Geradores de Energia Elétrica I
O uso da energia elétrica depende de sua geração e transmissão a distância. Existem diversas formas de se obter energia elétrica para uso prático. De algumas delas, dependemos quase totalmente. Por isso precisamos saber como funcionam os diversos tipos de dispositivos que geram energia elétrica.
Veremos neste artigo como funcionam os geradores de energia elétrica e quais são os tipos de energia que eles convertem em energia elétrica. Também veremos as caraterísticas que determinam como os geradores podem fornecer energia, e como essas características podem ser medidas. Completaremos vendo o cálculo da capacidade de fornecimento de energia de um gerador.
Neste artigo você irá obter informações sobre:
- o que é um gerador;
- geradores químicos, mecânicos e fotoelétricos;
- o que é a força eletromotriz;
- a resistência interna do gerador;
- como calcular a corrente num circuito onde tenha um gerador.
Geradores
Não é possível obter energia elétrica a partir do nada; ou seja, é preciso converter em energia elétrica alguma outra forma de energia. Para isso, usamos dispositivos denominados geradores.
Assim, a denominação de um gerador elétrico é, todo dispositivo capaz de transformar energia não elétrica em energia elétrica.
É importante salientar que geradores de energia elétrica não gera carga elétrica, mas somente fornece a essas cargas a energia elétrica obtida a partir de outras formas de energia.
O uso da energia elétrica para alimentar os mais diversos dispositivos, desde objetos comuns numa residência, como lâmpadas, eletrodomésticos, um telefone celular ou um rádio portátil, até máquinas industriais e veículos, depende dos geradores.
Os geradores são classificados de acordo com o tipo de energia que convertem em energia elétrica, e podem ser de diversos tipos. Veremos a seguir quais os principais tipos de geradores, e qual o princípio básico de funcionamento de cada tipo.
Geradores Químicos
Geradores químicos são os que convertem em energia elétrica a energia liberada em reações químicas. Aqui no blog tem um artigo específico sobre esse assunto, quando analisamos o modo de funcionamento das pilhas e baterias. Você pode acessar o artigo citado em Campo Elétrico.
Geradores Mecânicos
Geradores mecânicos são os que fornecem energia elétrica a partir de energia mecânica. Por exemplo, a que é liberada quando uma mola é solta, ou quando a água represada é forçada a passar por uma tubulação, movimentando uma turbina.
Se, através de um mecanismo, associarmos a esta mola, ou à água que escoa da represa, um tipo de gerador chamado dínamo, será possível converter energia mecânica em energia elétrica. Na figura abaixo temos a representação da turbina que é acionada pela água em uma usina hidrelétrica, e também uma mola que pode ser contraída, o que a partir disso terá uma energia potencial.
Podemos acoplar os dínamos aos mais diversos dispositivos capazes de aproveitar energia mecânica, como uma hélice movida pelo vento, uma turbina movida pelo vapor de uma caldeira ou, ainda, um motor a gasolina.
No caso do vento, temos os denominados geradores eólicos, instalados em diversas partes do país para produzir energia elétrica. No caso de motores, temos os chamados grupos geradores, empregados em indústrias e em muitos outros contextos. O combustível comumente utilizado pelos grupos geradores é o diesel.
No caso das caldeiras, temos as usinas termoelétricas, instaladas em muitos pontos de nosso país.
Além do dínamo, um outro tipo de gerador mecânico de energia elétrica é o alternador. O alternador difere do dínamo pela forma como fornece energia para uso externo. O alternador gera corrente alternada, enquanto o dínamo gera corrente contínua.
Usinas Atômicas
Na verdade, ainda não é possível obter, de forma direta, energia elétrica das chamadas reações nucleares ou da radiação atômica. O que as usinas fazem é aquecer a água de um reservatório com a radiação de substâncias radioativas como o urânio, de modo a produzir vapor. Este vapor é então usado para movimentar um gerador mecânico, no caso um alternador, que então produz a energia elétrica.
Outros Tipos de Geradores
Além da energia liberada em reações químicas e da energia mecânica, podemos obter eletricidade a partir de diversos outros tipos de energia, se bem que em alguns casos a quantidade e o custo desta energia não sejam compensadores. Consideremos, então, apenas dois desses dispositivos, os principais: as pilhas solares e as células a combustível.
Pilhas Solares
As pilhas solares, painéis solares ou fotocélulas são dispositivos que convertem luz (energia radiante ou eletromagnética) em eletricidade. São constituídas por painéis de silício que, ao receberem a luz, produzem eletricidade.
Como estas células possuem um rendimento muito baixo, é preciso ligar diversas delas em conjunto, formando painéis, a fim de obter energia suficiente para ter aplicabilidade prática.
Células a Combustível
Este é um tipo de gerador que começa a ter algumas aplicações práticas. Trata-se de um dispositivo que produz energia elétrica a partir da combustão de um gás (normalmente hidrogênio) quando ele atravessa eletrodos especiais.
Neste tipo de gerador, ao mesmo tempo em que se produz água, os eletrodos do elemento passam a apresentar uma diferença de potencial capaz de alimentar um circuito. Na figura abaixo temos uma representação de uma célula a combustível.
Força Eletromotriz
Para caracterizar a capacidade de fornecimento de energia de um gerador, devemos considerar dois fatores: sua capacidade de pressionar a cargas entre os eletrodos, de modo a produzir o fluxo de corrente, e sua resistência interna.
Sendo assim, ao representarmos um gerador, consideramos dois elementos: a pressão elétrica entre seus terminais (ou tensão em aberto), denominada força eletromotriz (medida em volts (V)) e abreviada por fem, e a sua resistência interna.
Quando o gerador repõe as cargas que circulam, retirando-as de um eletrodo e levando ao outro, precisa vencer uma certa resistência interna. Neste trabalho ele despende energia, que se transforma em calor. É por este motivo que as pilhas esquentam quando precisam fornecer uma corrente um pouco maior que a normal.
Equação do Gerador
A energia que um gerador pode fornecer a um dispositivo externo (receptor) depende tanto da sua força eletromotriz como da sua resistência interna.
Para relacionar a energia que o gerador pode entregar a um receptor, sua força eletromotriz e a resistência interna, existe uma fórmula denominada equação do gerador.
Sendo E a força eletromotriz do gerador; U a tensão que ele pode estabelecer no receptor; r a resistência interna em ohms do gerador e i a corrente que circula no circuito, temos a seguinte equação:
U = E – r . i
Exemplo: calcular a tensão estabelecida numa lâmpada por um gerador de 6 V de força eletromotriz e 2 ohms de resistência interna quando circula uma corrente de 0,5 A, conforme circuito mostrado na figura abaixo.
Solução:
Temos:
E = 6 V
r = 2 ohms
i = 0,5 A
Usando a fórmula:
U = E – r . i
U = 6 – 2 . 0,5
U = 6 – 1
U = 5
Resposta: a tensão estabelecida é de 5 volts.
Recordando o que vimos neste artigo temos:
- Geradores são dispositivos que convertem alguma forma de energia em energia elétrica.
- Os geradores são classificados de acordo com a energia que convertem.
- Pilhas e baterias são geradores químicos.
- Dínamos e alternadores são geradores mecânicos.
- Usinas hidroelétricas e eólicas usam geradores mecânicos.
- Células fotoelétricas são geradores que convertem luz em energia elétrica.
- A energia que um gerador fornece depende de sua força eletromotriz e de sua resistência interna.
- A força eletromotriz é medida em volts.
- A equação do gerador permite calcular a tensão num circuito alimentado por um gerador, conhecendo-se a sua força eletromotriz, a corrente e a resistência interna do gerador.
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Eletricidade
Referências: Tecset Eletrônica
Texto: Tecset Eletrônica
Imagens: Tecset Eletrônica
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