	
	
	
	100
	 
	S
	0,00204
	
	 
	
	
	
	
	 
	 
	
	
	
	619,676729
	
	
	
	
	8,697217
	 
	
	
	
	
	
	
	
	L
	1,9
	 
	
	
	
	
	
	
	
	
	10,12356
	 
	
	
	
	
	480869,1
	
	
	
	 
	36,61986
	EI 380
	DR61
	DR96
	
	1012,356
	
	
	
	 
	30,37068
	
	
	
	
	
	
	
	
	 
	66,99054
	 
	
	
	
	
	
	C
	6,4
	
	
	
	776
	
	
	
	
	A
	4,5
	
	
	20,52
	475
	
	
	
	
	B
	4,56
	
	
	
	
	
	
	
	
	 
	0,08
	
	
	
	
	
	
	47500000000
	
	 
	0,057
	
	80
	 
	
	
	
	65598336
	
	
	
	
	112,2807
	 
	
	
	
	 
	
	
	
	
	 
	 
	
	
	
	724,1037334
	
	
	
	
	9,051297
	 
	
	
	
	
	
	
	
	L
	2,2
	 
	
	
	
	
	
	
	
	
	10,53571
	 
	
	
	
	
	561904,5
	
	
	
	 
	32,91381
	EI 440
	DR72
	
	
	1182,957
	
	
	
	 
	27,29707
	
	
	
	
	
	
	
	
	 
	60,21087
	 
	
	
	
	
	
	C
	5,7
	
	
	
	776
	 
	TS=V2
	
	
	A
	3,8
	
	 
	25,118
	475
	P1
	TP=V1
	
	
	B
	6,61
	
	 
	 
	
	
	
	
	
	 
	0,08
	
	 
	 
	
	
	
	47500000000
	
	 
	0,057
	
	71,25
	 
	
	
	
	80297222,4
	
	
	
	
	100
	 
	
	
	
	 
	
	
	
	
	 
	 
	
	
	
	591,5522179
	
	
	
	
	8,302487
	 
	
	
	
	
	
	
	
	L
	1,9
	 
	
	
	
	
	
	
	
	
	9,664095
	 
	
	
	
	
	459044,5
	
	
	
	 
	34,95784
	
	
	
	
	966,4095
	
	
	
	 
	28,99229
	
	
	
	
	
	
	
	
	 
	63,95013
	EI 380
	DR73
	DR88
	
	
	
	
	
	
	
	 
	
	
	
	
	
	C
	4,8
	
	
	
	776
	 
	TS=V2
	
	
	A
	3,2
	
	
	22,272
	475
	P1
	TP=V1
	
	
	B
	6,96
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,08
	
	
	
	
	
	
	47500000000
	
	
	0,057
	
	60
	 
	
	
	
	71199129,6
	
	
	
	
	84,21053
	 
	
	
	
	 
	
	
	
	
	 
	 
	
	
	
	667,1429871
	
	
	
	
	11,11905
	 
	
	
	
	
	
	
	
	L
	1,6
	 
	
	
	
	
	
	
	
	
	12,94257
	 
	
	
	
	
	517703
	
	
	
	 
	55,59525
	EI 320
	DR55
	 
	
	1089,901
	
	
	
	 
	46,10792
	
	
	
	
	
	
	
	
	 
	101,7032
4.8 Características Construtivas do Transformador
O transformador projetado possui núcleo do tipo EI construído com chapas de aço-silício laminadas. Esse tipo de construção reduz perdas por correntes parasitas e melhora a eficiência magnética do equipamento.
Os enrolamentos serão confeccionados em cobre esmaltado, garantindo elevada condutividade elétrica e isolamento entre espiras. Entre os enrolamentos será aplicada isolação adicional com papel isolante apropriado para máquinas elétricas.
A montagem do núcleo deverá ser realizada utilizando lâminas EI montadas alternadamente para minimizar entreferros e reduzir perdas magnéticas.
Segundo Ribas (2020), transformadores de núcleo envolvente são amplamente utilizados em aplicações monofásicas de baixa e média potência devido à simplicidade construtiva e boa dissipação térmica.
4.9 Aplicações do Transformador Projetado
O transformador desenvolvido pode ser aplicado em sistemas de isolamento elétrico, fontes de alimentação industriais, equipamentos laboratoriais e circuitos eletrônicos que necessitem adequação de níveis de tensão.
Transformadores isoladores apresentam elevada importância em aplicações onde é necessário isolamento galvânico entre entrada e saída, proporcionando maior segurança elétrica ao sistema.
CONCLUSÕES
O presente trabalho apresentou o desenvolvimento completo do projeto de um transformador monofásico isolador conforme as especificações definidas pelo roteiro da atividade prática da disciplina de Máquinas Elétricas.
A partir dos dados fornecidos pelo RU 4755776 foram realizados os cálculos da seção magnética do núcleo, número de espiras, correntes nominais, seleção dos condutores e verificação da ocupação da janela do carretel.
O núcleo escolhido foi do tipo EI 380 com empilhamento.
Os condutores selecionados foram AWG 21 para o primário e AWG 24 para o secundário, atendendo aos critérios de densidade de corrente adotados no projeto.
A ocupação total da janela foi de aproximadamente 66,99%, valor inferior ao limite máximo recomendado de 70%, demonstrando que o projeto apresenta viabilidade construtiva adequada.
A realização desta atividade permitiu aplicar conhecimentos relacionados ao funcionamento de transformadores, dimensionamento eletromagnético e análise construtiva de máquinas elétricas, contribuindo para o desenvolvimento acadêmico e profissional na área de engenharia elétrica.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CHAPMAN, Stephen J. Fundamentos de máquinas elétricas. 5. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013.
FITZGERALD, A. E.; KINGSLEY JR., Charles; UMANS, Stephen D. Máquinas elétricas. 7. ed. Porto Alegre: AMGH, 2014.
RIBAS, Samuel Polato. Máquinas Elétricas – Aula 1. Curitiba: UNINTER, 2020.
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