MOTORES E GERADORES ELETRICOS

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Motores e Geradores Elétricos
 
Introdução:
Os motores elétricos são máquinas destinadas a converter energia elétrica em energia mecânica. É o mais utilizado de todos os motores, pois combina a facilidade de transporte, economia, baixo custo, limpeza e simplicidade de comando. São máquinas de fácil construção e fácil adaptação com qualquer tipo de carga. O funcionamento dos motores elétricos está baseado nos princípios do eletromagnetismo, mediante os quais, condutores situados num campo magnético e atravessados por corrente elétrica, sofrem a ação de uma força mecânica, força essa chamada de torque.
A rotação inerente aos motores elétricos é à base do funcionamento de muitos eletrodomésticos. Por vezes, esse movimento de rotação é óbvio, como nos ventiladores ou batedeiras de bolos, mas frequentemente permanece um tanto disfarçado, como nos agitadores das máquinas de lavar roupas ou nos 'vidros elétricos' das janelas de certos automóveis. Motores elétricos são encontrados nas mais variadas formas e tamanhos, cada qual apropriado á sua tarefa. 
Os geradores elétricos são aparelhos que convertem energia, o nome gerador elétrico sugere um conceito muito errado pois a energia não é gerada e sim transformada, pois o Princípio da Conservação de energia seria violado.
Mega eventos, hospitais e fazendas são exemplos de locais nos quais o uso do gerador elétrico, mediante “queda” ou inexistência de energia elétrica, se faz necessário. O gerador elétrico é o aparelho que realiza a transformação de qualquer forma de energia em energia elétrica. 
Um detalhe importante, vale lembrar que todo motor elétrico pode vir transformar sua energia mecânica em energia elétrica, ou seja, de certa forma também funcionam como geradores.
Surgimento do motor elétrico
Tudo começa com o grego Tales de Mileto que, em 41 a.C. ao esfregar um pedaço de resina fóssil em um pano, a resina parecia atrair pequenos corpos, como fios de cabelo. A partir desse marco muitos inventos surgiram. Foi em 1663, o alemão Otto Von Guericke construiu a primeira máquina eletrostática, que transformava energia mecânica em energia elétrica. 
Somente após o final do século XVIII, com o dinamarquês Hans Christian Oersted e o francês André Marie Ampère que foi dado realmente o primeiro e grande passo ao surgimento do motor elétrico. Oersted observou a agulha magnética de uma bússola desviar da posição original perto de um condutor de energia elétrica e voltar à posição inicial ao ser afastado dele, assim foi provado a influencia da eletricidade no magnetismo. Ampère, em 1821, um ano depois da conclusão de Oersted, complementou o experimento, criando a “lei da mão direita” que tomou como base a orientação de uma agulha imantada no sentido da corrente.
Os cientistas ingleses William Sturgeon e Michael Faraday foram os responsáveis pelos últimos passos rumo à construção do motor elétrico onde Sturgeon inventou, em 1825, o eletroímã, fundamental na construção de máquinas elétricas gigantes e Faraday descobriu enfim a indução eletromagnética, provando que Tales de Mileto há quase dois mil anos atrás estava certo.
Entre 1831 quando Faraday comprovou o eletromagnetismo e 1886 quando o cientista alemão Werner Von criou o primeiro motor elétrico, esse intervalo de 35 anos para que o primeiro motor elétrico da história surgisse não atrapalhou que durante esse período, outras máquinas com o mesmo princípio fossem inventadas, pra começar Faraday criou um gerador, Pixii construiu um gerador composto de um imã em ferradura que girava na frente de duas bobinas presas com um núcleo de ferro. Werner Von Siemens, em 1866, já tenha criado um gerador de tensão elétrico baseado no princípio de indução eletromagnética, construiu um dínamo, ou seja, uma máquina eletrodinâmica que converte força mecânica em corrente elétrica e provou que a tensão necessária para o magnetismo podia ser extraída do próprio enrolamento do rotor, assim, a máquina podia gerar sua própria energia e não ficar dependente dos imãs então a invenção barateou o gerador, que também funcionava como motor quando alimentado por energia elétrica. Com preço menor, estavam criadas as condições para uma maior propagação do invento.
Em 1891, o construtor russo já tinha conseguido produzir o novo equipamento em série. Simultaneamente, começaram a aparecer as primeiras indústrias de motores que logo se tornaram muitas. Os equipamentos se padronizaram e aos poucos diminuíram de tamanho e peso os motores de hoje, cujo peso representa somente 8% das máquinas com as mesmas potências fabricadas no início do século XIX.
O que é motor elétrico
Um motor elétrico é um dispositivo que funciona com corrente alternada ou contínua e que converte a energia elétrica em movimento ou em energia mecânica. Desde sua invenção, os motores elétricos são ferramentas muito úteis para realizar diversos tipos de tarefas e se encontram em diversos objetos como ventiladores, eletrodomésticos, automóveis e etc.
Em máquinas elétricas, motor elétrico ou atuador elétrico é qualquer dispositivo que transforma energia elétrica em mecânica. É o mais usado de todos os tipos de motores, pois combinam as vantagens da energia elétrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando. Com sua construção simples, custo reduzido, grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos. 
Alguns motores operam com corrente contínua (CC / DC) e podem ser alimentados quer por pilhas/baterias quer por fontes de alimentação adequadas, outros requerem corrente alternada (CA / AC) e podem ser alimentados diretamente pela rede elétrica domiciliar. Há até mesmo motores que trabalham, indiferentemente, com esses dois tipos de correntes.
Compostos de um motor elétrico
Estator: é a parte de um motor ou gerador elétrico que se mantém fixo à carcaça e tem por função conduzir o fluxo magnético, nos motores para rotacionar e nos geradores para transformar a energia cinética do induzido. Nas máquinas assíncronas e nas máquinas síncronas pequenas é nele que, assim como nas bobinas, é formado o campo magnético capaz de induzir no rotor uma corrente. É formado basicamente por ferro tratado termicamente e dotado de ranhuras (também chamados de canais) no seu interior onde são alojadas as bobinas, e na sua face externa observa-se que possui aletas para melhor dissipação do calor.
Rotor: O rotor é formado por um eixo que suporta um conjunto de bobinas enroladas sobre um núcleo magnético que pode girar dentro de um campo magnético criado tanto por um imã ou pela passagem por outro conjunto de bobinas, enroladas sobre umas peças polares, que permanecem estáticas e que constituem o que se denomina estator de uma corrente contínua ou alternada, dependendo do tipo de máquina do qual se trate.
Ventilação: Usada para resfriar a maquina elétrica
Invólucro: Proteção externa que envolve o estator e rotor.
Caixa de ligação: Local onde será ligado a corrente elétrica. 
Principio de funcionamento
A maioria de motores elétricos trabalha pela interação entre campos eletromagnéticos, mas existem motores baseados em outros fenômenos eletromecânicos, tais como forças eletrostáticas. O princípio fundamental em que os motores eletromagnéticos são baseados é que há uma força mecânica em todo o fio quando está conduzindo corrente elétrica imersa em um campo magnético. A força é descrita pela lei da força de Lorentz e é perpendicular ao fio e ao campo magnético. Em um motor giratório, há um elemento girando, o rotor. O rotor gira porque os fios e o campo magnético são arranjados de modo que um torque seja desenvolvido sobre a linha central do rotor.
O rotor do motor precisa de um torque para iniciar o seu giro. Este torque (momento) normalmente é produzido por forças magnéticas desenvolvidas entre os pólos magnéticos do rotor e aqueles do estator. Forças de atração ou de repulsão, desenvolvidas entre estator e rotor, 'puxam' ou 'empurram' os pólos móveis do rotor, produzindo torques, que fazem orotor girar mais e mais rapidamente, até que os atritos ou cargas ligadas ao eixo reduzam o torque resultante ao valor 'zero'. Após esse ponto, o rotor passa a girar com velocidade angular constante. Tanto o rotor como o estator do motor deve ser 'magnéticos', pois são essas forças entre pólos que produzem o torque necessário para fazer o rotor girar. 
A maioria de motores magnéticos são giratórios, mas existem também os tipos lineares. Em um motor giratório, a parte giratória (geralmente no interior) é chamada de rotor, e a parte estacionária é chamada de estator. O motor é constituído de eletroímãs que são posicionados em ranhuras do material ferromagnético que constitui o corpo do rotor e enroladas e adequadamente dispostas em volta do material ferromagnético que constitui o estator...
Tipos de motores
Existem hoje no mercado dois tipos de motores elétricos mais comuns, são eles os motores de corrente continua (DC) e motores de corrente alternada (AC). O que difere os dois é o método de como é feito o motor, seus imãs, estator e principalmente o tipo de energia que os alimenta.
Motor Corrente continua: Um motor corrente continua (CC) nada mais é do que um motor alimentado por corrente contínua, sendo esta alimentação proveniente de uma bateria ou qualquer outra de alimentação CC. A sua comutação (troca de energia entre rotor e estator) pode ser através de escovas (escovado) ou sem escovas (brushless) e com relação a velocidade, o motor CC pode ser controlado apenas variando a sua tensão, o motor cc precisa apenas de uma mudança no nível de tensão para que possamos variar sua velocidade- Assim, ele torna-se mais adequado para equipamentos alimentados por níveis de tensão de 24 Vcc ou 12 Vcc como no caso dos automóveis, ou aplicações industriais que exigem um controle fino de velocidade.
Um motor CC é composto por um eixo acoplado ao rotor que é a parte girante do motor. O estator é composto por um ímã e o comutador tem a função de transferir a energia da fonte de alimentação ao rotor. 
Motor Corrente alternada: Os motores elétricos CA necessitam de uma mudança na frequência caso houver a necessidade de variar sua velocidade, envolvendo assim um controle de velocidade mais complexo e dispendioso. Dentro desse tipo de motor ainda existem outros dois modelos de motor de corrente alternada sendo eles os: 
Motores síncronos - funciona com velocidade constante; utiliza-se de um induzido que possui um campo constante pré-definido e, com isso, aumenta a resposta ao processo de arraste criado pelo campo girante. É geralmente utilizado quando se necessita de velocidades estáveis sob a ação de cargas variáveis. Também pode ser utilizado quando se requer grande potência, com torque constante.
Motores de indução - funciona normalmente com velocidade estável, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo. Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo, é o motor mais utilizado de todos, sendo adequado para quase todos os tipos de máquinas acionadas encontradas na prática. Atualmente é possível controlarmos a velocidade dos motores de indução com o auxílio de inversores de frequência.
Utilização dos motores elétricos:
As máquinas que atualmente conhecemos não produzem energia, elas convertem outros tipos de energia em energia mecânica para que possam funcionar. Um exemplo disso é o nosso querido e velho liquidificador. Ele converte a energia elétrica em energia mecânica para que possa processar os alimentos. Hoje, em face da grande necessidade de se poupar a camada de ozônio da emissão de gases poluentes, os motores elétricos estão sendo largamente utilizados em veículos automotores com o intuito de economizar energia e poupar o meio ambiente. Esses tipos de motores seja ele de corrente elétrica alternada ou continua está presente no nosso dia-a-dia, desde a bomba que retira a agua do reservatório e leva até a caixa d’agua até no barulhinho discreto de um vidro de automóvel descendo ou subindo. São infinitas aplicações, usos, modelo, correntes, potencia e torques, cada um destinado para sua função.
Alguns exemplos: 
Motor de Automóvel elétrico
Motor de vidro elétrico:
 
Bomba d’agua
Gerador eletrico
Surgimento do gerador elétrico
Michael Faraday no foi o criador, ele realizou seu experimento mais conhecido, conseguindo induzir corrente elétrica pela variação de um campo magnético. Foi a demonstração do primeiro gerador (também conhecido como dínamo), que transforma a energia mecânica em energia elétrica. 
 No final daquele ano 1831 Faraday, inventou um sistema capaz de produzir energia elétrica a partir de energia mecânica, criando, assim, um dispositivo gerador de energia. O gerador de Faraday consistia num disco de cobre que girava no campo magnético formado pelos polos de um ímã de ferradura e produzia uma corrente elétrica contínua.
 Durante dez anos Faraday investigou, ainda que não continuamente, as consequências da indução em diferentes aplicações. Depois passou um período de quatro anos sem se dedicar à Física (tendo contraído uma doença que o acompanhou até a morte), retomando pesquisas neste área de forma intensa em 1845. Nesse segundo grande período de pesquisas, Faraday fez duas grandes contribuições à ciência, investigou com sucesso o fenômeno do diamagnetismo e o efeito do magnetismo sobre a luz polarizada.
O que é gerador elétrico
Gerador elétrico é um equipamento que transforma em energia elétrica outras formas de energia. Uma bateria de automóvel, por exemplo, transforma a energia química em energia elétrica. Uma usina hidrelétrica utiliza a energia mecânica transformando-a em energia elétrica. Portanto, um gerador elétrico é o aparelho que realiza a transformação de uma forma qualquer de energia em energia elétrica. 
A corrente sempre existe enquanto há diferença de potencial entre dois corpos ligados, por um condutor, por exemplo, mas esta tem pequena duração quando estes corpos são eletrizados pelos métodos vistos em eletrostática, pois entram rapidamente em equilíbrio. A forma encontrada para que haja uma diferença de potencial mais duradoura é a criação de geradores elétricos, que são construídos de modo que haja tensão por um intervalo maior de tempo.
Composto do gerador elétrico:
Principio de funcionamento
Um gerador possui dois terminais denominado polos: Polo negativo corresponde ao terminal de menor potencial elétrico e Polo positivo corresponde ao terminal de maior potencial elétrico.
Quando colocado em um circuito, um gerador elétrico fornece energia potencial elétrica para as cargas, que entram em movimento, saindo do polo negativo para o polo positivo.
A potência elétrica total gerada (Pg) por um gerador é diretamente proporcional à intensidade de corrente elétrica. O gerador de energia alternada é um equipamento que converte energia mecânica em energia elétrica. Seu funcionamento é baseado na indução de força eletromotriz, o modelo mais simples é composto por uma espira (tipo de circuito elétrico que produz um campo magnético e eletricidade). Uma turbina é responsável por fazer a espira girar, gerando uma corrente elétrica. Os extremos da espira são conectados a dois anéis que giram junto com o mecanismo e se conectam ao circuito externo, responsável por transmitir a energia gerada. Em relação ao gerador de corrente contínua, o gerador de corrente alternada difere principalmente na capacidade de transmitir a energia. Em geral, a corrente alternada consegue atingir uma voltagem muito maior que a contínua, conseguindo chegar mais longe sem perder a força. Apesar de ser mais vantajosa no que diz respeito à economia, a corrente alternada é considerada mais perigosa justamente por trabalhar com tensões elevadas. Por conta disso, a voltagem é transformada em tensões mais baixas para o consumo popular, geralmente chegando às casas em 110 ou 220 volts.
Tipos de geradores elétricos
Para entender melhor sobre os tipos de geradores de energia que existem no mercado, é importante saberque um único tipo de gerador pode ter inúmeros modelos, que utilizam fontes diferentes de matéria para produzir a energia.
Abaixo os cinco principais tipos de geradores de energia utilizados no mercado:
Gerador mecânico: O gerador mecânico é o tipo mais comum, eficiente e variado entre todos os tipos de geradores de energia do mercado. Eles utilizam energia mecânica para ativar o gerador, e produzir energia elétrica.
A fonte desta energia mecânica pode ser extremamente variada. Pode funcionar através de combustão, com combustíveis fósseis ou orgânicos, de forças externas, como é o caso do vento ou da água, ou de fluidos aquecidos, cujo vapor gera o movimento mecânico necessário para a atividade.
No que se refere ao quão poluente ou renovável é a energia utilizada em geradores mecânicos, a questão depende quase que exclusivamente da fonte da energia mecânica. A geração mecânica pode ocorrer a partir do vento, que não gera absolutamente nenhuma emissão, ou através da queima de combustíveis fósseis, que é altamente poluente.
Gerador luminoso: Um gerador luminoso é aquele que utiliza um semicondutor – ou material semelhante – para captar a irradiação solar e converter em energia elétrica utilizável em equipamentos comuns. Geralmente, o material em questão é o silício, que possui um alto valor de mercado, encarecendo a fabricação deste tipo de gerador. A vantagem dos geradores luminosos é não possuir custos para a matéria prima, que é a irradiação solar, e a facilidade de implantação das placas solares, que podem ser colocadas até mesmo em residências pequenas para produzir energia durante os períodos de irradiação.
Gerador químico:O gerador químico é aquele capaz de converter a energia gerada em reações químicas em energia elétrica utilizável em aparelhos. Ele armazena os elementos necessários para a reação, que geralmente são ativados por algum contato externo, como a ligação que completa o ciclo entre os lados positivo e negativo. Pilhas e baterias são os tipos mais comuns de geradores químicos. Geralmente, não são utilizados como fontes de energia para consumos de alta potência ou tensão, pois a tecnologia de armazenamento energético em grande escala ainda é muito cara e pouco explorada. No entanto, é uma técnica bastante difundida para inúmeras utilizações em escala menor.
Gerador térmico: Geradores térmicos são os tipos de geradores de energia capazes de converter energia diretamente através do calor, ao invés de converter as consequências do calor em outro tipo de energia. No caso de muitos geradores mecânicos, a queima de combustível gera calor que transforma um fluido em vapor, que irá movimentar as turbinas e ativar o gerador. No caso de um gerador térmico, a ação não passa pelo processo indireto, usando o próprio calor como forma de geração. 
Gerador Eólico: Geradores eólicos são os tipos de gerador de energia capazes de converter o vento em energia. O aerogerador utiliza a energia cinética do vento para movimentar o veio do rotor , convertendo-a, assim, em energia mecânica que, posteriormente, é convertida em energia eléctrica por um gerador eletromagnético acoplado à turbina eólica
 Utilização dos geradores elétricos
São diversas as aplicações dos geradores em nosso mundo moderno, uma delas é sua utilização em nossas usinas hidrelétricas que são nossa principal fonte de energia elétrica de hoje em dia.
Sua principal função é pegar uma energia abundante, seja ela, vento, calor, luminosidade, trabalho e transformara em energia elétrica. Toda a energia que consumimos hoje em casas, prédios, indústrias, shopping vem desses geradores, seja de uma hidrelétrica, seja de uma usina nuclear, eólica ou luminosa (solar).
A bateria do carro, responsável pela faísca que o faz funcionar, todos são geradores de energia, com suas composições e limitações diferentes.
Exemplos: 
Gerador eólico
Gerador luminoso