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GERADORES DE TENSÃO E DE CORRENTE MECATRÔNICA

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ELETRICIDADE

Fenômeno físico originado por cargas elétricas estáticas ou em movimento e por sua interação. Quando uma carga se encontra em repouso, produz forças sobre outras situadas à sua volta. Se a carga se desloca, produz também forças magnéticas. Há dois tipos de cargas elétricas, chamadas positivas e negativas. As cargas de nome igual se repelem e as de nome distinto se atraem. A eletricidade está presente em algumas partículas subatômicas.

A partícula mais leve que leva carga elétrica é o elétron, que transporta uma unidade de carga (cargas elétricas de valor menor são tidas como existentes em quarks). Os átomos em circunstâncias normais contêm elétrons, e frequentemente os que estão mais afastados do núcleo se desprendem com muita facilidade. Em algumas substâncias, como os metais, proliferam-se os elétrons livres. Desta maneira, um corpo fica carregado eletricamente graças à reordenação dos elétrons. Um átomo normalmente tem quantidades iguais de carga elétrica positiva e negativa, portanto é eletricamente neutro.

A quantidade de carga elétrica transportada por todos os elétrons do átomo, que por convenção são negativas, está equilibrada pela carga positiva localizada no núcleo. Se um corpo contém um excesso de elétrons ficará carregado negativamente. Ao contrário, com a ausência de elétrons, um corpo fica carregado positivamente, devido ao fato de que há mais cargas elétricas positivas no núcleo.

DESCARGAS ATMOSFERICAS

É comum aviões serem atingidos pelos raios, mas como estão imersos no ambiente ionizado, o raio passa pela carcaça metálica, que forma uma "gaiola de Faraday", e continua a descida em direção ao solo, sem afeta os instrumentos de bordo. Em tempos, Michael Faraday, cientista que viveu no século XIX, desenvolveu uma proteção contra descargas atmosféricas, este dispositivo, nada mais é, do que um cubo feito de tela de fio condutor (arame, por exemplo).

Quando um raio cai sobre a tela, cada "quadrícula" da malha metálica funciona como uma espiral de bobina. A reação do raio torna o campo eletromagnético dentro da gaiola nulo, desviando para o terra a corrente gerada. Dizem os historiadores que, quando Faraday revelou a sua descoberta à comunidade científica da época, os seus colegas zombaram da sua teoria. Para provar as suas convicções, ele pegou no seu filho e, cobrindo-lhe os olhos com um pano escuro, colocou-o dentro de uma gaiola metálica.

Diante das autoridades científicas, Faraday ligou um autotransformador, cujo secundário estava próximo da gaiola aterrada. Após elevar a tensão para milhares de Volts, várias descargas (raios) atingiram a gaiola. Quando o transformador foi desligado, retirou o seu filho ileso da gaiola, para espanto de todos. O princípio de Faraday é utilizado tanto para alta quanto para baixa tensão.



ENERGIA ELÉTRICA

A energia elétrica é o ponto de partida para entendermos o funcionamento dos equipamento eletro eletrônicos. É a principal fonte de energia do mundo, produzida a partir do potencial elétrico de dois pontos de um condutor. Foi o filósofo grego, Tales de Mileto, quem descobriu por meio de uma experiência, as cargas elétricas e, a partir disso, a palavra "eletricidade" começou a ser utilizada.

Nas Usinas Hidrelétricas, utiliza-se a força das águas, dos rios, para gerar energia mecânica, que por sua vez chega para a população em forma de energia elétrica, tão indispensável nos dias atuais: computadores, baterias, eletrodomésticos, iluminação, televisores, dentre outros.

De um modo geral a rede elétrica pode ser:

� Monofásicas

� Bifásicas

� Trifásicas

O importante é saber que a maioria das residências são monofásicas

No Sistema Internacional (SI), a energia elétrica é representada em joule (J), contudo, a unidade de medida mais utilizada é o quilowatt-hora (kWh), como podemos notar na medição do consumo de energia elétrica feita pelas companhias energéticas. Ademais, a agência que fiscaliza e regulariza a geração, comercialização e transmissão da energia elétrica no Brasil é a Aneel - "Agência Nacional de Energia Elétrica".

Os principais tipos e formas de produção de energia são:

- Energia Nuclear - Energia Eólica - Energia Solar - Usinas Hidrelétricas - Usinas Termoelétricas - Usina Nuclear

AS TENSÕES

90V~110V são mais utilizadas no Sul do Brasil, Sudeste e Minas Gerais. 180~220V são mais utilizadas no centro Oeste, Norte e Nordeste. 380 V são trifásicas utilizadas em todas as regiões do pais dependendo da sua necessidade. Os aparelhos elétricos podem funcionar com uma tensão de entrada igual a 110V ou 220V. Os mais modernos dotados de fontes chaveadas automáticas operam numa faixa de 90 à 250VAC.



TENSÃO ELÉTRICA E DIFERENÇA DE POTENCIAL (DDP)

Considere um aparelho que mantenha uma falta de elétrons em uma de suas extremidades e na outra um excesso. Este aparelho é chamado gerador e pode ser uma pilha comum. A falta de elétrons em um pólo e o excesso em outro origina uma diferença de potencial (d.d.p.) . Um aparelho elétrico só funciona quando se cria uma diferença de potencial entre os pontos em que estiver ligado para que as cargas possam se deslocar. A tensão

elétrica é a diferença de potencial entre dois pontos. A unidade da tensão elétrica, no SI, é o volt (V) em homenagem ao Físico Italiano Alessandro Volta.

Por outras palavras, a tensão elétrica é a "força" responsável pela movimentação de elétrons,

portanto a tensão é a tendência que uma

carga tem de ir de um ponto para o outro.

Normalmente toma-se um ponto que se

considera de tensão zero e mede-se a

tensão do resto dos pontos relativos a este.



CORRENTE ELÉTRICA

Chama-se corrente elétrica o fluxo ordenado de elétrons em uma determinada secção. A corrente contínua tem um fluxo constante, enquanto a corrente alternada tem um fluxo de média zero, ainda que não tenha valor nulo todo o tempo. Esta definição de corrente alternada implica que o fluxo de elétrons muda de direção continuamente.

O fluxo de cargas elétricas pode gerar-se em um condutor, mas não existe nos isolantes. Alguns dispositivos elétricos que usam estas características elétricas nos materiais se denominam dispositivos eletrônicos

A unidade de media é o Ampère segundo Sistema Internacional de Unidades de intensidade de corrente elétrica é a letra A. O nome é uma homenagem ao físico francês André-Marie Ampère (1775-1836).

MEDIÇÃO DA CORRENTE DC



POTÊNCIA ELÉTRICA

Considere um dispositivo que esteja participando de um circuito elétrico. Esse dispositivo é chamado de bipolo e possui dois terminais, um por onde a corrente entra e outro por onde a corrente sai. Pilhas e lâmpadas são exemplos de bipolos.

Para a corrente passar por esse bipolo, é necessário que seja estabelecido uma diferença de potencial (U) nos seus terminais, ou seja, uma tensão. Sabendo-se o valor dessa tensão e o valor da

corrente que flui pelo bipolo, podemos calcular o valor da potência elétrica através da formula mostrada ao lado.

POTÊNCIA ELÉTRICA DISSIPADA

Quando utilizamos algum aparelho que funciona à base de transformação de energia, podemos observar que ele esquenta durante o seu funcionamento. Isso não é diferente quando estamos lidando com aparelhos que funcionam à base de energia elétrica. Esse aquecimento é conhecido como efeito Joule, e ele é fruto das colisões que os elétrons sofrem contra os átomos e íons que pertencem ao condutor. A energia que é drenada nesse aquecimento é chamada de energia dissipada. Existem aparelhos que têm como objetivo dissipar toda a energia elétrica e transformá-la em energia térmica. Temos muitos exemplos cotidianos de aparelhos que funcionam assim, o chuveiro, o ferro de passar, o forno elétrico, o secador de cabelo, etc.

Os aparelhos citados são providos de resistores. Esses resistores são dispositivos que transformam integralmente a energia elétrica em energia térmica, e por isso, quando a corrente elétrica flui por ele, ele esquenta. Em resumo, potência elétrica é todo o trabalho realizado por uma determinada corrente em um intervalo específico de tempo. Com este conceito em mente, conseguimos entrar em outro campo e classificar as principais diferenças entre potência ativa, reativa e aparente.



ELETRICIDADE ESTÁTICA

É um fenômeno de acumulação de cargas elétricas em um corpo, seja ele condutor, semicondutor ou isolante. Essa eletricidade deve-se ao fato de os átomos dos corpos apresentarem desequilíbrio quanto à sua neutralidade. Tal fenômeno ocorre quando os átomos de um determinado corpo perdem ou ganham elétrons, ficando dessa forma carregado positivamente ou negativamente.

COMO OCORREM AS DESCARGAS ELETROSTÁTICAS

Um exemplo classico de descarga eletrostática ocorre quando tocamos placas e chips com as mãos.

OS ESTRAGOS CAUSADOS PELAS DESCARGAS ELETROSTÁTICAS

Descargas eletrostáticas podem causar dois tipos de falhas, catastróficas e latentes. As falhas catastróficas são as mais fáceis de serem percebidas. A placa, chip ou disco rígido simplesmente não funciona, mesmo quando novos. As falhas latentes são bem piores. O equipamento funciona aparentemente bem, mas depois de alguns meses, semanas ou até dias, a falha é manifestada, de forma permanente ou intermitente. Se ocorrer fora do período de garantia, o problema é muito maior.



INFLUÊNCIA DA UMIDADE RELATIVA DO AR

É errado pensar que as descargas eletrostáticas só ocorrem quando o clima é seco. Andar em um carpete pode gerar tensões de 3500 volts se a umidade relativa do ar estiver baixa, ou de apenas 1500 volts se a umidade estiver alta. Saiba que quanto menor é a umidade relativa do ar, mais altas serão as voltagens. Basta uma descarga de algumas centenas de volts para danificar um chip. ELETROSTÁTICA Durante o tempo seco, partículas letrostáticas que normalmente se dispensariam pela umidade do ar, ficam acumuladas no corpo, causando choques. O atrito entre superfícies quando alguém anda ou dirige, pelo próprio raspar das roupas ou pelo contato com o banco do carro, cria um acúmulo de cargas no corpo. Elas podem ser positivas ou negativas, dependendo do material. Quando se toca em algum objeto metálico, material condutor, como o metal da porta do carro ou maçanetas, ou mesmo em outra pessoa com um potencial elétrico diferente, ocorre uma transferência de cargas; ou seja, uma descarga elétrica, que acarreta um choque.

COMO PROTEGER OS CIRCUITOS

É preciso que exista um caminho de condução elétrica entre a carcaça do equipamento e o TERRA da rede elétrica. Técnicos e usuários devem tomar cuidado, ao manuseiarem os componentes durante muito tempo. Para isso basta tocar com as duas mãos um corpo metálico, como uma janela, antes de manusear circuitos eletrônicos, mas ainda sim a melhor opção é o uso de pulseira anti-estática.



GERADORES ELÉTRICOS São classificados em dois tipos:

� TENSÃO CONTÍNUA � TENSÃO ALTERNADA

GERADOR ELÉTRICO (CA)

O gerador de CA é o meio mais importante para a produção da energia elétrica que usamos atualmente. Como sabemos, a tensão CA é usada na maioria das aplicações, devido à facilidade com que o seu valor pode ser modificado com o auxílio de transformadores.

O tamanho dos geradores CA, ou alternadores, depende muito da energia que eles devem fornecer. Por exemplo, um dos 20 geradores existentes na usina hidrelétrica de Itaipu gera 700 MW (capacidade instalada = 14.000 MW). Por outro lado, os alternadores empregados nos modernos automóveis geram comumente menos de 500 W.

Toda via, gerador elétrico, se resume a um dispositivo que produz uma força eletromotriz (f.e.m.) pela variação do número de linhas de fluxo (linhas de força) magnético, que atravessam uma bobina de fio. Na ilustração é apresentado seu principio de funcionamento no qual ao acionar a manivela, a bobina gira entre os polos do íman e uma tensão de alternada (AC) é produzida.

A Força Eletromotriz (f.e.m), induzida na bobina é proporcional ao número de espiras, da bobina, e essa está sob a influência de campo magnético estacionário.

Diferentes taxas temporais do fluxo magnético, são obtidas em função dos vários ângulos de rotação.



GERADOR DE TENSÃO CONTÍNUA (CC) É aquele que possui nível de tensão contínuo ao longo do tempo. Exemplo: pilhas e baterias. A tensão contínua tem como característica o não mudar de polaridade com o tempo, ou seja, apresenta sempre um polo positivo e outro sempre negativo. Em termos mais elaborados a corrente contínua (CC, ou em inglês DC – direct current), é o fluxo de elétrons em um único sentido. As pilhas e baterias, por exemplo, cada extremidade possui sempre o mesmo sinal. Uma ponta é polo positivo e a outra ponta o polo negativo. Dessa forma os elétrons se movem do polo negativo, que os repele, para o polo positivo, que os atrai. É usada principalmente em circuitos que usam baixa tensão, como aparelhos eletrônicos. Por isso pilhas e baterias comuns usam de 1,5 a 9 volts. A característica geral da corrente elétrica se da no fato de fluir somente se o circuito estiver fechado, interrompendo o fluxo se o circuito for aberto. CC vs CA A corrente contínua é gerada principalmente por elementos químicos, que quando colocados em contato, transformam energia química em energia elétrica. A pilha comum, por exemplo, é formada de zinco (polo negativo) e carbono (polo positivo). Quando seus polos são ligados, ocorre uma reação química em que o zinco libera elétrons, gerando uma diferença de potencial e consequentemente uma corrente elétrica. Essa tensão é baixa, por isso carrinhos de controle remoto utilizam várias pilhas para funcionar. Circuitos eletrônicos também usam baixa tensão. Computadores utilizam aproximadamente 5 V em suas placas. A corrente alternada diz-se ser a corrente da natureza, pois é gerada a partir de elementos naturais como quedas d’água, vento, que fazem girar um ímã ou uma bobina para gerar a corrente, como dito acima. Essa é a corrente que chega até as tomadas das nossas casas. Ela é utilizada nas linhas de transmissão, pois com ela as perdas de energia são menores. Quanto maior a corrente, maior a perda de energia pelo aquecimento do fio (efeito Joule). Com a corrente alternada é muito mais fácil você aumentar e diminuir a voltagem usando transformadores, sendo assim possível levar energia a lugares distantes pelas linhas de transmissão sem a necessidade de estações elétricas no caminho para amplificá-la. Isso é inviável usando corrente contínua. A facilidade com a qual as voltagens podem ser elevadas ou diminuídas com o transformador é a principal razão para a distribuição de energia elétrica seja de corrente alternada. Ambas correntes possuem suas utilidades. Ao comprar um aparelho eletroeletrônico, verifique se sua voltagem é a correta para a sua cidade. Se for construir uma casa ou fazer uma obra que mexa na estrutura elétrica, é necessário que seja feito um projeto elétrico para que não haja riscos de incêndios nem perdas financeiras. Você pode chegar a perder o valor de um carro popular por mês se a eficiência do seu sistema elétrico não estiver bem ajustada.

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