Energia Na Agricultura - A2

ENERGIA ELÉTRICA NA AGRICULTURA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA

Prof. Dr. Daniel Albiero

FORTALEZA-CE

ConceitosCarga Elétrica: Como sempre tudo começou com os filósofos gregos!!!

ConceitosCarga Elétrica:

Átomos de ouro

ConceitosCarga Elétrica:Os materiais e substâncias podem ter carga elétrica positiva, negativa e neutra.

Na+ Cl-

Na Cl(neutro)

(“perdeu um elétron”)

Ficou positivocátion

(“ganhou um elétron”)

Ficou negativoânion

(neutro)

(Neutro outra vez)

ConceitosCarga Elétrica:

Lei de Coulomb: Cargas com mesmo sinal se repelem, cargas de sinal contrário se atraem.

^

221 ... d

dqqkF

Força Eletrostática

ConceitosCarga Elétrica:Corrente elétrica

dtdqi

(1C)=(1A).(1s)

q de 1 elétron=1,602.10-19 C

(1,602.1019 elétrons)=(1A).(1s)

1 A = (1,602.1019 e- )/s

Para matar um ser humano bastam 20 mA (na frequëncia de 60 Hz)=2. 10-2 A 0,02 A

50 V ca

ConceitosCampo Elétrico: Quando se tem partículas carregadas em um espaço, estas influem no espaço causando um campo vetorial de influência em outras partículas se presentes. Esta influência se liga diretamente a fenômenos referentes a força eletrostática.

Conceitos

qFE

dq- q+ P

z3

0

....2

1zdqE

Campo elétrico:

ConceitosCampo elétrico:

EqF .

A força eletrostática que atua em uma partícula carregada localizada na área externa de um campo elétrico tem a direção do campo elétrico a partícula for positiva, e direção contrária se a partícula for negativa.

F

F

F-

-F

Lei de Gauss

O fluxo elétrico de cargas através de uma superfície gaussiana é proporcional ao número de linhas de campo elétrico que passam pela superfície.

íquidaqAdE ..0

Potencial Elétrico (Energia elétrica)

Quando uma força eletrostática atua entre duas ou mais partículas carregadas, existe uma energia potencial elétrica U no sistema.

WUUU if

ddpAB

A B

Ui

Uf

Potencial Elétrico (Energia elétrica)

)()(

)( VVoltsCCoulombs

JJoulesqUV

f

i

sdEV .

CapacitânciaA capacitância (C) é uma relação entre as carga elétricas (q) possíveis de serem armazenada por um capacitor em função da diferença de potencial a ele imposta (V)

VCq .

Os capacitores são formados por dois condutores isolados que são ligados a uma fonte de energia elétrica (bateria). Estes condutores tem cargas opostas de igual magnitude, o que gera um campo elétrico entre os mesmos. Este campo elétrico armazena energia potencial elétrica U.

CqU.2

2

Corrente elétrica

dtdqi dtidqq .

Em metais devido as redes cristalinas estáveis, existe uma nuvem de elétrons livres, que facilmente são movimentados devido a alguma diferença de potencial (ddp). É por este motivo que metais são bons condutores de eletricidade (elétrons).

smVd /10 5No entanto quando uma ddp surge, a velocidade de influencia do campo elétrico é igual a da luz, aproximadamente 300.000 km/s.

Resistência elétrica

Quando um condutor metálico e colocado sobre uma ddp, um número muito elevado de elétrons livres passa a se deslocar nesse condutor. No entanto eles não tem caminho livre, os elétrons colidem entre si e também contra os átomos que constituem o metal (com exceção de materiais supercondutores, e ou a baixissima temperatura, próximos de 0 K. Assim os elétrons sofrem resistência para se deslocarem.

iVR Lei de Ohm

Potência em circuitos elétrica

dqdUV

dtidqdtdqi .

dtdUiV

dtidUV ..

dU = joules; dt= segundos dU/dt=joules/s=watts!!!=Potência

PotênciaiV .

ViRi

VR .

DissipadaPotênciaiR .. 2

Efeito Joule

Força EletroMotriz (FEM)

Força EletroMotriz (FEM=ξ)

dtidWdqdWdqdW ...

dW

=dq/dt

iRdtRidti .... 2

MagnetismoA bem da verdade os físicos não sabem ainda qual a origem do magnetismo.

A teoria mais aceita supõe que o campo magnético é originário de “alguma forma” do momento angular spin do elétron (S). Que poderia ser considerado como a “rotação do elétron”, embora perante a mecânica quântica o elétron não gire na verdade!!!

Esta “rotação” do elétron está intrinsecamente ligada ao momento de dipolo magnético spin (μs) do elétron (propriedade intrínseca ao elétron), que em ultima análise gera o dipolo do campo magnético do elétron (B).

S

B

μs

Magnetismo

BvqFB .B

v

v x B

q

BLiFB .

B

i

v x B

q

LitLqvq ...

Magnetismo-Lei de Ampere

i

isdB ..

hniB ...

Motores ElétricosHistórico:

A maioria dos equipamentos elétricos depende diretamente ou indiretamente do magnetismoO fenômeno do magnetismo foi descoberto pelos chineses em 2600 a.c., eles usavam pedras de magnetita como bússolas (imãs).

Todo imã tem dois pólos (norte/sul), que atraem pedaços de ferro. Analogamente como cargas elétrica, pólos iguais se repelem, e pólos opostos se atraem.Evolução:1819-Oersted descobriu a importantíssima relação entre o magnetismo e a corrente elétrica: Ele observou que uma corrente elétrica ao atravessar um condutor produz um campo magnético em torno do condutor, nascia o eletromagnetismo;

1823-Barlow desenvolveu o primeiro motor elétrico;

1831-Faraday descobriu que quando um condutor atravessa um campo magnético, é induzida uma diferença de tensão (ddp) entre os terminais do condutor ( princípio da indução eletromagnética);

Indução eletromagnética-Lei de Faraday

Uma força eletromotriz (FEM=ddp) é induzida em um loop de um condutor quando o número de linhas de campo magnético que passam através do loop muda.

AdB .

dtdN

.

N

Ri

EletroMagnetismo-Motor elétrico

i

ba

)(..... sinBbaiN

Motor elétrico corrente contínua

Motor elétrico trifásico corrente alternada

Campo Girante Trifásico - Conceito

Estator Ns

Rotor Nr

MOTORES ELÉTRICOS

CORRENTECONTÍNUA

• IMÃ PERMANENTE• CAMPO SÉRIE• CAMPO PARALELO• COMPOSTO

MOTORUNIVERSAL

CORRENTEALTERNADA

MOTORLINEAR

MOTORTRIFÁSICO

SÍNCRONOINDUÇÃO - MTI

• IMÃ PERMANENTE

• ROTOR BOBINADO

• RELUTÂNCIA

GAIOLA DE ESQUILO ROTOR BOBINADO

MOTORMONOFÁSICO

INDUÇÃO

GAIOLA DE ESQUILO

ROTORBOBINADO

• FASE DIVIDIDA• CAP. PARTIDA• CAP. PERMANENTE

• DUPLO CAPACITOR

SÍNCRONO

• IMÃ PERMANENTE

• HISTERESE

• RELUTÂNCIA

• INDUTOR

CORRENTEPULSANTE

MOTOR DE PASSO( Step Motor )

RELUT. VARIÁVELIMÃ PERMANENTEHÍBRIDO

• CAMPO DISTORCIDO

Mais usados na agricultura

Motor elétrico corrente alternada Síncronos e Assíncronos

Motor Síncrono

c.a.

c.c. (corrente de excitação)

A rotação do rotor é igual a rotação do campo (síncrona).

pfns

.2.120

)1.(

.2.120 spfns

c.a.

corrente induzidaA rotação do rotor é defasada em relação a rotação do campo (assíncrona), devido ao atraso decorrente da indução eletromagnética.

Motor Assíncrono

Motor elétricoMotor de corrente alternada assíncrono trifásico de induçãoGaiola de Esquilo

Motor elétricoMotor de corrente alternada assíncrono trifásico de induçãoGaiola de Esquilo

Motores Elétricos

Rotor bobinado

Motor de corrente alternada assíncrono trifásico de indução

Reostato

Máquinas elétricas

Energia Energia

Gerador de energia elétrica

Gerador de corrente alternada Síncrono

Gerador corrente contínua

Gerador Síncrono

c.c.Corrente de excitação

c.a. c.a.

corrente

induzida

Gerador AssíncronoGerador de energia elétrica

ncampo=nrotor ncampo< nrotor

Gerador de energia elétrica

Rotor de Gerador Síncrono de Itaipu

Fator de potëncia

100% 50% 0% Load in motor

Fator de potëncia

Fator de potëncia

Fator de potëncia

Fator de Potência=cos(φ)

)(..

totalAparentePotênciaAtivaPotênciaFP

22 Re..

.

ativaPotênciaAtivaPotência

AtivaPotênciaFP

Correção do Fator de potëncia

Dimensionamento correto de equipamentos elétricos (motores, geradores, etc.)

Instalar e operar corretamente equipamentos elétricos (motores, geradores, etc.)

Instalação de Banco de Capacitores.

Transmissão de Energia Elétrica

Corrente elétrica contínuaResistência

Corrente elétrica alternadaImpedância

Fluxo magnéticoRelutância

Transmissão de Energia Elétrica

13,8 kV

138 kV

RAL

.

DissipadaPotênciaRU .

2

DissipadaPotênciaLAU .

..2

Potência dissipada máxima de 1%

AU

LDissipadaPotência2

...

Transmissão de Energia Elétrica

Subestação elevadora

Subestação abaixadora

Transformador

Potênciaprimário = Potênciasecundário

Pp=V1.i1 Ps=V2.i2

2

2

1

1

NV

NV

V1.i1 =V2.i2

1

2

2

1

Ni

Ni

Transformador

Transmissão de Energia Elétrica-Itaipu

Subestação elevadora

Subestação abaixadora

Transmissão

Distribuição

Transformador abaixador e linha

de serviço