SITE EM JAVA PARA A SIMULAÇÃO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS

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1 SITE EM JAVA PARA A SIMULAÇÃO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS Reumo Luca Franco de Ai¹ Marcelo Semenato² ¹Intituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia/Campu Jataí/Engenharia Elétrica/PIBIT-CNPQ [email protected] ²Intituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia/Campu Jataí/Área de Indútria [email protected] Ete projeto conite em um ite para a imulação de máquina elétrica utilizando-e de uma tecnologia em Java, conhecida por JSP (JavaServer Page). O ite ainda não hopedado no ervidor do IFG, erá utilizado por todo o aluno de Engenharia e do Curo Técnico, onde poderão viualizar todo o equacionamento de máquina, e ainda imular toda ua grandeza elétrica. Será poível o uuário obter reultado ditinto, batando alterar o parâmetro da máquina elétrica em quetão. O aluno atravé deta interação, pode melhor aprender obre o comportamento de máquina elétrica e aim etar bem preparado para laboratório. A intenção do ite é abordar epecificamente o que é neceário, em confundir o aluno. Palavra-chave: Site, linguagem Java, JSP, HTML, máquina elétrica. Introdução A dificuldade do aluno em entender determinado proceo quanto ao equacionamento e funcionamento de máquina elétrica, no depertou o interee de inovar e criar meio mai interativo para a ala de aula. Houve a neceidade de e contruir algo que lhe chamae a atenção, uma atividade que foe dinâmica e que lhe melhor preparaem para laboratório. Com ito, urgiu a ideia de um ite. Um ite para a imulação de máquina elétrica, onde pudeem interagir, equacionar e compreender todo o funcionamento da mema. A contrução dete, e deu por meio de uma tecnologia baeada em Java, conhecida por JSP (JavaServer Page). Eta linguagem implifica todo o deenvolvimento e integra a programação em HTML e a programação em Java. O primeiro, projeta o layout da página, e o egundo dinamiza todo o proceo. Nete ite, o aluno pode obervar alguma teoria obre máquina elétrica para e adentrar no aunto, e em eguida ecolher por qual imulação pretende fazer. Dentre a imulaçõe exitente, ão ela: imulação para máquina de corrente contínua, imulação para máquina de corrente alternada íncrona e imulação para máquina de corrente alternada aíncrona. O aluno entra com o parâmetro da máquina deejada em um campo epecífico e bem detalhado. O valore ali digitado ão calculado atravé da programação contida na página web, e logo depoi, o reultado ão expoto em tela. Se de alguma forma durante o proceo, o uuário deixar de digitar algum valor, a página avia obre o erro, permitindo que o memo volte atrá e realize outra imulação. Oberva-e ainda, que nete ite etão contido link de outra página com a mema temática, divera equaçõe para o mai variado cálculo, diagrama de circuito elétrico e imagen de diferente máquina, para melhor ilutrar a diciplina. Relatório Final do PIBITI/CNPq/IFG - agoto/2013-julho/

2 Máquina Elétrica Máquina elétrica ão converore eletromecânico de energia, ou eja, ão dipoitivo que convertem energia elétrica em energia mecânica e vice-vera. Baicamente, e dividem em máquina etacionária e máquina rotativa. A máquina etacionária ão aquela que não apreentam movimento durante eu funcionamento, endo etática. Exemplo: tranformadore elétrico. Já a máquina rotativa, apreentam movimento. Dentre ela: geradore elétrico e motore elétrico. O geradore elétrico convertem energia mecânica em energia elétrica, e ao contrário dio, o motore elétrico convertem energia elétrica em energia mecânica. (1) O foco do ite contruído etá em máquina rotativa (geradore e motore), tanto de corrente contínua, como também de corrente alternada. Máquina Rotativa Exitem máquina rotativa de corrente contínua (máquina CC) e máquina rotativa de corrente alternada (máquina CA). Em máquina CC, tem-e geradore elétrico de corrente contínua e motore elétrico de corrente contínua. Em máquina CA, tem-e máquina íncrona e máquina aíncrona. (2) Máquina de Corrente Contínua Máquina de corrente contínua ão de grande importância em aplicaçõe na indútria. A parte que a contituem ão: rotor (armadura), anel comutador, etator (campo ou excitação) e ecova. (3) Fazendo-e a conideraçõe neceária quanto a parte elétrica da máquina CC, egue o equacionamento e análie de geradore e motore de corrente contínua: a) Gerador de Corrente Contínua O equema elétrico de um gerador de corrente contínua é motrado na figura 1, oberve: Figura 1: Equema elétrico de um Gerador de Corrente Contínua Onde, E a = tenão de armadura em volt (V); R a = reitência de armadura em ohm (Ω); I = corrente fornecida pelo gerador em ampere (A); V = tenão de aída em volt (V). Equacionamento: Corrente fornecida pelo gerador, endo P a potência aparente em volt-ampere (VA): Relatório Final do PIBITI/CNPq/IFG - agoto/2013-julho/

3 I = P V. Tenão de armadura: E a = V + R a. I. b) Motor de Corrente Contínua O equema elétrico de um motor de corrente contínua é motrado na figura 2, oberve: Onde, Figura 2: Equema elétrico de um Motor de Corrente Contínua E a = tenão de armadura em volt (V); R a = reitência de armadura em ohm (Ω); I = corrente fornecida pela fonte em ampere (A); V = tenão da fonte em volt (V). Equacionamento: Corrente fornecida pela fonte, endo P a potência aparente em volt-ampere (VA): I = P V. Tenão de armadura: E a = V R a. I. Máquina de Corrente Alternada Máquina Síncrona De modo geral, máquina íncrona ão máquina cuja a velocidade de rotação é proporcional à frequência da rede, ou eja, etá em incronimo. A parte que a contituem ão: rotor, etator, carcaça, núcleo do induzido, enrolamento do induzido, anéi, ecova, e Sitema Bruhle. (4) O rotor pode er normalmente de doi tipo: rotor de pólo lio e rotor de pólo aliente. O rotor de pólo lio contém um enrolamento indutor (enrolamento de campo) montado em cava e ditribuído ao longo da periferia. Realiza-e com um número reduzido de pólo, apreentando maior velocidade de rotação. Já o rotor de pólo aliente, é compoto por um número mai elevado de pólo ob o quai e encontra montado o enrolamento indutor. Apreentam menor velocidade de rotação. (4) Fazendo-e a conideraçõe neceária quanto a parte elétrica da máquina íncrona, egue o equacionamento e análie de geradore e motore íncrono: a) Gerador de Pólo Lio Relatório Final do PIBITI/CNPq/IFG - agoto/2013-julho/

4 O equema elétrico de um gerador de pólo lio é motrado na figura 3, oberve: Equacionamento: Figura 3: Equema elétrico de um Gerador de Pólo Lio F p = fator de potência; S = potência aparente em volt-ampere (VA); V L = tenão de linha em volt (V); X S = reatância em ohm (Ω). Ângulo do fator de potência em grau: φ = co 1 (F p ). Módulo da corrente fornecida pelo gerador em ampere (A): I = S 3. V L. Corrente fornecida pelo gerador em ampere (A) para fator de potência do tipo indutivo¹ e capacitivo², repectivamente: Tenão de fae em volt (V): Tenão de Excitação em volt (V): b) Motor de Pólo Lio ¹I = I. co( φ) + j. ( I. en( φ)) ; ²I = I. co(φ) + j. ( I. en(φ)). V F = V L 3. E f = V F + jx I. O equema elétrico de um motor de pólo lio é motrado na figura 4, oberve: Figura 4: Equema elétrico de um Motor de Pólo Lio Equacionamento emelhante ao do gerador de pólo lio. Mudando apena a tenão de excitação em volt (V): E f = V F jx I. Relatório Final do PIBITI/CNPq/IFG - agoto/2013-julho/

5 c) Gerador de Pólo Saliente Equacionamento: F p = fator de potência; S = potência aparente em volt-ampere (VA); V L = tenão de linha em volt (V); X d = reatância em ohm (Ω); X q = reatância em ohm (Ω); Equacionamento emelhante ao do gerador de pólo lio até onde e calcula a tenão de fae V F. Tenão de excitação (linha) em volt (V): E f = V F + jx q I. Sendo δ o ângulo em grau exitente entre o vetor de E f e o vetor de tenão V F (coniderado como referência), o módulo da corrente I q e I d em ampere (A) para fator de potência do tipo indutivo¹ e capacitivo², repectivamente: Logo, ¹ I q = I. co( φ + δ ) ; ¹ I d = I. en( φ + δ ) ; ² I q = I. co( φ δ ) ; ² I d = I. en( φ δ ). I q = I q co δ + j. ( I q en(δ)) ; I d = I d co(δ 90 ) + j. ( I d en(δ 90 )). Com io, a tenão de excitação E f em volt (V) é: d) Motor de Pólo Saliente E f = V F + jx d I d + jx q I q. Equacionamento emelhante ao do gerador de pólo aliente até onde e calcula a tenão de fae V F. Tenão de excitação (linha) em volt (V): E f = V F jx q I. Sendo δ o ângulo em grau exitente entre o vetor de E f e o vetor de tenão V F (coniderado como referência), o módulo da corrente I q e I d em ampere (A) para fator de potência do tipo indutivo¹ e capacitivo², repectivamente: ¹ I q = I. co( φ δ ) ; ¹ I d = I. en( φ δ ) ; Relatório Final do PIBITI/CNPq/IFG - agoto/2013-julho/

6 Logo, MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO ² I q = I. co( φ + δ ) ; ² I d = I. en( φ + δ ). I q = I q co δ + j. ( I q en(δ)) ; I d = I d co(δ + 90 ) + j. ( I d en(δ + 90 )). Com io, a tenão de excitação E f em volt (V) é: E f = V F jx d I d jx q I q. Máquina de Corrente Alternada Máquina Aíncrona A máquina aíncrona, também conhecida por motor de indução trifáico, tem ua velocidade de rotação diferente da frequência da rede por conta do ecorregamento, com io etá fora de incronimo. É a máquina elétrica de corrente alternada mai utilizada no itema de acionamento eletromecânico, devido à ua robutez e implicidade de manutenção. (5) O motor de indução trifáico tem parte do eu circuito elétrico ligado a um itema de alimentação trifáico, e outra parte ubmetido a fenômeno de indução magnética. Normalmente, o circuito elétrico indutor encontra-e no etator da máquina, enquanto que o circuito induzido etá no rotor da máquina. (5) Oberve a figura 5: Equacionamento: Figura 5: Equema elétrico de um Motor de Indução Trifáico V = tenão de fae em volt (V) na referência; R 1 = reitência do enrolamento no etator em ohm (Ω); X 1 = reatância de diperão no etator em ohm (Ω); X m = reatância de magnetização em ohm (Ω); X 2 = reatância de diperão no rotor em ohm (Ω); R 2 = reitência do enrolamento no rotor em ohm (Ω); = ecorregamento em porcentagem (%); f = frequência da rede (geralmente 60Hz). A corrente I 1 em ampere (A): Relatório Final do PIBITI/CNPq/IFG - agoto/2013-julho/

7 Logo, numerador de I 1 = [( VR 2 ) (R 1R 2 X 1 X 2 X 1 X m X 2 X m ) + (V 1 X 2 + V 1 X m ) (R 1 X 2 + R 1 X m + R 2X 1 + j [(V 1 X 2 + V 1 X m ) ( R 1R 2 ( VR 2 ) (R 1X 2 + R 1 X m + R 2X 1 denominador de I 1 A corrente I 2 em ampere (A): Logo, numerador de I 2 = [( R 1R 2 + R 2X m )] X 1 X 2 X 1 X m X 2 X m ) + R 2X m )] ; 2 X 1 X 2 X 1 X m X 2 X m ) + (R 1 X 2 + R 1 X m + R 2X 1 I 1 = numerador de I 1 denominador de I 1. = [((X m V 1 ) (R 1 X 2 + R 1 X m + R 2X 1 + j [(X m V 1 ) ( R 1R 2 denominador de I 2 = [( R 1R 2 + R 2 2X m ) ]. + R 2X m ))] X 1 X 2 X 1 X m X 2 X m )] ; 2 X 1 X 2 X 1 X m X 2 X m ) + (R 1 X 2 + R 1 X m + R 2X 1 I 2 = Potência aparente (S) em volt-ampere (VA): O ângulo φ em grau: Potência ativa (P) em watt (W): numerador de I 2 denominador de I 2. S = 3 V I 1. φ = ( 1)(ângulo de I 1 ). P = 3 V I 1 co φ. Potência reativa (Q) em volt-ampere reativo (VAr): Q = 3 V I 1 en φ. + R 2 2X m ) ]. Relatório Final do PIBITI/CNPq/IFG - agoto/2013-julho/

8 Potência mecânica (Pmec) em CV: MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO P mec = Rendimento (η) em porcentagem (%): 3R 2 (1 )( I 2 ) minuto (rpm): η = P mec P X (100). Sendo p o número de pólo, a velocidade do campo magnético (n ) em rotaçõe por n = 120. f p Velocidade do rotor (n r ) em rotaçõe por minuto (rpm): n r = (1 ). n. Velocidade angular (w r ) em radiano por egundo (rad/): Torque (T) em joule (J): Hyper Text Markup Language (HTML) w r = n r. 2π 60. T = P mec w r. HTML é uma linguagem de marcação utilizada para contruir página na internet. Documento HTML podem er viualizado e interpretado em praticamente qualquer tipo de navegador. (6) Cacading Style Sheet (CSS) CSS é um mecanimo implificado para adicionar etilo à toda documentação web. (7) Tal mecanimo foi integrado a linguagem HTML para contruir o layout de noo ite para a imulação de máquina elétrica. O que é Java? Java é uma tecnologia aplicada na contrução de ite, tornando-o mai divertido e útei. Programar em Java, utiliza-e da linguagem de programação Java e um ambiente de deenvolvimento Java para gerar um oftware. (8) Ete, que erá executado em noo ite. JavaServer Page (JSP) JavaServer Page (JSP) é um conhecimento baeado em Java que facilita a contrução de página na internet que ejam dinâmica e interativa. Com JSP, o programador pode criar um ite. Relatório Final do PIBITI/CNPq/IFG - agoto/2013-julho/

9 com todo layout em HTML e CSS, acear dado e contruir toda ua lógica em objeto Java (ervlet). Oferece a vantagem de ter eu código mai imple, permitindo a elaboração e manutenção com maior facilidade. Além dio, permite eparar a programação lógica (parte dinâmica) da programação viual (parte etática), contribuindo para o deenvolvimento robuto de todo proceo. (9) Deenvolvimento do Site em JSP Seguindo à tutoriai de HTML e CSS encontrado na internet, que erão citado na referência bibliográfica, pude contruir o layout da página com um imple editor de texto, o Notepad++. O primeiro arquivo deenvolvido na extenão.html tem 591 linha de código e etrutura toda a parte viual do ite. Oberve um trecho dete, na figura 6: Figura 6: Arquivo Site.html Ao acear o ite, erá viualizado uma pequena introdução teórica obre máquina elétrica, para que o uuário e identifique com a temática propota. Oberve a figura 7: Figura 7: Introdução teórica no ite para a imulação de máquina elétrica Relatório Final do PIBITI/CNPq/IFG - agoto/2013-julho/

10 Logo em eguida, tem-e um quadro para a ecolha de qual imulação fazer, com trê opçõe poívei: Máquina de Corrente Contínua, Máquina de Corrente Alternada Síncrona e Máquina de Corrente Alternada Aíncrona. Oberve a figura 8: Figura 8: Simulaçõe poívei no ite para imulação de máquina elétrica Na opção Máquina de Corrente Contínua, o uuário pode optar por imular Gerador de Corrente Contínua ou Motor de Corrente Contínua. Oberve a figura 9: Figura 9: Simulação do Gerador ou Motor de Corrente Contínua Na opção Máquina de Corrente Alternada Síncrona, o uuário pode optar por imular Gerador ou Motor de Pólo Lio, ou ainda, Gerador ou Motor de Pólo Saliente. Oberve a figura 10: Figura 10: Simulação do Gerador/ Motor de Pólo Lio ou Pólo Saliente Relatório Final do PIBITI/CNPq/IFG - agoto/2013-julho/

11 E por fim, na opção Máquina de Corrente Alternada Aíncrona, o uuário pode optar por imular Motor de Indução Trifáico. Oberve a figura 11: Figura 11: Simulação do Motor de Indução Trifáico O arquivo de extenão.jp vito na figura 6 e referem ao objeto Java, ão ele: Site01.jp/Máquina de Corrente Contínua - Gerador, Site02.jp/Máquina de Corrente Contínua - Motor, Site03./Máquina de Corrente Alternada Síncrona Gerador de Pólo Lio, Site04.jp/Máquina de Corrente Alternada Síncrona Motor de Pólo Lio, Site05.jp/Máquina de Corrente Alternada Síncrona Gerador de Pólo Saliente, Site06.jp/Máquina de Corrente Alternada Síncrona Motor de Pólo Saliente e Site07.jp/Máquina de Corrente Alternada Aíncrona - Motor de Indução Trifáico. Ete, programado e codificado na linguagem Java, utilizam do parâmetro de entrada para cada máquina, expoto na figura 9, 10, 11 e o utilizam no equacionamento propoto pelo referencial teórico dete projeto. O reultado obtido ão expoto na tela, para que o uuário leia e entenda todo o proceo. Oberve a figura 12 e 13: Figura 12: Trecho da programação Java em Site07.jp Figura 13: Reultado para a imulação do Motor de Indução Trifáico Relatório Final do PIBITI/CNPq/IFG - agoto/2013-julho/

12 Concluão Diante da dificuldade encontrada pelo aluno, contruímo ete ite para a imulação de Máquina Elétrica a fim de e obter um amplo entendimento da diciplina, preparando-o para a ala de aula e laboratório. O memo ainda não foi hopedado pelo ervidor do IFG, ma já etá pronto para tal ação. De forma implificada, o uuário ecolhe por qual imulação deeja fazer e nela digita o valore de entrada exigido. Em eguida, o oftware (objeto Java) inviível ao olho de quem etá utilizando da página, equaciona todo o proceo e imprime o reultado na tela. Para um projeto futuro, ugerimo o deenvolvimento de gráfico e diagrama faoriai com o objetivo de melhor ilutrar o funcionamento deta máquina com foco em eletricidade. Referência Bibliográfica (1) Autor Deconhecido. Máquina Elétrica. Diponível em: < Aceo em: 08 de agoto de (2) MUSSOI, Fernando Luiz Roa. Eletricidade e Intalaçõe. Diponível em: < Aceo em: 08 de agoto de (3) Autor Deconhecido. Máquina de Corrente Contínua. Diponível em: < Aceo em: 09 de agoto de (4) Autor Deconhecido. Máquina Síncrona. Diponível em: < Aceo em: 09 de agoto de (5) GUEDES, Manuel Vaz. O Motor de Indução Trifáico. Diponível em: < Aceo em: 09 de agoto de (6) Autor Deconhecido. HTML. Diponível em: < Aceo em: 10 de agoto de (7) MAUJOR. Tutoriai CSS, Web Standard, Aceibilidade, HTML, XHTML, Padrõe Web. Diponível em: < Aceo em: 10 de agoto de (8) PAMPLONA, Vitor Fernando. Tutorial Java: O que é Java? Diponível em: < Aceo em: 10 de agoto de (9) PITTELLA, Felipe. O que é JSP? Diponível em: < Aceo em: 10 de agoto de (10) FITZGERALD, A.E.; KINGSLEY, Charle; UMANS, Stephen D. Máquina Elétrica: Com introdução à Eletrônica de Potência. 6 Edição. Editora: Artmed Bookman, (11) NEITZKE, Neri A. Vídeo Aula de Java EE. Diponível em: < Aceo em: 11 de agoto de Relatório Final do PIBITI/CNPq/IFG - agoto/2013-julho/