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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)

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PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM GERADOR ELÉCTRICO

Indução Electromagnética dt

dNFem

Φ−=

Os magnetos estabelecem um fluxo magnético constante.

Se rodarmos a espira, o fluxo que atravessa a superfície da espira vai variar 0≠Φ

⇒dt

d

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!

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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:

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2

2

1CVE =

As características dos dois condensadores são:

mFC 181 = e VV 51 = FC 2002 = e VV 522 ,=

Em termos de energia resulta em:

JE 22501 ,= JE 6252 =

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

12000 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.

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

MOTOR /

GERADOR

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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).

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(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.

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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.

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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.

Para finalizar …. vamos experimentar?

Conversores DC/AC