Montagem de um Motor Elétrico: Princípios e Funcionamento, Notas de estudo de Engenharia Civil

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ESCOLA DE ENGENHARIA DE

PIRACICABA

ENGENHARIA CIVIL

LABORATÓRIO DE FÍSICA II

MONTAGEM DE UM MOTOR

DIDÁTICO

Nomes:

Professor:

Dr. Julio Cesar Martins de Oliveira

Piracicaba, 30 de Novembro de 2010

1. Objetivos

Construir um motor elétrico, com a finalidade de colocar em prática a ligação do campo magnético, corrente e a força gerada pelo conjunto, fazendo assim a rotação da bobina do motor.

2. Fundamentos Teóricos

2.1 Introdução

A rotação inerente aos motores elétricos é a base do funcionamento de muitos eletrodomésticos. Por vezes, esse movimento de rotação é óbvio, como nos ventiladores ou batedeiras de bolos, mas freqüentemente permanece um tanto disfarçado, como nos agitadores das máquinas de lavar roupas ou nos 'vidros elétricos' das janelas de certos automóveis. Motores elétricos são encontrados nas mais variadas formas e tamanhos, cada qual apropriado á sua tarefa. Não importa quanto torque ou potência um motor deva desenvolver, com certeza, você encontrará no mercado aquele que lhe é mais satisfatório.

Alguns motores operam com corrente contínua ( CC / DC ) e podem ser alimentados quer por pilhas/baterias quer por fontes de alimentação adequadas, outros requerem corrente alternada ( CA / AC ) e podem ser alimentados diretamente pela rede elétrica domiciliar. Há até mesmo motores que trabalham, indiferentemente, com esses dois tipos de correntes.

2.2 Princípio de funcionamento

O que faz girar o rotor do motor elétrico? O rotor do motor precisa de um torque para iniciar o seu giro. Este torque (momento) normalmente é produzido por forças magnéticas desenvolvidas entre os pólos magnéticos do rotor e aqueles do estator. Forças de atração ou de repulsão, desenvolvidas entre estator e rotor, 'puxam' ou 'empurram' os pólos móveis do rotor, produzindo torques, que fazem o rotor girar mais e mais rapidamente, até que os atritos ou cargas ligadas ao eixo reduzam o torque resultante ao valor 'zero'. Após esse ponto, o rotor passa a girar com velocidade angular constante. Tanto o rotor como o estator do motor devem ser 'magnéticos', pois são essas forças entre pólos que produzem o torque necessário para fazer o rotor girar. Todavia, mesmo que ímãs permanentes sejam freqüentemente usados, principalmente em pequenos motores, pelo menos alguns dos 'ímãs' de um motor devem ser 'eletroímãs'. Um motor não pode funcionar se for construído exclusivamente com ímãs permanentes!

Figura 3 – Representação do sentido de um campo magnético O campo magnético calcula-se através das fórmulas:

Fórmula 1 – Campo magnético para: Fio reto e longo

Fórmula 2 – Campo magnético para: Espira Circular

Fórmula 3 – Campo magnético para: Solenóide

2.5 Espira

Uma espira é um tipo de circuito elétrico que possui diversas funções voltadas, principalmente, à produção de campo magnético, eletricidade e energia mecânica. É componente dos geradores de energia elétrica, assim como dos motores elétricos, dos transformadores, indutores e de vários outros dispositivos.

Motor

Quando um espira é submetida a uma corrente elétrica e a um fluxo magnético, ocorre a ação de forças magnéticas sobre ela. Esse dois fatores provocam o deslocamento das laterais da espira no sentido de afastamento do eixo. Essa força atua durante meio ciclo e seu sentido é invertido após a inversão da corrente, com o auxílio do comutador. O fenômeno, que pode ser melhor compreendido com a Regra da mão direita, causa a rotação da espira e transformação de energia elétrica em mecânica.

Figura 4 – Regra da mão direita

2.6 Corrente Elétrica

A corrente elétrica é um fluxo de elétrons que circula por um condutor quando entre suas extremidades houver uma diferença de potencial. Esta diferença de potencial chama-se tensão. A facilidade ou dificuldade com que a corrente elétrica atravessa um condutor é conhecida como resistência. Esses três conceitos: corrente, tensão e resistênca, estão relacionados entre si, de tal maneira que, conhecendo dois deles, pode-se calcular o terceiro através da Lei de Ohm

Os elétrons e a corrente elétrica não são visíveis mas podemos comprovar sua existência conectando, por exemplo, uma lâmpada a uma bateria. Entre os terminais do filamento da lâmpada existe uma diferença de potencial causada pela bateria, logo, circulará uma corrente elétrica pela lâmpada e portanto ela irá brilhar.

A relação existente entre a corrente, a tensão e a resistência denomina-se Lei de Ohm: Para que circule uma corrente de 1A em uma resistência de 1 Ohm, há de se aplicar uma tensão em suas extremidades de 1V (V=R.I). O conhecimento desta lei e o saber como aplicá-la são os primeiros passos para entrar no mundo da eletricidade e da eletrônica.

Antes de se começar a realizar cálculos, há que se conhecer as unidades de medida. A tensão é medida em Volts (V), a corrente é medida em Amperes (A) e a resistência em Ohms (ohm).

2.7 Torque sobre uma espira

As forças que um campo magnético exerce sobre um fio que transporta corrente pode agora ser estendida para o estudo de uma única espira transportando corrente imersa num campo magnético. A figura 4 mostra um motor elétrico simples, formado por uma única espira transportando corrente imersa em um campo magnético B. As duas forças F e -F produzem um torque sobre a espira, tendendo a girá-la em torno do seu eixo central.

Figura 5 - Motor elétrico simples

Para calcularmos o torque, utilizamos a seguinte equação:

Fórmula 4 – Torque

• 1 Placa de madeira
• 2 Cantoneiras de aço
• Fio de cobre com Ø2,5mm x ±150mm
• 2 peças de imã eletromagnético
• Pregos de inox e parafusos c/ arruelas
• Fios de cobre esmaltado
• Bateria 9v
• 1 on/off comum
• Cola quente
• Terminais convencionais
• 1 rolo de durex 40mm para enrolamento da bobina
• Fios de ligação elétrica.
• Fita isolante
• Alicate
• Estilete
• Lixa (para desgaste dos fios)

4. Descrição do experimento

Foram fornecidos pela EEP alguns materiais como a madeira, a base, o fio de cobre e os imãs. A madeira quadrada servirá de base da montagem do motor. Posicionamos o imã e alinhamos os mesmos simetricamente (imã já colado a um suporte próprio). Já fixado o ímã a madeira parafusada a base, teremos o |B| campo magnético criado e automaticamente teremos o Torque que precisamos para o efeito giro do eixo quando o mesmo estiver em funcionamento.

Fixamos as cantoneiras metálicas e construímos o eixo central, que também deve ser bem feito para facilitar sua rotação, a bobina central deve ter por volta de 50 voltas de arame de cobre e deve ser cuidadosamente preparado para poder correr facilmente a corrente elétrica fornecida pela bateria 9v, que juntamente com o Torque do |B| e a eletricidade fará com que o eixo gire.

Após toda a montagem básica da base, ligamos a bateria 9v nas extremidades da cantoneira fixadas por parafusos metálicos e como opção inserir ou não um plug liga/ desliga e uma lâmpada para termos certeza de que está havendo corrente elétrica no sistema. Ao pressionar o on/off o eixo recebe alimentação elétrica fornecida pela bateria 9v, no campo formado pelos imãs e no torque que ele proporciona o eixo será girado com facilidade. Lembrando que toda fiação e fixação do suporte do eixo devem

ser condutoras de eletricidade, lixados para poder passar corrente facilmente. Sendo assim teremos sucesso.

5. Conclusão

6. Bibliografia

• http://www.coladaweb.com/fisica/eletricidade/motores-de-

corrente-continua

• http://www.mundovestibular.com.br/articles/757/1/CORRENTE-

ELETRICA/Paacutegina1.html