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Universidade Estadual de Goiás

Unidade Universitária de Ciências Exatas e Tecnológicas –UNuCET

Geradores

2010

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GERADORES 

INTRODUÇÃO

Geradores elétricos são dispositivos que mantêm entre seus terminais uma diferença de

 potencial. Há vários tipos de geradores:* geradores eletroquímicos: pilhas, baterias, etc...* geradores eletrodinâmicos: dínamos e alternadores.* geradores termoelétricos: onde dois metais diferentes recebem calor e geram tensãoem seus terminais.é um dispositivo utilizado para a conversão da energia mecânica, química ou outra forma de energia em energia elétrica.

• Tipos de geradores que convertem energia mecânica em elétrica:Gerador Síncrono

Um dos tipos mais importantes de máquinas elétricas rotativas é o Gerador Síncrono, esta máquina é capaz de converter energia mecânica em elétrica quando operada como

gerador e energia elétrica em mecânica quando operada como motor.Os Geradores Síncronos são utilizados na grande maioria das Centrais Hidroelétrica eTermoelétricas.O nome Síncrono se deve ao fato de esta máquina operar com uma velocidade de

rotação constante sincronizada com a freqüência da tensão elétrica  alternada aplicadaaos terminais da mesma, ou seja, devido ao movimento igual de rotação, entre o campogirante e o rotor é chamado de máquina síncrona (sincronismo entre campo do estator erotor).Gerador de indução ou Gerador Assíncrono

Motor de indução é um motor elétrico construído de tal maneira que se têm dois camposmagnéticos girantes.Os motores de indução são máquinas elétricas, concretamente máquinas assíncronas.Máquina de corrente contínua é uma máquina capaz de converter energia mecânica emenergia elétrica (gerador ) ou energia elétrica em mecânica (motor ).A energia elétrica utilizada hoje em dia na distribuição e transporte da mesma é acorrente alternada, porém os motores de corrente contínua têm tradicionalmente grandesaplicações nas indústrias sendo que, são eles que permitem variação de velocidadecomo de uma esteira ou de um comboio por exemplo. Atualmente componenteseletrônicos de tensão alternada já são capazes de controlar a velocidade do motor assíncrono facilmente e pelo seu menor custo e recursos de aplicação estão substituindo

os motores de corrente contínua na maior parte das aplicações.

Princípio de Funcionamento

 Operando como gerador de corrente contínua

Quando se trata de um gerador, a energia mecânica é suprida pela aplicação de umtorque e da rotação do eixo da máquina, uma fonte de energia mecânica pode ser ,por exemplo, uma turbina hidráulica, uma turbina eólica, etc.A fonte de energia mecânica tem o papel de produzir o movimento relativo entre oscondutores elétricos dos enrolamentos de armadura e o campo magnético produzido

  pelo enrolamento de campo e desse modo, provocar uma variação temporal daintensidade do mesmo, e assim pela lei de Faraday induzir uma tensão entre osterminais do condutor.

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Desta forma, a energia mecânica fornecida ao eixo, é armazenada no campo magnéticoda máquina para ser transmitida para alimentar alguma carga conectada à máquina. Tipo de gerador que converte energia química em elétrica 

• Geradores de célula à combustível ou célula de combustível 

Uma célula combustível é uma célula eletroquímica, basicamente uma bateria em queé consumido um combustível e é liberada energia.Considerada uma bateria em que os reagentes são alimentados continuamente. Osreagentes típicos são o hidrogênio e o oxigênio. O hidrogênio é fornecido do lado doanodo e o oxigênio no lado do catodo. As baterias comuns têm que ser recarregadas detempos em tempos porque os reagentes esgotam-se. As células combustíveisestacionárias não portáteis, pelo contrário, não necessitam ser recarregadas, uma vezque os reagentes são fornecidos continuadamente.

As células combustíveis têm a vantagem de serem altamente eficientes e pouco poluentes. Podem ser utilizadas como sistemas de emergência, em zonas onde não

existe rede elétrica, em aparelhos portáteis e veículos. Sua desvantagem é o alto custo,atualmente.

Seu uso é polêmico em várias aplicações. O hidrogênio é usado basicamente comocombustível não sendo uma fonte primária de energia. No entanto é a única fonte deenergia que pode ser fabricada de outras fontes de energia. Críticos do estágio atualdesta tecnologia dizem que a energia que precisa "criar" o combustível em primeirolugar pode reduzir a eficiência final do sistema ficando pior que o mais eficiente motor de combustão interna a gasolina; é verdadeiro pois o hidrogênio é gerado pela eletrólise da água. Pode ser gerado também do metano, componente principal do gás natural commais ou menos 80% de eficiência. O método de conversão do metano liberta gases parao meio ambiente, portanto o método ideal será usar fonte que gere hidrogênio através daeletrólise.

Menor célula combustível .

Há problemas práticos a serem superados. Embora o uso de células combustíveis por consumidores seja possível no futuro próximo o projeto atual tem que ser orientados deforma correta. Atualmente há projetos que se mostram capazes de fornecer energia paradispositivos portáteis como, por exemplo, os telefones celulares e notebooks. Projetosatuais necessitam de abertura de ventilação e não podem ser operados dentro d'água,não podendo ser usados em aeronaves devido ao risco de vazamentos para atmosfera. Tecnologia para reabastecimento seguro das células ainda não existe, salvo testes quevêm sendo feitos com o uso de células alimentadas com o álcool metanol.

•  Pilhas

Pilha elétrica, célula galvânica, pilha galvânica ou ainda pilha voltaica é umdispositivo que utiliza reações de óxido-redução para converter  energia química emenergia elétrica. A reação química utilizada será sempre espontânea.

Neste dispositivo, têm-se dois eletrodos que são constituídos geralmente de metaisdiferentes, que fornecem a superfície na qual ocorrem as reações de oxidação e redução. Estes eletrodos são postos em dois compartimentos separados, imersos por sua vez em

um meio contendo íons em concentrações conhecidas e separados por uma placa oumembrana porosa, podendo ser composta por argila não-vitrificada, porcelana ou outros

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materiais. As duas metades desta célula eletroquímica são chamadas de compartimentose têm por finalidade separar os dois reagentes participantes da reação de óxido-redução,do contrário, os elétrons seriam transferidos diretamente do agente redutor para o agente oxidante. Finalmente, os dois eletrodos são conectados por um circuito elétrico,localizado fora da célula, denominado circuito externo, garantindo o fluxo de elétrons 

entre os eletrodos.As pilhas não devem ser confundidas com as  baterias. Enquanto a primeira apenasconverte energia química a elétrica, a segunda faz a interconversão entre energiaquímica e elétrica.É importante saber que na pilha, os elétrons fluem do ânodo para o cátodo, sendo que o

entido da corrente elétrica, freqüentemente utilizado na Física, se dá do cátodo para oânodo.

Tipo de gerador que converte diretamente a energia luminosa do Sol em elétrica 

• Geradores fotovoltaicos

Neste tipo de gerador dá-se a transformação de energia radiante em energia elétrica ea corrente produzida é contínua. O elemento central do gerador é a célula solar.

As células solares são díodos de silício ou outros materiais. Quando um fotão da luzsolar penetra no seu interior, dá origem à quebra de uma ligação entre dois átomos,

 produzindo um par eletrão-lacuna. Estes portadores de carga difundem-se no cristal,alguns se recombinam e outros atingem a região onde são maioritários, constituindouma corrente elétrica. Esta corrente gerada pela célula tem o sentido oposto (da região n

 para a região p) à corrente num dispositivo funcionando como díodo (da região p para aregião n).

As células solares têm muitas aplicações. Algumas são importantes, como em centraisde produção de energia elétrica em zonas de grande densidade de energia solar, que seencontra em regiões desérticas, por exemplo, nos Estados Unidos. Nestas centrais,milhares de células são montadas em grandes painéis com rotação computorizada paraacompanhar a deslocação diária de a luz solar. Outra aplicação importante é nos painéissolares dos veículos espaciais, já que é a única fonte de energia disponível no espaço.Aplicações correntes, com pouca importância energética, mas com interesse prático,encontram-se em relógios, calculadoras, etc. e também na alimentação de equipamentosde potência não muito elevada em locais sem rede eléctrica de distribuição, como por exemplo, rádio-telefones.