Projetos de Máquinas Agrícolas - A4

PROJETOS DE MOTORES AGRÍCOLAS – Hidráulicos e

Elétricos

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA

Prof. Dr. Daniel Albiero

FORTALEZA-CE

MARÇO DE 2012

MOTORES DE USO AGRÍCOLA

Histórico:Motores de Hidráulicos

A humanidade vem usando a energia dos fluídos a milênios. A primeira roda d´água foi construída em 200 a.C. na Pérsia. Elas eram utilizadas para gerarem potência para moinhos.

Evolução:1600-Kepler desenvolve a bomba de engrenagens;

1640-Pascal enunciou sua lei, o princípio de Pascal (o princípio da prensa hidráulica);

1750-Bernoulli desenvolveu sua lei, a lei da conservação de energia para fluídos fluindo em canos;

1795-Bramah constrói a primeira prensa hidráulica industrial ;

1870-Primeiras máquinas hidráulicas operacionais (guinchos, prensas, máquinas de extrudar, etc);

1900-Janney substituí a água por óleo mineral;

1906-A Marinha Norte-Americana usa um sistema hidráulico para elevar e controlar canhões em navios;

1936-Vickers desenvolve uma válvula limitadora de pressão pilotada (a primeira válvula de alívio);

1950-Início da automação hidráulica;

MOTORES DE USO AGRÍCOLAMotores Hidráulicos

Mecânica dos FluídosLei de Pascal

Dado um fluído confinado em um recipiente, se uma pressão for aplicada no fluído, esta é transmitida indistintamente por todo o fluído e com igual magnitude.

Lei de Bernoulli conservação de energia: energia não pode ser destruída ou criada.

Dado um fluído o mesmo respeita a equação de conservação de energia: Et=Ee+Ep+Ec

Onde: Et é a energia total do fluído;

Ee é a energia devido a elevação do fluído;

Ep é a energia devido a pressão do fluído;

Ec é a energia cinética do fluído.


Fluídos hidráulicosAs características dos fluídos hidráulicos tem efeitos cruciais nos equipamento hidráulicos, devem ser principalmente limpos, de alta qualidade.

Os fluídos hidráulicos modernos são complexas composições de hidrocarbonetos (naturais ou não), especialmente preparados para aplicações específicas.

A viscosidade é a mais importante característica do fluído hidráulico. É a resistência ao escoamento de um fluído, e depende da temperatura do fluído.


Fluídos hidráulicos

MOTOR

Válvula de alívio

Controle direcional

Válvula de controle de fluxo

Atuador


Sistemas hidráulicos

Tanque

Bomba


Bombas de deslocamento não-positivo: Se o fluxo sofre alguma resistência no sistema, este fluxo é reduzido devido a construção das mesma que ocasiona um vazamento interno.

Bombas de deslocamento positivo:Este tipo de bomba ejeta uma quantidade fixa de fluxo por cada revolução do eixo da bomba, se o fluxo sofre alguma resistência, das duas uma: ou a bomba vence a resistência, ou quebra caso não existam válvulas de alívio.

Bombas hidráulicas


Bombas hidráulicas de deslocamento positivo

Bomba de engrenagem



Bomba de palhetas



Bomba de pistões

Carcaça rígida Carcaça rotativa

Pistões radiais


Motores hidráulicos

Motores hidráulicos são atuadores que convertem energia hidráulica em energia mecânica, e como tais tem a mesma configuração do que as bombas hidráulicas.

Os motores em vez de empurrar o fluído como as bombas, são empurrados, desta forma os motores desenvolvem torque e produzem movimento de rotação contínuo.


Desempenho de motores-Eficiência pode chegar a 95%

Transmissão-Conversor de torque/embreagem hidráulica

Transmissão Hidrostática

MOTORES DE USO AGRÍCOLAMotores Elétricos

Histórico:A maioria dos equipamentos elétricos depende diretamente ou indiretamente do magnetismoO fenômeno do magnetismo foi descoberto pelos chineses em 2600 a.c., eles usavam pedras de magnetita como bússolas (imãs).Todo imã tem dois pólos (norte/sul), que atraem pedaços de ferro. Analogamente como cargas elétrica, pólos iguais se repelem, e pólos opostos se atraem.Evolução:1819-Oersted descobriu a importantíssima relação entre o magnetismo e a corrente elétrica: Ele observou que uma corrente elétrica ao atravessar um condutor produz um campo magnético em torno do condutor, nascia o eletromagnetismo;

1823-Barlow desenvolveu o primeiro motor elétrico;

1831-Faraday descobriu que quando um condutor atravessa um campo magnético, é induzida uma diferença de tensão (ddp) entre os terminais do condutor ( princípio da indução eletromagnética);

Força EletroMotriz (FEM=ξ)

dtidWdqdWdqdW ...

dW

=dq/dt

iRdtRidti .... 2

MagnetismoA bem da verdade os físicos não sabem ainda qual a origem do magnetismo.

A teoria mais aceita supõe que o campo magnético é originário de “alguma forma” do momento angular spin do elétron (S). Que poderia ser considerado como a “rotação do elétron”, embora perante a mecânica quântica o elétron não gire na verdade!!!

Esta “rotação” do elétron está intrinsecamente ligada ao momento de dipolo magnético spin (μs) do elétron (propriedade intrínseca ao elétron), que em ultima análise gera o dipolo do campo magnético do elétron (B).

S

B

μs

Magnetismo

BvqFB .B

v

v x B

q

BLiFB .

B

i

v x B

q

LitLqvq ...

Magnetismo-Lei de Ampere

i

isdB ..

hniB ...

Indução eletromagnética-Lei de Faraday

Uma força eletromotriz (FEM=ddp) é induzida em um loop de um condutor quando o número de linhas de campo magnético que passam através do loop muda.

AdB .

dtdN

.

N

Ri

EletroMagnetismo-Motor elétrico

i

ba

)(..... sinBbaiN

Motor elétrico corrente contínua

Motor elétrico trifásico corrente alternada

Campo Girante Trifásico - Conceito

Estator Ns

Rotor Nr

MOTORES ELÉTRICOS

CORRENTECONTÍNUA

• IMÃ PERMANENTE• CAMPO SÉRIE• CAMPO PARALELO• COMPOSTO

MOTORUNIVERSAL

CORRENTEALTERNADA

MOTORLINEAR

MOTORTRIFÁSICO

SÍNCRONOINDUÇÃO - MTI

• IMÃ PERMANENTE

• ROTOR BOBINADO

• RELUTÂNCIA

GAIOLA DE ESQUILO ROTOR BOBINADO

MOTORMONOFÁSICO

INDUÇÃO

GAIOLA DE ESQUILO

ROTORBOBINADO

• FASE DIVIDIDA• CAP. PARTIDA• CAP. PERMANENTE

• DUPLO CAPACITOR

SÍNCRONO

• IMÃ PERMANENTE

• HISTERESE

• RELUTÂNCIA

• INDUTOR

CORRENTEPULSANTE

MOTOR DE PASSO( Step Motor )

RELUT. VARIÁVELIMÃ PERMANENTEHÍBRIDO

• CAMPO DISTORCIDO

Mais usados na agricultura

Motor elétrico corrente alternada Síncronos e Assíncronos

Motor Síncrono

c.a.

c.c. (corrente de excitação)

A rotação do rotor (nr) é igual a rotação do campo (ns)(síncrona).

pfns .120

)1.(.120 spfns

c.a.

corrente induzidaA rotação do rotor (nr) é defasada em relação a rotação do campo (ns) (assíncrona), devido ao atraso decorrente da indução eletromagnética.

Motor Assíncrono

Motor elétricoMotor de corrente alternada assíncrono trifásico de induçãoGaiola de Esquilo

Motor elétricoMotor de corrente alternada assíncrono trifásico de induçãoGaiola de Esquilo

Motores Elétricos

Rotor bobinado

Motor de corrente alternada assíncrono trifásico de indução

Reostato

Máquinas elétricas

Energia Energia

Gerador de energia elétrica

Gerador de corrente alternada Síncrono

Gerador corrente contínua

Gerador Síncrono

c.c.Corrente de excitação

c.a. c.a.

corrente

induzida

Gerador AssíncronoGerador de energia elétrica

ncampo=nrotor ncampo< nrotor

Gerador de energia elétrica

Rotor de Gerador Síncrono de Itaipu

Fator de potëncia

100% 50% 0% Load in motor

Fator de potëncia

Fator de potëncia

Fator de potëncia

Fator de Potência=cos(φ)

)(..

totalAparentePotênciaAtivaPotênciaFP

22 Re..

.

ativaPotênciaAtivaPotência

AtivaPotênciaFP

Correção do Fator de potëncia

Dimensionamento correto de equipamentos elétricos (motores, geradores, etc.)

Instalar e operar corretamente equipamentos elétricos (motores, geradores, etc.)

Instalação de Banco de Capacitores.

MOTORES DE USO AGRÍCOLAMotores Elétricos

Desempenho de motores elétricos- Eficiência pode chegar a 99%

Engineering

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