Instituto Superior Técnico Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Portfolio MEEC

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1 Instituto Superior Técnico Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Portfolio MEEC Construa o seu Motor de Corrente Contínua Guia de construção João Miranda Lemos Professor Catedrático do IST jlml@inesc-id.pt 2016 J. Miranda Lemos, IST Construa o seu motor de corrente contínua Page 1

2 1. Objectivo O objectivo deste trabalho consiste em construir um motor de corrente contínua (CC ou, em Inglês, DC de direct current) simplificado, que ilustre o princípio físico básico que está lhe está subjacente, e que consiste na força exercida sobre um fio condutor onde circula uma corrente eléctrica mergulhada num campo magnético com uma orientação conveniente. Figura 1 O motor em funcionamento. No final do trabalho, os alunos deverão ter montado e colocado em funcionamento um motor semelhante ao da figura 1. J. Miranda Lemos, IST Construa o seu motor de corrente contínua Page 2

3 2. Material necessário Para realizar este projecto são necessários os seguintes materiais: Um tubo de plástico para enrolar a bobina 1,5 m de fio 1 pilha de 9V Contactos para a pilha de 9V ligados a fios com pinças de crocodilo na ponta Um íman Uma base de cartão Fita cola 2 clips de tamanho grande Ferramentas necessárias: Alicate de pontas Alicate de corte Canivete ou X-acto 3. Descrição do motor O motor consiste numa bobina de fio cujos terminais assentam em dois clips dobrados por forma a poderem suportá-los. Um dos terminais tem o isolamento removido, pelo que está permanentemente em contacto com o metal do clip. O outro tem o isolamento apenas parcialmente removido, pelo que pode estar ou não em contacto com o outro clip. A figura 2 mostra um desenho do terminal em que o isolamento foi parcialmente removido. Isto é essencial para o funcionamento do motor. Figura 2 Terminal com o isolamento parcialmenteremovido. A seta indica a zona em que o isolamento (azul) foi removido. O lado esquerdo está ligado à bobina e o lado direito do fio está desligado. A zona descarnada deve assentar sobre o clip. Sob o enrolamento, e entre os dois clips, está colocada a barra de íman que cria um campo magnético perpendicular ao plano horizontal. Os clips estão ligados aos terminais de uma pilha de 9V. Assim: J. Miranda Lemos, IST Construa o seu motor de corrente contínua Page 3

4 Quando a parte descarnada está em contacto com o clip, a corrente passa e a bobina é actuada por uma força electromagnética que é perpendicular ao seu plano (ver figura 3), o que força a bobina a rodar. Quando a parte isolada está sobre o clip, a corrente não passa e a bobina não está sujeita à força electromagnética, continuando a rodar por inércia. Estas duas situações repetem-se em sequência, levando ao movimento de rotação do motor. Figura 3 Colocação da bobina sobre os clips. Situação em que a corrente passa. A direcção da força electromagnética pode ser determinada pela regra da mão direita, tal como se mostra na figura 4. Figura 4 A regra da mão direita para o sentido e direcção da força. Questão para pensar: O que acontece se ambos os contactos estiverem completamente descarnados? J. Miranda Lemos, IST Construa o seu motor de corrente contínua Page 4

5 4. Construção do motor Ao executar as instruções de construção do motor que são dadas a seguir, tenha sempre em conta o objectivo que consiste em construir a montagem da figura 1 e, também, a descrição que foi feita na secção 3 deste texto. Siga os passos indicados a seguir. Figura 5 Dobragem dos clips para suporte do motor. Comece por dobrar os dois clips tal como se mostra na figura 5, por forma a construir o suporte da bobina. Comece por abrir o clip com as mãos e a seguir torça a ponta com o alicate. Garanta que a parte inferior do gancho assim obtido está à mesma altura nos dois clips. Figura 6 Construção da bobina. Figura 7 Contacto parcialmente descarnado. J. Miranda Lemos, IST Construa o seu motor de corrente contínua Page 5

6 Figura 8 Aspecto final da bobina. Construa agora a bobina seguindo o procedimento ilustrado na figura 6. Para tal, enrole o fio em torno do rolo de plástico, deixando uma ponta livre de cerca de 7cm. Enrole 12 espiras. Em seguida, alivie ligeiramente a pressão do fio sobre o rolo de plástico e retire-o deste. Agrupe as espiras e faça duas laçadas separadas por 180 o, cada uma dupla, por forma a prender as espiras e deixando as duas pontas do fio viradas para fora e alinhadas uma com a outra. Coloque a bobina de tal modo que o seu plano seja perpendicular ao plano horizontal e raspe parcialmente com o X-acto ou um canivete (cuidado com os dedos!) a parte superior de uma das pontas do fio, tal como se mostra na figura 7. Deverá fazer um entalhe no isolamento por forma a que este fique como na figura 2. É essencial para que o motor funcione que deixe uma parte do isolamento e que, ao mesmo tempo, deixe bem à vista a parte descarnada do condutor. Descarne completamente o outro contacto. Usando a fita cola, fixe os dois clips na base de cartão e coloque entre eles o imãn. Ligue a pilha aos clips através das pinças de crocodilo e coloque a bobina com as pontas apoiadas nos clips. Certifique-se que a ponta descarnada assenta sobre um clip e que, do outro lado, quando a bobina roda, a ponta do fio que serve de eixo assenta alternadamente através da parte descarnada, havendo um bom contacto entre o clip e o metal do condutor, e da parte isolada. O aspecto da montagem deve ter o aspecto da figura Colocação em funcionamento e resolução de problemas Dê um empurrãozinho e: Tá-tam!!! Ai vai o motor. Se não há razões para festejar: J. Miranda Lemos, IST Construa o seu motor de corrente contínua Page 6

7 Dê um empurrãozinho para o lado oposto; Verifique se o circuito está ligado de acordo com as instruções descritas acima; Verique se o contacto parcialmente descarnado faz bem contacto com o clips. Deve ter-se ainda em conta o seguinte: Quando a bobina está parada e os contactos se fazem, a pilha está praticamente em curto-circuito. Nesta situação a corrente é muito elevada pois é apenas limitada pela resistência do circuito, que é muito baixa. Esta situação deve pois ser evitada dado que conduz a uma descarga muito rápida da pilha, podendo mesmo levar a uma elevação de temperatura devido à energia que se dissipa por efeito de Joule. Quando a bobina roda, o campo magnético que a atravessa varia no tempo, o que leva a que haja uma tensão eléctrica induzida aos terminais da bobina, que limita a corrente e evita o efeito anterior. 6. Onde encontrar os materiais Deve começar desde o início do semestre a reunir os materiais necessários, uma vez que as lojas onde se encontram disponíveis podem não os ter momentâneamente. Pode obter o íman na loja Borrachas Técnicas MGO, Lda, na Av. Sacadura Cabral 37A, junto ao Campo Pequeno. O íman custa menos de 2. Pode ainda obter ímans na internet, mas aí há quantidades mínimas a encomendar, pelo que é conveniente que haja diversos grupos que se associam. Também pode usar ímans de marcadores de quadros didax, ou de pins para frigorífico. Pode comprar o fio e os contactos para a pilha de 9V numa casa de artigos eléctricos. No mau caso fui a uma casa na Praça João do Rio (junto ao Areeiro), que faz esquina com a Av. Almirante Reis. Comprei fio para ligações internet e retirei o isolamento exterior. 7. Avaliação Para obter a pontuação relativa a este trabalho deve ser seguido o seguinte procedimento: O trabalho é realizado em grupo, com a constituição correspondente aos grupos de laboratório. Não são autorizadas alterações aos grupos. A avaliação é efectuada pelo docente que supervisiona as aulas de laboratório respectivas. O trabalho deve ser apresentado na aula de laboratório até 30 de Novembro (sugere-se que não seja no último dia do prazo). J. Miranda Lemos, IST Construa o seu motor de corrente contínua Page 7

8 Os alunos devem enviar uma mensagem ao docente, avisando-o de que vão apresentar o trabalho na próxima sessão de laboratório. Esta mensagem deve ser acompanhada de: o Um relatório de execução descrito a seguir o Um vídeo de até 1 minuto mostrando o funcionamento do motor Na sessão em que apresentam o trabalho, o grupo deve mostrar ao docente o protótipo a funcionar. Todos os elementos do grupo devem estar presentes e podem ser sujeitos a perguntas relativas ao trabalho. A demonstração do funcionamento pelos alunos não deve demorar mais do que 2 minutos. O relatório deve estar em formato pdf, não pode ser manuscrito, deve ocupar no máximo 1 página A4 e deve incluir: o Título e ano lectivo a que se refere o Número e nome dos elementos do grupo o Tabela com o número de horas gasto no projecto até desagregado pelos items principais (ex-: planeamento, compra, construção, teste) o Tabela com o custo dos diversos elementos e com o custo total o Fotografia do protótipo construído. A classificação é feita do seguinte modo: o Relatório correctamente preenchido, vídeo entregue e motor a funcionar: 0,5 valores acrescentados à nota final. o Situações em que a classificação é zero: Se um aluno faltar injustificadamente à apresentação Se o protótipo não funcionar Se algum dos elementos pedidos não fôr entregue Se algum dos elementos pedidos for realizado de modo displicente Se o trabalho não for realizado pelos próprios o A classificação é individual Os trabalhos devem ser integralmente realizados pelos próprios alunos que os submetem. 8. Referências Uma busca no Google de Simple DC motor produz um número elevado de resultados, sobretudo na forma de vídeos em que se ensina a construir um motor de corrente contínua em diversas versões, mais ou menos aperfeiçoadas. Numerosas destas versões são muito semelhantes ao motor cuja construção se propõe neste guia, e diversas delas serviram de inspiração a este trabalho, em particular Kristy Beauvais (2003). The simple DC motor: A Teacher s guide, MIT. J. Miranda Lemos, IST Construa o seu motor de corrente contínua Page 8