Máquinas Elétricas e segundo princípio da termodinâmica

Apresentação em tema: "Máquinas Elétricas e segundo princípio da termodinâmica"— Transcrição da apresentação:

1 Máquinas Elétricas e segundo princípio da termodinâmica
Fundamentos da termodinâmica Prof. Klecius R S Celestino

2 Máquinas elétricas Máquinas elétricas são máquinas eletromecânicas cujo funcionamento baseia-se no fenómeno da indução eletromagnética. As máquinas elétricas podem ser classificadas em dois grupos: a) geradores, que transformam energia mecânica oriunda de uma fonte externa (como a energia potencial de uma queda d’agua ou a energia cinética dos ventos) em energia elétrica (tensão); b) motores, que produzem energia mecânica (rotação de um eixo) quando alimentados por uma tensão (energia elétrica). Conforme Figura 1.

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4 Os geradores e motores só se diferenciam quanto ao sentido de transformação da energia, possuindo ambos o mesmo princípio básico: formado por um elemento fixo, chamado estator, e outro móvel, capaz de girar (o rotor). Nesses elementos são fixados enrolamentos onde a corrente circula: um desses enrolamentos é capaz de gerar os campos magnéticos necessários ao funcionamento da máquina e é chamado enrolamento de campo; o outro é chamado enrolamento de armadura (ou induzido, no caso de geradores).

5 A disciplina fundamentos da termodinâmica vai focar no que tange máquinas elétricas:
Nas transformações da energia e na sua conservação. Como que um motor elétrico (gerador) pode transformar a energia potencial e energia cinética em energia elétrica de um motor (compressor, por exemplo para efetuar um ciclo termodinâmico)? Para isso vamos ter de definir: Energia potencial; Energia cinética; Energia mecânica. De um modo geral, a energia pode ser definida como capacidade de realizar trabalho ou como o resultado da realização de um trabalho (já vimos anteriormente a definição de trabalho e as suas relações com a energia interna e calor no assunto 1ª.lei da termodinâmica).

6 Energia cinética 𝐸 𝑐 = 𝑚. 𝑣 2 2
É a energia que um corpo adquire quando está em movimento; chama-se “energia cinética”. A energia cinética depende de dois fatores: da massa e da velocidade do corpo em movimento, e ela é definida: 𝐸 𝑐 = 𝑚. 𝑣 2 2 Transformação de trabalho em energia cinética, observe o próximo slide...

7 Teorema da energia cinética
O trabalho realizado pela resultante de todas as forças aplicadas a uma partícula durante certo intervalo de tempo é igual à variação de sua energia cinética, nesse intervalo de tempo. Supondo uma força F constante, aplicada sobre um corpo de massa m com velocidade vA, no início do deslocamento d e velocidade vB no final desse mesmo deslocamento (vide figura).

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9 Energia potencial É um tipo de energia que o corpo armazena, quando está a uma certa distância de um referencial de atração gravitacional ou associado a uma mola. Existe uma forma de energia que está associada a posição, ou melhor, uma energia que fica armazenada, pronta para se manifestar quando exigida, esta forma de energia recebe o nome de Energia Potencial. Devido ao campo gravitacional um corpo nas proximidades da superfície terrestre tende a cair em direção ao centro da Terra, este movimento é possível devido a energia guardada que ele possuía. Esta energia é chamada Potencial Gravitacional.

10 Energia potencial Devido ao campo gravitacional um corpo nas proximidades da superfície terrestre tende a cair em direção ao centro da Terra, este movimento é possível devido a energia guardada que ele possuía. Esta energia é chamada Potencial Gravitacional. 𝐸 𝑝𝑔 =𝑚.𝑔.ℎ Onde m-massa; g-aceleração da gravidade e h-distância de acordo com um referencial

11 Energia mecânica Chamamos de Energia Mecânica a todas as formas de energia relacionadas com o movimento de corpos ou com a capacidade de colocá-los em movimento ou deformá-los. A energia mecânica (Emec) de um sistema é a soma da energia cinética e da energia potencial. Quando um objeto está a uma altura h, ele possui energia potencial; à medida que está caindo, desprezando a resistência do ar, a energia potencial gravitacional do objeto que ele possui no topo da trajetória vai se transformando em energia cinética e quando atinge o nível de referência a energia potencial é totalmente transformada em energia cinética. Este é um exemplo de conservação de energia mecânica. Na ausência de forças dissipativas, a energia mecânica total do sistema se conserva, ocorrendo transformação de energia potencial em cinética e vice-versa. 𝐸 𝑚𝑒𝑐(𝑎) = 𝐸 𝑚𝑒𝑐(𝑏)

12 Potência e energia elétrica
Pode-se relacionar a potência com o trabalho de uma força aplicada a um corpo. A potência nada mais é do que a razão entre o energia e o tempo geralmente o segundo (s). 𝑃= 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 Energia elétrica Em termos elétricos o trabalho (W) realizado por uma força elétrica em cada portador de carga (q) é entendido da forma: 𝑤=𝑞.𝑢 Onde q-carga elétrica e u-tensão elétrica Potência elétrica P=u.i

13 Exercícios Qual é a energia cinética de um corpo de 10kg, que está a uma velocidade de 10m/s? Determine a energia potencial de um corpo de 100kg a uma altura de 100m. Considere g=10m/s2 Um corpo de massa igual a 1 kg é jogado verticalmente para baixo, de uma altura de 20 m, com velocidade inicial de 10 m/s, num lugar onde a aceleração da gravidade é 9,8 m/s2 e o atrito com o ar, desprezível. Qual a sua energia cinética quando se encontra a 10 m do chão? Qual é a potência instalada por uma queda d´água de 100m que percorre em um duto de 100mm de diâmetro e de vazão de 0,1m3/h. Considere a aceleração da gravidade igual a 9,8m/s2 e a densidade da água 1000kg/m3 Qual é a potência elétrica de uma máquina que opera em 220V e 10A?