CONVERSÃO ELETROMECÂNICA DE ENERGIA - 1ºtrilha

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FUNDAMENTOS DE CONVERSÃO ELETROMECÂNICA DE ENERGIA
O estudo da conversão eletromecânica de energia se baseia nos princípios das relações de energia, bem como nos fundamentos de campos magnéticos. O processo de conversão de energia elétrica em energia mecânica, e vice-versa, de grande parte dos dispositivos eletromecânicos utiliza como meio de conversão o campo magnético, processo durante o qual se armazena certa quantidade de energia. Assim, existem forças e conjugados resultantes do processo de conversão; portanto, técnicas que possibilitam o cálculo dessas grandezas envolvidas devem ser compreendidas a fim de se obter o modelo matemático conveniente para as diversas análises envolvidas nesse estudo.
Nesta Unidade de Aprendizagem, você compreenderá quais são os princípios e os fundamentos do processo de conversão de energia, identificará as técnicas e as ferramentas matemáticas para o estudo e a otimização dos projetos de dispositivos eletromecânicos de energia e analisará seus modelos principais.
Bons estudos.
Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
· Descrever o processo de conversão de energia.
· Identificar técnicas de projeto e otimização de dispositivos para necessidades específicas.
· Analisar modelos de dispositivos de conversão eletromecânica
​​​​​​​de energia.
· INFOGRÁFICO
A partir do cálculo da energia magnética armazenada em sistemas de conversão eletromecânica de energia, pode-se obter a força nos sistemas com terminais mecânicos de deslocamento linear ou o conjugado nos terminais mecânicos rotativos.
Neste Infográfico, você verá quais são as principais diferenças relacionadas às variáveis utilizadas para a determinação da força e do conjugado, bem como a construção desses sistemas.
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· CONTEÚDO DO LIVRO
O processo de conversão de energia dos dispositivos eletromecânicos se baseia em princípios fundamentais das relações de energia, bem como em modelos matemáticos utilizados para facilitar os cálculos e a obtenção das grandezas importantes para esse processo, os quais variam de acordo com o modelo dos dispositivos analisados.
No capítulo Fundamentos de conversão eletromecânica de energia, da obra Acionamentos elétricos, você compreenderá quais são esses princípios que regem o processo de conversão de energia, quais são as principais técnicas utilizadas para a determinação das forças relacionadas à energia dos dispositivos eletromecânicos de conversão e quais são seus diferentes modelos.
Boa leitura.
· DICA DO PROFESSOR
Os sistemas eletromecânicos de conversão de energia são sistemas de campo magnético, ou seja, utilizam o campo magnético como meio para a realização da conversão de energia elétrica em mecânica, e vice-versa.
Nesta Dica do Professor, você conhecerá os princípios básicos para a determinação das forças e dos conjugados em sistemas de campo magnético simples, fundamentais para o estudo aprofundado posterior dos dispositivos de conversão de energia.
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EXERCÍCIOS
	1) As relações de força e conjugado (torque) de um sistema eletromecânico fazem parte do processo de conversão de energia, o qual pode ser analisado principalmente a partir de determinada lei. A partir disso, assinale a alternativa correta:
0. 
	a) O processo de conversão de energia pode ser analisado a partir do princípio da conservação de energia, o qual consiste na Primeira Lei da Termodinâmica, estabelecendo que a quantidade total de energia em um sistema isolado não permanecerá constante, pois existem perdas durante a conversão de energia.
	b)O processo de conversão de energia pode ser analisado a partir do princípio da conservação de energia, o qual consiste na Primeira Lei da Termodinâmica, estabelecendo que a quantidade total de energia em um sistema isolado permanece constante.
As relações de força e conjugado (torque) fazem parte do processo de conversão de energia e podem ser analisadas a partir do princípio da conservação de energia, o qual consiste na Primeira Lei da Termodinâmica, estabelecendo que a quantidade total de energia em um sistema isolado permanece constante, ou seja, a energia não é criada, nem destruída, ela apenas muda de forma, de modo que o fluxo líquido de energia que entra em um sistema através de seus limites é igual à soma das taxas de variação, no tempo, da energia armazenada no sistema.
	c)O processo de conversão de energia pode ser analisado a partir da Lei de Faraday, a qual estabelece que a quantidade total de energia em um sistema isolado não permanecerá constante, pois existem perdas durante a conversão de energia.
	d)O processo de conversão de energia pode ser analisado a partir da Lei de Faraday, a qual estabelece que a quantidade total de energia em um sistema isolado permanecerá constante.
	e)O processo de conversão de energia pode ser analisado a partir da Lei de Lenz, a qual estabelece que a quantidade total de energia em um sistema isolado permanecerá constante.
1. 
	2) No estudo do processo de conversão de energia, as perdas podem ser separadas matematicamente, de forma que o dispositivo pode ser representado por um sistema de armazenamento de energia, sem perdas, e com terminais elétricos e mecânicos. Assim, assinale a alternativa correta:
2. 
	a)A capacidade de identificar um sistema de armazenamento de energia magnética sem perdas é possível apenas para o cálculo da coenergia, o qual faz parte do processo de modelagem e é realizado apenas de forma matemática.
	b)Um sistema de armazenamento de energia magnética sem perdas não utiliza o campo magnético para realizar a conversão de energia; por isso, a energia elétrica é convertida 100% em energia mecânica, e vice-versa.
	c)Um sistema de armazenamento de energia magnética sem perdas utiliza o campo magnético para realizar a conversão de energia, de modo que a energia elétrica é convertida 100% em energia mecânica, e vice-versa.
	d)A capacidade de identificar um sistema de armazenamento de energia magnética sem perdas é a essência do método da energia, o qual faz parte do processo de modelagem e é realizado apenas de forma matemática.
Analisar o sistema sem perdas faz parte do processo de modelagem, o que é feito apenas de forma matemática, de modo que a capacidade de identificar um sistema de armazenamento de energia magnética sem perdas é a essência do método da energia. Assim, para um sistema de armazenamento de energia magnética sem perdas, o equacionamento da transferência de energia pode ser descrito como segue:
	e) Um sistema de armazenamento de energia magnética sem perdas utiliza o campo magnético para realizar a conversão de energia, em que parte da energia é convertida em calor e luminosidade, e parte é convertida em energia mecânica.
3. 
	3) Um sistema magnético considerado linear é aquele que despreza a não linearidade magnética e as perdas do núcleo, devido à simplicidade das relações resultantes. A respeito da linearidade dos sistemas de conversão de energia, considerando as relações de energia e coenergia, assinale a alternativa correta:
4. 
	A )Em um sistema de conversão eletromecânica de energia linear, o fluxo e a força magnetomotriz são diretamente proporcionais ao longo do circuito magnético, porém o fluxo concatenado λ e a corrente i são inversamente proporcionais.
	b)Em um sistema de conversão eletromecânica de energia linear, o fluxo e a força magnetomotriz são inversamente proporcionais ao longo do circuito magnético, de forma que o fluxo concatenado λ e a corrente i são diretamente proporcionais e considerados relacionados linearmente.
	c)Para um sistema de conversão eletromecânica não linear, tem-se por definição que a soma da energia e da coenergia é igual ao produto do fluxo concatenado λ e da corrente i.
Em um sistema de conversão eletromecânica de energia, o fluxo e a força magnetomotriz são diretamente proporcionais ao longo do circuito magnético, de forma que o fluxo concatenado λ e a corrente i são considerados relacionados linearmente.Para um sistema não linear, tem-se por definição que a soma da energia e da coenergia é dada por:
{W} rsub {campo} + {{W} ^ {'}} rsub {campo} = λi
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Em contrapartida, se a energia Wcampo for igual
à coenergia W'campo, isso significa que o sistema
​​​​​​​é linear.
	d)Para um sistema de conversão eletromecânica linear, tem-se por definição que a soma da energia e da coenergia é igual à subtração do fluxo concatenado λ e da corrente i.
	e)Para um sistema de conversão eletromecânica não linear, a energia será igual à coenergia, de forma que a corrente i seja diretamente proporcional e considerada relacionada linearmente.
5. 
	4) A energia magnética armazenada em sistemas de conversão eletromecânica de energia pode ser obtida como uma função de corrente; essa técnica é conhecida como coenergia (W'campo). Assim, para uma corrente de 5A, um entreferro g = 4cm e fluxo concatenado sendo:
​​​​​​​Calcule a coenergia do sistema.
6. 
	a)140,90J.
	b)120,90J.
	c)10J.
	d)20,90J.
	e)14,90J.
7. 
	5) A grande maioria dos dispositivos que realizam a conversão eletromecânica de energia é um sistema de campo magnético, o qual pode ser de excitação única ou multiexcitado. A respeito desses dispositivos, assinale a alternativa correta:
8. 
	a)Existem inúmeros dispositivos eletromecânicos com terminais elétricos múltiplos, formando sistemas multiexcitados, como, por exemplo, em sistemas de medições, nos quais é desejado obter conjugados proporcionais a dois sinais elétricos.
Existem inúmeros dispositivos eletromecânicos com terminais elétricos múltiplos, como, por exemplo, em sistemas de medições, nos quais é desejado obter conjugados proporcionais a dois sinais elétricos. Da mesma forma, grande parte desses dispositivos consiste em sistemas de campo magnético multiexcitado. Além disso, um sistema multiexcitado e um sistema de excitação única diferem no número de terminais elétricos e no número de variáveis, de forma que o cálculo realizado para um sistema de excitação única utilizará apenas duas variáveis — fluxo concatenado e posição/deslocamento angular — , e aquele realizado para um sistema multiexcitado utilizará o número de variáveis de fluxo concatenado referente ao número de terminais elétricos do sistema. Ou seja, um sistema multiexcitado com dois terminais elétricos e um terminal mecânico terá três variáveis utilizadas no cálculo: fluxos concatenados λ1 e λ2 e posição x ou deslocamento angular θ.
	b)Existem inúmeros dispositivos eletromecânicos com terminais mecânicos múltiplos, formando sistemas multiexcitados, pois apresentam múltiplas saídas após a conversão de energia.
	c)Existem inúmeros dispositivos eletromecânicos com apenas um terminal elétrico, formando sistemas de excitação única, como, por exemplo, em sistemas de medições, nos quais é desejado obter conjugados proporcionais a dois sinais elétricos.
	d)Um sistema multiexcitado e um sistema de excitação única, apesar de diferirem no número de terminais elétricos, apresentam o mesmo número de variáveis; portanto, o cálculo realizado para ambos os sistemas é o mesmo.
	e)Um sistema multiexcitado e um sistema de excitação única diferem no número de terminais elétricos e no número de variáveis; contudo, o cálculo realizado para ambos os sistemas é o mesmo, pois só utiliza duas variáveis: fluxo concatenado e corrente.
NA PRÁTICA
Os dispositivos eletromecânicos de conversão de energia apresentam inúmeras aplicações e podem ser divididos em diferentes categorias, desde máquinas elétricas até dispositivos mais simples. Entre eles se enquadram relés, solenoides e eletroímãs, ou seja, dispositivos produtores de força.
Neste Na Prática, você aprenderá a construir um eletroímã simples, com o objetivo de analisar os conceitos de campo magnético, fundamentais para a compreensão do funcionamento desses dispositivos e outros mais complexos, como motores e geradores.