O QUE É ENERGIA? CONVERSÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA. É o princípio de tudo.

Transcrição

1 1 O QUE É ENERGIA? É o princípio de tudo. Energia é a força que movimenta todos os corpos do Universo. Esta afirmação contém em si mesma um erro; consegue identificá-lo? Energia é a capacidade de produzir trabalho ou calor. Energia é a capacidade de produzir um efeito CONVERSÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA "Na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma Lavoisier (Químico francês, séc XVIII)

2 2 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM GERADOR ELÉCTRICO dφ Indução Electromagnética Fem = N dt Os magnetos estabelecem um fluxo magnético constante. dφ Se rodarmos a espira, o fluxo que atravessa a superfície da espira vai variar 0 dt Aos terminais da espira a Fem vai variar de forma sinusoidal Corrente Alternada (AC) MÁQUINA DA COCA-COLA As 3 bobinas da máquina da Coca-Cola são percorridas por 3 correntes em forma de seno tal como representado na figura. As bobinas estão espaçadas entre si de 120º pelo que o campo magnético criado por estas 3 correntes, vai girar no espaço!

3 3 Como a lata é feita de alumínio (condutor de corrente eléctrica), este campo magnético vai dar origem a correntes e, portanto, vão existir forças que fazem a lata girar. Se se juntarem todas as bobinas, o campo magnético resultante é nulo, não existem forças e, portanto, a lata não roda. DO SOL À ELECTRÓLISE DA ELECTRÓLISE À PILHA DE COMBUSTÍVEL! 1. O painel fotovoltaico converte energia solar em energia eléctrica (meça com o voltímetro a tensão aos terminais do painel fotovoltaico) 2. A energia eléctrica é convertida em energia química (quebra das ligações da molécula de água (electrólise) e consequente separação do Oxigénio e Hidrogénio) 3. A energia química é convertida em energia eléctrica na pilha de combustível 4. A energia eléctrica é convertida em energia mecânica pelo motor do veículo ARMAZENAMENTO DE ENERGIA ELÉCTRICA A energia eléctrica convertida no painel fotovoltaico poderia ser armazenada num condensador. Qual dos dois condensadores representados na figura deveria utilizar? A energia, E, armazenada num condensador de capacidade C e tensão V é representada pela expressão:

4 4 E= 1 CV 2 2 As características dos dois condensadores são: C1 = 18 mf e V1 = 5 V C2 = 200 F e V2 = 2,5 V Em termos de energia resulta em: E1 = 0,225 J E2 = 625 J Apesar de aparentemente semelhantes, o supercondensador pode armazenar a energia equivalente a, aproximadamente, 2800 condensadores!!! Como termo de comparação, refira-se que a energia armazenada numa unidade de peso de gasolina é superior à armazenada na mesma unidade de supercondensadores iguais aos da figura!! BICICLETA ELÉCTRICA As bicicletas eléctricas fazem parte do grupo dos LEV s (light electric vehicles). São normalmente equipadas com um motor de corrente contínua (de potências que variam entre 100W e 250W) alimentado através de baterias. O objectivo destas bicicletas são limitar o esforço do utilizador suavizando as subidas, chegando a ter potência nalguns casos para realizar o esforço da tracção exigido à movimentação da bicicleta. São ideais para executar curtos trajectos em centros urbanos. A autonomia destes veículos situa-se entre os 20km e os 50km, dependente da carga aplicada, características da bateria e modo de operação determinada pelo utilizador. MOTOR / GERADOR O conversor utilizado na bicicleta é um conversor electrónico bidireccional, isto é, permite converter energia eléctrica DC (contínua) em energia eléctrica AC Alternada e vice-versa. Nas subidas a bateria

5 5 fornece energia ao motor que a converte em energia mecânica e, nas descidas, a energia mecânica é fornecida ao gerador que a converte em energia eléctrica que faz carregar a bateria! MAGIA: LEVITAÇÃO ELECTROMAGNÉTICA Quando a bobina é percorrida por uma corrente eléctrica variável no tempo, gera um campo magnético que vai fazer com que no anel fechado circule uma corrente (o anel até aquece!). É esta corrente e o campo magnético que são responsáveis pela força que faz o anel saltar! Quando o anel não é fechado, ou é feito de um material que não é condutor eléctrico, não há corrente (os anéis nem aquecem!) e, portanto, não existe força para fazer saltar esses anéis. BOMBA ELECTROMAGNÉTICA PARA METAIS LÍQUIDOS A utilização de bombas electromagnéticas para movimentar metais líquidos é frequente na indústria metalúrgica, onde estas bombas são utilizadas no transporte do metal derretido (Figuras 1(a) e 1(b)). Para que sejam geradas as forças necessárias à movimentação do metal é necessário que este possua uma condutividade eléctrica suficientemente elevada para permitir a circulação de correntes induzidas de valor significativo. A Figura 1(c) apresenta uma fotografia de um sistema implementado em laboratório para o bombeamento de metal líquido (no caso, mercúrio).

6 6 (a) (b) Figura: (a) Esquema interno de uma bomba electromagnética fabricada pela Hitachi. (b) Bomba de alto desempenho em montagem pela Hitachi. Figura: Protótipo laboratorial implementado em laboratório. COMBOIO DE LEVITAÇÃO MAGNÉTICA (MAGLEV) A levitação magnética é o processo através do qual é possível fazer levitar um objecto utilizando campos magnéticos. A força electromagnética é utilizada para contrabalançar o efeito da força gravítica. Este processo encontra hoje em dia muitas aplicações, nomeadamente em sistemas de transporte. Nestes, a levitação magnética permite suspender, conduzir e propulsionar veículos através de energia electromagnética e apresenta numerosas vantagens no que respeita a velocidade e conforto. Figura: Princípio de levitação do MagLev.

7 7 Figura: Princípio de propulsão do MagLev. Figura: Consumo de Energia em função do meio de Transporte. Actualmente, a disponibilidade de materiais supercondutores poderá vir a viabilizar economicamente a construção de sistemas de propulsão electromagnética com levitação recorrendo a estes materiais (Figura (b)). (a) (b) Figura : (a) Comboio experimental com levitação magnética. (b) Supercondutor a levitar sobre um magneto permanente. DO ELECTRÃO AO SEGWAY O Segway é um sistema que reúne diversos componentes característicos da engenharia electrotécnica; o armazenamento de energia, os conversores electrónicos de potência, os motores, os sensores, o controlo.

8 8 Como analogia, pode dizer-se que o sistema de controlo do equilíbrio do Segway é semelhante ao do ser humano! A fotografia seguinte mostra uma parte da electrónica do Segway onde são visíveis os conversores electrónicos de potência. Conversores DC/AC Para finalizar. vamos experimentar?