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Conversão de Energia – Lista de ACQF com resolução AVA Questão 1 Os materiais magnéticos podem ser classificados em ferromagnéticos, diamagnéticos e paramagnéticos em função de sua permeabilidade em relação permeabilidade no vácuo. Em relação a esse assunto, avalie as alternativas abaixo e marque a alternativa correta. --Materiais ferromagnéticos possuem permeabilidade centenas ou milhares de vezes menor que µ0. --Materiais diamagnéticos possuem permeabilidade ligeiramente maior que µ0. --Materiais ferromagnéticos possuem permeabilidade excessivamente menor que µ0. --Materiais paramagnéticos possuem permeabilidade ligeiramente menor que µ0. --Materiais ferromagnéticos possuem permeabilidade centenas ou milhares de vezes maior que µ0. Questão 2 O conhecimento a respeito de circuitos magnéticos tem importância sem igual para engenharia elétrica, porque grande parte da conversão de energia ocorre por meio de dispositivos, que empregam o magnetismo para transformar energia elétrica em mecânica ou mecânica em elétrica, como os motores e os geradores elétricos. Neste sentido, considere as afirmativas abaixo a respeito de circuitos magnéticos. Assinale com V (verdadeira) a asserção correta e F (falsa) a proposição falsa. Depois marque a resposta correta entre as alternativas fornecidas. ( ) Nos circuitos magnéticos a propriedade que se opõe ao fluxo magnético é chamada de permeância. ( ) Indutor é composto basicamente por uma bobina enrolada sobre um núcleo que na maioria das vezes é constituído de material ferromagnético. ( ) A causa da não linearidade dos indutores é a ausência do núcleo de material ferromagnético. ( ) O núcleo de ferro presente em indutores tem a função de aumentar o fluxo concatenado por unidade de corrente. ( ) Os núcleos dos indutores são laminados para diminuir as perdas por correntes de Foucault. ( ) Materiais diamagnéticos são materiais que possuem permeabilidade relativa centenas ou milhares de vezes a permeabilidade do vácuo. --FVVVFF --FVVFVF --VVFFVF --VVFVVF --FVFVVF Questão 3 Seja um indutor cujo núcleo de ferro é constituído por três distintos materiais ferromagnéticos como sugere o desenho mostrado na figura acima. O material de número 1 está na base do indutor. A menos do gap de ar, o restante do núcleo é composto de um material magnético. A tabela 1 elenca os valores das grandezas associadas aos materiais e ao próprio núcleo de ferro. Grandezas associadas ao indutor de núcleo de ferro Permeabilidade do vácuo µo 4ᴫ.10-7 Wb/Ae.m Permeabilidade relativa do material 1 µR1 6000 Permeabilidade relativa do material 2 µR2 5400 Número de espiras N 2350 espiras Densidade de fluxo no núcleo e no gap B 1.2 Wb/m2 Dimensão Profundidade 8 cm Seja R1 a relutância relativa trecho do material 1, R2 a relutância relativa trecho do material 2 e Rg a relutância do trecho do gap de ar. Sobre essas relutâncias avalie as afirmativas que se seguem, classificando-as em verdadeiras ou falsas e marque a correta entre as alternativas disponíveis. 1. A relutância do gap de ar é 298415.52 Ae/wb, pois a permeabilidade no vácuo é µ0= 4p10-7 Wb/Ae.m. 2. A relutância R1 é igual a R2 porque a seção transversal do núcleo é a mesma para todos os materiais que compõem o núcleo. 3. A relutância R1 é menor que R2, pois o comprimento médio do circuito associado ao material 1 é menor que aquele associado ao material 2 e a permeabilidade relativa do material 1 é maior que do material 2. É correto o que se afirma em: Somente I Somente III Somente II Somente II e III Somente I e III Questão 4 Um circuito magnético com entreferro (gap de ar) é ilustrado na figura 1, a seguir. Para esse circuito magnético apresenta-se os seguintes dados e informes: lc = 40 cm, lg = 2 mm, Ac = 25 cm2, µ=4000µo, N=300 espiras, i = 3A. Figura 1 - Circuito magnético com entreferro. Fonte: Umans, 2013. De posse dessas informações, e desprezando o espraiamento no entreferro e os efeitos dos campos de fluxo disperso, avalie as seguintes afirmativas, classifique-as em verdadeiras ou falsas e depois marque a resposta correta entre as alternativas propostas. 1. A relutância desse circuito magnético é maior que 660000 Ae/Wb. 2. A densidade de fluxo no núcleo de ferro desse indutor é menor que 0,6 T. 3. A indutância do dispositivo é maior que 100 mH. 4. O fluxo concatenado do dispositivo é igual 500 mWb.espira. é correto o que se afirma em apenas 2, 3 e 4 1 e 2 1, 2 e 4 1, 2 e 3 1, 3 e 4 Questão 5 figura 1 - associação de indutores magneticamente acoplados Para estrutura mostrada na figura 1 L1=0,9L2=0,8L3, o fator de acoplamento k12=k23=k13=0,88 e a indutância equivalente da associação é igual a 10H. Determine os valores de L1, L2, L3 e assinale a resposta correta entre as alternativas disponíveis. 2,22 H; 3,45 H; 1,23 H 10,2 H; 14,4 H; 9,21 H 3,22 H; 4,45 H; 2,23 H 1,11 H; 1,25 H ; 0,8 H 6,2 H; 6,89 H; 7,75 H Questão 6 Considere três indutores magneticamente acoplados conectados em série conforme esquema mostrado na figura. Suas indutâncias próprias são iguais a 4, 5 e 6H, respectivamente. Os valores das indutâncias mútuas são: M12 = 4H, M23 = 3H e M13 = 5H. Avalie a afirmativa abaixo, classificando-a como verdadeira ou falsa e marque a alternativa correta entre aquelas disponíveis. A indutância equivalente da associação é 3 H. O fator de acoplamento entre os indutores L1 e L2 é maior que 0,9. A indutância mútua entre os indutores L1 e L3 é negativa É correto o que se afirma em: somente 2 somente 1 e 3 somente 1 somente 1 e 2 somente 3 Questão 7 Uma tensão senoidal de valor eficaz 4160 V é aplicada ao primário de um transformador abaixador que fornece uma tensão de 220 V, a uma carga colocada em seu secundário. Pelo primário, o transformador absorve 46 A da fonte de tensão alternada que o alimenta. Para esse transformador determine a corrente que ele fornece a carga e marque a resposta correta entre as alternativas que se seguem: 869,82 A 2,432 A 446,44 A 769,82 A 669,69 A Questão 8 Seja um transformador monofásico de núcleo de ferro elevador com relação de transformação 1:3. Em seu secundário está conectada uma carga de resistiva que consome 1922,9 kW e que vista pela fonte no primário é de 1 Ω. Determine: a corrente no primário e secundário e a tensão no primário e no secundário do transformador. Depois, marque a resposta correta entre as alternativas propostas. I1 = 1386,67 A; I2 = 1386,67 A; V1 = 462,23 V; V2 = 4180 V I1 = 1386,67 A; I2 = 462,23 A; V1 = 1386,67 V; V2 = 4160 V I1 = 2386,67 A; I2 =2386,67 A; V1 = 162,23 V; V2 = 2180 V I1 = 3386,67 A; I2 =4386,67 A; V1 = 462,23 V; V2 = 5180 V I1 = 7386,67 A; I2 =8386,67 A; V1 = 962,23 V; V2 = 6180 V Dados: a=1/3 P=1922,9KW R´2= 1Ω Questão 9 Considere um transformador de núcleo de ferro que contém os seguintes dados e parâmetros: N1 = 3000 espiras, N2 = 900 espiras, R1 = 2 Ω, R2 =0,18 Ω, X1 = 1,8 Ω, X2 =0,162 Ω, RM2 = 1000Ω e XM2= 5 Ω. Para esse transformador determine a resistência equivalente e reatância equivalente no secundário e marque a resposta correta entre as alternativas apresentadas. Re2 = 0,360 Ω Xe2 = 0,324 Ω Questão 10 Um transformador cujos dados técnicos são expostos na tabela 1, foi testado em um laboratório de ensaios e apresentou os dados numéricos exibidos na tabela 2. Tabela 1 - Transformador de núcleo de ferro abaixador Informações dos dados técnicos do transformador Valor eficaz da tensão Núcleo fases Potência frequência Primário secundário Aço silício 1 3 KVA 60 Hz 440 V 220 V Tabela 2 - Dados obtidos de ensaios à vazio e em curto-circuito Ensaio/grandeza Tensão [V] Corrente [A] Potência [W] Ensaio à vazio 220 1 32 Ensaio em curto 30 6,82 182 A partir desses dados, avalie as afirmativas quese seguem, classificando-as em verdadeiras ou falsas e considerando que na condição nominal o fator de potência é 0,8 atrasado. Depois marque a resposta correta entre as alternativas disponíveis. 1. A impedância de curto-circuito para esse transformador é menor que 5 Ω. 2. A corrente nominal do transformador é maior que 10 A. 3. Para a condição nominal de operação, a regulação de tensão desse transformador é menor que 5%. 4. Para a condição nominal de operação, o rendimento desse transformador é maior que 90%. É correto apenas o que se afirma em: Somente 2, 3 e 4 Somente 1, 2 e 3 Somente 2 e 3 Somente 1, 2 e 4 Somente 3 e 4 Questão 11 Um transformador cujos dados técnicos são expostos na tabela 1, foi testado em um laboratório de ensaios e apresentou os dados numéricos exibidos na tabela 2. Tabela 1 – Transformador de núcleo de ferro abaixador Informações dos dados técnicos do transformador Valor eficaz da tensão Núcleo fases Potência frequência Primário secundário Aço silício 1 3 KVA 60 Hz 440 V 220 V Tabela 2 – Dados obtidos de ensaios à vazio e em curto-circuito Ensaio/grandeza Tensão [V] Corrente [A] Potência [W] Ensaio à vazio 220 1 32 Ensaio em curto 30 6,82 182 A partir desses dados, avalie as afirmativas que se seguem, classificando-as em verdadeiras ou falsas e considerando que na condição nominal o fator de potência é 0,8 atrasado. Depois marque a resposta correta entre as alternativas disponíveis. A impedância de curto-circuito para esse transformador é menor que 5 Ω. A corrente nominal do transformador é maior que 10 A. Para a condição nominal de operação, a regulação de tensão desse transformador é menor que 5%. Para a condição nominal de operação, o rendimento desse transformador é maior que 90%. É correto apenas o que se afirma em --Somente 2, 3 e 4 --Somente 1, 2 e 3 --Somente 2 e 3 --Somente 1, 2 e 4 --Somente 3 e 4 Questão 12 Considere um transformador de núcleo de ferro que contém os seguintes dados e parâmetros: N1 = 3000 espiras, N2 = 900 espiras, R1 = 2 Ω, R2 =0,18 Ω, X1 = 1,8 Ω, X2 =0,162 Ω, RM2 = 1000Ω e XM2= 5 Ω. Para esse transformador determine a resistência equivalente e reatância equivalente no secundário e marque a resposta correta entre as alternativas apresentadas. -- Re2 =1,880 Ω Xe2 = 56,99 Ω -- Re2 =2 Ω Xe2 = 1,8 Ω -- Re2 = 0,360 Ω Xe2 = 0,324 Ω -- Re2 = 2,180 Ω Xe2 = 1,962 Ω -- Re2 =1000 Ω Xe2 = 5,000 Ω Questão 13 Considere que uma rede de distribuição de energia está alimentando cargas elétricas em 60 Hz, que absorvem 12 MW com fator de potência 0,92 atrasado a partir de uma subestação abaixadora. Essa estação secundária alimenta a carga por um transformador abaixador trifásico de 15 MVA, que alimenta as linhas de distribuição. O transformador está conectado em Y-∆, sendo constituído por três fases cuja relação de transformação é de 10:1. As tensões senoidais do secundário da estrutura trifásica são representadas pelos fasores mostrados abaixo: Desprezando os fenômenos não citados associados a operação de transformadores trifásicos, e tendo como base as informações acima, pode afirmar que o valor eficaz da corrente e tensão de linha no primário do transformador são respectivamente --IL1 = 54,17 A e VL1 = 239 kV --IL1 =31,51 A e VL1 138 kV --IL1 = 54,17 A e VL1 = 138 kV --IL1 = 31,51 A e VL1 = 239 kV --IL1 = 541,7 A e VL1 = 13,8 kV Questão 14 Tensões que excitam o enrolamento primário de um transformador trifásico são representadas pelos fasores apresentados a seguir: O transformador na conexão delta-estrela, com potência nominal de 250 MVA opera em sua condição nominal em uma subestação elevadora, alimentando uma linha de transmissão com carga. A relação de transformação de cada transformador monofásico que constitui cada fase da estrutura trifásica é de 1:10. Avalie cada alternativa abaixo classificando-a em verdadeira ou falsa. Depois marque a resposta correta entre as alternativas que se seguem. I. O valor eficaz da tensão de linha no secundário do transformador é 239 KV. II. A tensão de fase no secundário do transformador está entre 100 kV e 200 kV. III. A corrente fornecida à carga é 800 A. É correto apenas o que se afirma em: --Somente I e II --Somente II --Somente II e III --somente I --Somente III Como se trata de secundário em estrela temos que Questão 15 Uma fonte trifásica alimenta o primário de um transformador trifásico elevador conexão Δ-Y. As tensões senoidais provenientes da fonte são descritas pelas seguintes expressões: A dado que a relação de transformação de cada transformador monofásico que constitui cada fase da estrutura trifásica é a = 0,0478045. Com base nessas informações pode-se afirmar corretamente que valores eficazes da tensão de linha e de fase no secundário do transformador são respectivamente: 500 kV; 288,69 kV VSenoidal = 19516,15 Semana 01 Questão 01 / 02 Dispositivos conversores de energia como indutores e transformadores em sua maioria possuem um núcleo de ferro que tem a importante função de aumentar o fluxo concatenado por unidade de corrente. No entanto, no núcleo de ferro ocorrem as chamadas perdas no ferro quando o dispositivo conversor de energia entra em operação. Para diminuir essas perdas diversos procedimentos construtivos são aplicados. Avalie as afirmativas abaixo a esse respeito, classificando-as em verdadeiras ou falsas e escolha a resposta correta entre as alternativas disponíveis. 1. Para minimizar as perdas por frangeamento costuma-se abrir um entreferro no núcleo de ferro dos dispositivos conversores de energia. 2. Os núcleos dos indutores e transformadores são laminados para diminuir as perdas causadas por correntes parasitas. 3. Tanto as perdas por histerese como as perdas por correntes parasitas variam com a espessura das chapas do núcleo laminado elevada ao quadrado. 4. Durante a operação dos dispositivos conversores de energia, as perdas por efeito Joule no enrolamento do primário e secundário juntas são desprezíveis, pois os enrolamentos são construídos de fios de mesma bitola. É correto apenas o que se afirma em: Somente 2 e 3 Somente 2, 3 e 4 Somente 3 Somente 2 Somente 1 Questão 02 / 02 O conhecimento a respeito de circuitos magnéticos tem importância sem igual para engenharia elétrica, porque grande parte da conversão de energia ocorre por meio de dispositivos, que empregam o magnetismo para transformar energia elétrica em mecânica ou mecânica em elétrica, como os motores e os geradores elétricos. Neste sentido, considere as afirmativas abaixo a respeito de circuitos magnéticos. Assinale com V (verdadeira) a asserção correta e F (falsa) a proposição falsa. Depois marque a resposta correta entre as alternativas fornecidas. · (F) Nos circuitos magnéticos a propriedade que se opõe ao fluxo magnético é chamada de permeância. · (V) Indutor é composto basicamente por uma bobina enrolada sobre um núcleo que na maioria das vezes é constituído de material ferromagnético. · (F) A causa da não linearidade dos indutores é a ausência do núcleo de material ferromagnético. · (V) O núcleo de ferro presente em indutores tem a função de aumentar o fluxo concatenado por unidade de corrente. · (V) Os núcleos dos indutores são laminados para diminuir as perdas por correntes de Foucault. · (F) Materiais diamagnéticos são materiais que possuem permeabilidade relativa centenas ou milhares de vezes a permeabilidade do vácuo. FVFVVF FVVVFF VVFVVF FVVFVF VVFFVF Semana 02 Questão 01 / 02 O circuito magnético mostrado na figura 1 é referente a um indutor com núcleo de material ferromagnético. Considerando que o fluxo magnético está totalmente confinado no núcleo do indutor e de posse dos seguintes dados: N= 340 espiras, μr= 5000, B=1,2 Wb/m2, profundidade = 60 mm, determine a indutância desse dispositivo conversor de energia. Depois, marque a resposta correta entre as alternativas disponíveis. 2, 29 H 300 mH 229 mH880 mH 1,29 H Questão 02 / 02 Considere as afirmativas abaixo a respeito de circuitos magnéticos: · (F) Nos circuitos magnéticos a propriedade que se opõe ao fluxo magnético é chamada de permeância. · (V) Indutor é composto basicamente por uma bobina enrolada sobre um núcleo que na maioria das vezes é constituído de material ferromagnético. · (F) A causa da não linearidade dos indutores é a ausência do núcleo de material ferromagnético. · (V) O núcleo de ferro presente em indutores tem a função de aumentar o fluxo concatenado por unidade de corrente. · (V) Os núcleos dos indutores são laminados para diminuir as perdas por correntes de Foucault. · (F) Materiais diamagnéticos são materiais que possuem permeabilidade relativa centenas ou milhares de vezes a permeabilidade do vácuo. Assinale com V (verdadeira) a questão correta e F (falsa) a questão falsa e marque a alternativa correta entre as alternativas abaixo: VVFFVF FVVVFF VVFVVF FVVFVF FVFVVF Semana 03 Questão 01 / 02 Considere dois indutores magneticamente acoplados em uma conexão aditiva. A indutância própria do primeiro indutor é igual 2H e a indutância própria do segundo indutor é 235% maior que a do primeiro. O coeficiente de acoplamento entre os indutores é k = 0,935. Relativo a esses dois indutores, determine a indutância equivalente da associação e marque a resposta correta entre as alternativas abaixo. 13,54 H 0,001 H 12,12 H 10,12 H 15,54 H Questão 02 / 02 Parte superior do formulário Parte superior do formulário Seja um transformador monofásico de núcleo de ferro, conforme esquematizado na figura 1. Em seu secundário está conectada uma carga resistiva, cuja resistência vista pela fonte no primário é de 900 Ohms. Sabendo que a carga consumiu 100000Wh em 10 horas, pede-se: 1. Determine a corrente no primário e no secundário 2. Determine a tensão no primário e no secundário Depois, marque a resposta correta entre as alternativas propostas. I1=1,33A, V1=8333V, I2=13A, V2=3000V I1=3,33A, V1=3000V, I2=10A, V2=1000V I1=6,33A, V1=7333V, I2=15A, V2=4000V I1=1,33A, V1=3000V, I2=12A, V2=2000V I1=7,33A, V1=3000V, I2=16A, V2=1500V Semana 04 Questão 01 / 02 Parte superior do formulário Os seguintes valores foram obtidos de um transformador monofásico de 25 KVA que opera em 60 Hz em um sistema elétrico abaixador. Tabela 1 - dados a respeito de um transformador monofásico de núcleo de ferro Circuito Primário Circuito Secundário Tensão Espiras Corrente Potência ativa fornecida fp 760 V 900 113,63 A 20 KW 0,8 atrasado Utilizando-se dessas informações, desprezando as perdas e variações não citadas e ainda aplicando-se as regras de arredondamento ao executar os cálculos, avalie as afirmativas que seguem a respeito desse transformador. 1. A relação de transformação do transformador é unitária 2. O valor eficaz da tensão no secundário é 220 V. 3. O valor eficaz da corrente no primário é maior que 30 A. 4. O número de espiras no secundário do transformador é menor que 260. É correto o que se afirma em: somente 1 e 4 somente 1 e 2 somente 3 e 4 somente 2 e 3 somente 2 e 4 Parte inferior do formulário Parte superior do formulário Parte inferior do formulário Questão 02 / 02 Parte superior do formulário Parte superior do formulário Um transformador de núcleo de ferro possui 2720 espiras no primário e 680 no secundário. O dispositivo absorve uma corrente eficaz de 56 A de uma fonte de alimentação de 4160 V eficaz, a qual está conectado. E alimenta uma carga acoplada no secundário. Desprezando a corrente de magnetização, é correto afirmar que para esse transformador o valor eficaz da tensão e a corrente no secundário são respectivamente: 1040 V; 224 A 1000 V; 180 A 2440 V; 200 A 1200 V; 220 A 10040 V; 2240 A Semana 07 Questão 01 / 02 Parte superior do formulário De acordo com Chapmam (2013), como um transformador tem impedância em série em seu interior, a tensão de saída do transformador variará com a carga, mesmo que a tensão de entrada (tensão no primário) permaneça constante. Em conformidade com o mesmo autor, para comparar convenientemente os transformadores nesse aspecto costuma-se definir uma grandeza denominada de regulação de tensão (RT). A regulação de tensão a plena carga é uma grandeza que compara a tensão de saída do transformador a vazio com a tensão de saída a plena carga e é definida como: Regulação de tensão = [(E2 - V2)/V2] x 100%. Onde E2 é tensão a vazio e V2 é a tensão a plena carga nos terminais do transformador. Referente a esse assunto, avalie as afirmativas a seguir classificando-as em verdadeiras ou falsas, e depois, assinale a resposta correta entre as opções presentes abaixo. 1. É uma boa prática ter uma regulação de tensão tão baixa quanto possível, tendendo a 0%. 2. Algumas vezes, transformadores com regulação de tensão elevada e alta impedância são deliberadamente utilizados para reduzir a magnitude da corrente de curto-circuito de um circuito elétrico. 3. A regulação de tensão de um transformador operando com cargas atrasadas deve ser maior do que zero. 4. Um transformador operando com cargas em avanço apresenta regulação de tensão negativa. É correto o que se afirma em: 2 e 3, apenas 1 e 2, apenas (errada) 4, 3, 2 e 1 (correta) 3 e 4, apenas Apenas 1, 2 e 3 Parte inferior do formulário Parte superior do formulário Parte inferior do formulário Questão 02 / 02 Parte superior do formulário Parte superior do formulário Em uma secção de uma unidade industrial, um segundo transformador monofásico deve ser colocado em paralelo com outro transformador monofásico que já se encontra em operação e que possui impedância percentual de 5%. O segundo transformador atende a todas os requisitos necessários para ser colocado em paralelo com o primeiro, como a mesma tensão e a mesma relação de transformação. Tem-se dúvida quanto a impedância percentual que deve ser a mesma do transformador que já está em operação. Este segundo transformador é de 10 KVA, 4160/220 V, 60 Hz e apresenta os seguintes valores de dados de seu ensaio em curto-circuito: Vcc = 208 V, Icc = 2,4 A, Wcc = 300 W Avalie se os dois transformadores podem ser colocados em paralelo considerando que a impedância percentual é o último item a ser avaliado para liberar o procedimento. Marque a resposta correta entre as alternativas disponíveis. Os transformadores não podem ser colocados para operar em paralelo, pois a impedância percentual do segundo transformador é também igual a 5%. Os transformadores podem ser colocados para operar em paralelo, pois a impedância percentual do segundo transformador é também igual a 5%. Os transformadores podem ser colocados para operar em paralelo, porquanto a impedância percentual do segundo transformador é igual a 2%. Os transformadores não podem ser colocados para operar em paralelo em virtude da impedância percentual do segundo transformador ser igual a 100%. Os transformadores não podem ser colocados para operar em paralelo porque a impedância percentual do segundo transformador é igual a 3%. Questão de Reestudo Um transformador de núcleo de ferro de potência nominal de 225 KVA e frequência de 60 Hz, com tensão no primário igual a 13,8 kV e no secundário de 440 V, possui os seguintes valores de resistência e reatância equivalente no secundário: = 0,01 Ω e 0,015Ω. Determine a regulação do transformador quando ele estiver fornecendo a corrente nominal a uma carga com fator de potência 0,75 atrasado. Depois marque resposta correta entre as disponíveis 6,01% 5,02% 4,02% 3,02% 2,027% Corrente nominal do Transformador: Carga com fator de potência unitário: Carga com fator depotência 0,75 atrasado: Carga nominal com fator de potência 0,75 atrasado:
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