Receptores de Energia Elétrica

Em outros três artigos aqui no blog (link no final deste artigo), analisamos alguns circuitos simples, vimos que, de um lado, temos um dispositivo gerando energia elétrica e, do outro, um dispositivo consumindo esta energia, de modo a aproveitar seus efeitos. Os dispositivos que recebem a energia elétrica para aproveitá-la de alguma forma são denominados receptores elétricos, e é deles que vamos falar com mais detalhes neste artigo.

Falaremos da força contra-eletromotriz dos receptores e de sua equação. Também veremos de que modo eles se comportam em um circuito e qual é sua curva característica.

A relevância prática deste artigo está em tratarmos do comportamento elétrico de dispositivos que funcionam com eletricidade. Também analisaremos o rendimento dos receptores e veremos de que modo podemos fazer cálculos que envolvam o seu funcionamento em aplicações práticas.

A proposta deste artigo é fornecer a você informações sobre:

• funcionamento do receptor;
• circuitos simples com gerador e receptor;
• como o receptor recebe e usa a energia;
• como obter informações da curva característica do receptor;
• como resolver problemas com receptores.

Receptores

Os dispositivos que recebem energia elétrica e as convertem em outras formas de energia que não seja exclusivamente energia térmica são denominados receptores. São exemplos de receptores: furadeiras, batedeiras, liquidificadores, etc. Todos têm em comum um elemento responsável pela conversão da energia elétrica em outra forma de energia (no caso, o movimento) que não a energia térmica.

Dentre o conversores mais comuns, destacamos os motores elétricos, que alimentam diversos tipos de aparelhos eletrodomésticos, tendo também aplicações automotivas e industriais. Como exemplo de aparelhos que usam motores elétricos, podemos citar: ventiladores, liquidificadores, batedeiras, etc.

Ao analisar-se motores elétricos e outros receptores que não convertem energia elétrica exclusivamente em calor, deve-se levar em conta seu rendimento.

Rendimento

Um motor ou outro dispositivo que converta energia elétrica em outro tipo de energia (luz, movimento, etc) e, ao realizar essa conversão, ele dissipe calor, significa que não é um dispositivo perfeito de conversão de energia, exatamente como ocorre com os geradores. Uma parte da energia que eles recebem é perdida na forma de calor, gerado na sua resistência interna.

Um motor pode ser considerado um dispositivo que, por meio de uma resistência associada em série, dissipa na forma de calor uma parte da energia que recebe. Na figura abaixo temos uma representação de uma bobina a qual é feito o motor.

Enrolamento motor

O rendimento de um receptor será tanto maior quanto menor for a quantidade de energia perdida dissipada em calor. Podemos então definir o rendimento de um receptor como a relação entre a potência útil (Pu), isto é, a potência que ele efetivamente converte em energia que não seja calor, e a potência que é fornecida (Pf). A fórmula para calcular o rendimento será então:

η = Pu / Pf

Para determinar o valor como porcentagem, basta multiplicar por 100.

Se considerarmos o receptor como sendo um dispositivo qualquer em série com uma resistência interna, na qual aparece uma tensão Ui, e que é alimentado por uma tensão U, o rendimento pode ser calculado por:

η = U – Ui / U

Força Contra-Eletromotriz

Em um outro artigo aqui no blog sobre potência, o qual segue este link, Potência Elétrica, verificamos que a potência elétrica útil é diretamente proporcional à intensidade da corrente que passa pelo circuito. Dessa forma podemos dizer que nos receptores elétricos a relação entre a potência útil e a corrente de um circuito representa uma constante de proporcionalidade E’, a qual chamaremos de força contra-eletromotriz (fcem).

A força contra-eletromotriz é o fator que mostra o quanto da energia elétrica foi transformada em outra forma de energia diferente da térmica. Por exemplo, ao se impedir a rotação do eixo de um motor, não há transformação de energia elétrica em mecânica, portanto Pu = 0 e E’ = 0, ocasionando a queima do motor.

Equação do Receptor

A equação do receptor pode ser obtida a partir da análise do esquema a seguir:

Potência fornecida
Pf = U . I

Potência dissipada do receptor
Pd = R . I²

Potência útil
Pu = E’ . I

Se Pf = Pu + Pd, temos:

U . I = E’ . I + R . I²

U . I = (E’ + R . I)

U = E’ + R . I

Esta equação nos permite calcular as diversas grandezas envolvidas em um circuito com receptor elétrico, quando conhecemos suas características. Por exemplo, conhecendo a tensão de alimentação, a resistência interna e a corrente, podemos calcular a tensão efetivamente aplicada ao elemento que está fazendo a conversão de energia.

A partir daí, calcular a potência convertida ou o rendimento é algo que pode ser realizado facilmente através das fórmulas que já vimos.

Recordando o que foi visto neste artigo.

• Receptores convertem energia elétrica em alguma outra forma de energia que não seja exclusivamente térmica.
• No caso dos receptores que não convertem energia elétrica exclusivamente em calor, faz-se necessário determinar seu rendimento. É este o caso de receptores como os motores, que convertem energia elétrica em energia mecânica.
• Os motores elétricos perdem parte da potência recebida na resistência interna, convertendo-a em calor.

Algumas curiosidades envolvendo o tema deste artigo.

Por que um motor se aquece quando tem de fazer mais força ou é travado?
Quando seguramos o eixo do motor ele não consegue mais fazer a conversão de energia elétrica em mecânica de modo eficiente, e a intensidade da corrente aumenta. O resultado é que mais calor é gerado na sua resistência interna e ele se aquece. Nos motores de maior porte essa condição é perigosa, podendo queimá-los.

A que se deve a resistência interna dos motores?
A resistência interna dos motores deve-se à resistência dos fios que formam sua bobinas. Os motores são feitos com bobinas de fio de cobre que apresentam certa resistência, pois não são condutores perfeitos.

Somente os motores convertem energia elétrica em outra forma de energia que não seja térmica?
Existem diversos outros dispositivos que podem converter energia elétrica em energia mecânica, como, por exemplo, os solenóides. Os solenóides são bobinas que, quando energizadas, puxam ou empurram algum objeto a partir do campo magnético gerado. Eles podem ser usados para abrir fechaduras de portas, abrir válvulas de água, como nas máquinas de lavar roupas, e outras operações que envolvam força mecânica.

O que é o moto-perpétuo?
Muitos ainda acreditam que, se ligarmos um motor a um dínamo e o dínamo ao motor, um fará o outro girar e teremos movimento perpétuo, ou seja, a produção de energia sem fim,, ou moto-perpétuo. No entanto, a resistência interna tanto do motor quanto do dínamo faz com que o rendimento do sistema não seja de 100%, impossibilitando o moto-perpétuo. Quando o motor gira o dinamo, este produz um pouco menos da energia que o motor lhe envia, e quando o motor recebe esta energia, produz um pouco menos de força para girar o dínamo. Isso significa que a cada giro estará sempre havendo perdas de energia, que se converte em calor e vai diminuindo rapidamente, até desaparecer em forma de calor.

Artigos relacionados:
Geradores de Energia Elétrica I
Geradores de Energia Elétrica II
Geradores de Energia Elétrica III
Eletricidade
Potência Elétrica






Referências: Tecset Eletrônica
Texto: Tecset Eletrônica
Imagens: Tecset Eletrônica