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Definição e Impactos das Microrredes nos Sistemas Elétricos de Potência

As microrredes são definidas como um sistema independente conectado às redes de energia elétrica e que incluem fontes de energias renováveis, dispositivos de armazenamento de energia e cargas. Como unidades geradoras, são comumente utilizados painéis fotovoltaicos, turbinas éolicas e pequenas centrais hidrelétricas.

As microrredes  são capazes de funcionar de forma autônoma e independente da rede principal, apresentando duas formas básicas de operação:

  • Operação conectada: A microrrede opera conectada à rede de distribuição da concessionária, ora importando, ora exportando potência. O ponto de conexão entre a microrrede e a rede principal se chama Ponto de Acoplamento Comum (PAC);
  • Operação ilhada: A microrrede está isolada da rede de distribuição, mantendo o fornecimento de energia às cargas através da sua própria geração. 

Estrutura básica de uma microrrede (Fonte: https://247mesa.com/microgrid-controllers-functions-and-benefits/)

Assim, é importante destacar a Geração Distribuída, o qual ganhou notoriedade a partir do aumento de microrredes inseridas nos sistemas elétricos de potência. Pode-se definir Geração Distribuída como fontes de energia descentralizadas conectadas às redes principais, próximas aos centros de consumo, o que difere das centrais geradoras convencionais. Através da resolução 482/2012, a ANEEL realiza uma classificação da geração distribuída segundo a potência instalada na unidade geradora: 

  • Microgeração Distribuída: Unidades geradoras com potência instalada de até 75 kW;
  • Minigeração Distribuída: Unidades geradoras com capacidade entre 75 kW e 3 MW de capacidade, podendo estender até 5 MW.

Impactos:

As microrredes acarretam em diversos impactos na análise dos sistemas elétricos de potência, dos quais podem ser citados:

  • Fluxo de potência bidirecional;
  • Menor capacidade de curto-circuito;
  • Aumento das variações de tensão e frequência;
  • Problemas relacionados à estabilidade e proteção dos sistemas elétricos de potência.

Então, como forma de reduzir tais influências nas redes de energia, são necessárias unidades de controle e monitoramento nas microrredes, mantendo os parâmetros elétricos sob condições de operação aceitáveis.

Além disso, ressalta-se que a presença de microrredes permitem uma maior confiabilidade na distribuição de energia, pois podem operar de forma autônoma em caso de falha na rede principal.

Conclusão:

Em suma, o avanço das tecnologias nos sistemas elétricos de potência traz como consequência a presença cada vez maior de microrredes. Assim, torna-se importante avaliar os impactos nos diferentes setores da sociedade, garantindo o fornecimento de energia elétrica de maneira eficiente e confiável.

Referências:

Microgrid Controllers: Functions and Benefits | Mesa Solutions (247mesa.com)

Micro e Minigeração Distribuída — Agência Nacional de Energia Elétrica (www.gov.br)

Geração distribuída: definição, características e atual cenário no Brasil

É fato que o desejo pela obtenção da própria geração de eletricidade abrange um grande número de pessoas que querem se imaginar independentes das concessionárias, com uma fonte de energia que não depende de terceiros e com menos custos na conta de energia. Nesse sentido é que entra o conceito de geração distribuída (GD), uma abordagem que permite que cada um de nós se torne produtor de uma energia limpa e autossustentável.

O que é a geração distribuída?

Por muito tempo, diversos autores convergem quanto à definição de geração distribuída (GD), visto que há uma enorme quantidade de variáveis a serem consideradas para a classificação desse tipo de sistema:

  • O propósito: técnico, econômico, ambiental e/ou social;
  • A localização: interligado ao sistema de transmissão, de distribuição ou instalação isolada;
  • A especificação da potência: micro, pequena, média ou grande GD;
  • A área de entrega da energia gerada: sistema de transmissão, de distribuição e/ou consumidor;
  • A tecnologia: modular ou não-modular, geração de calor e eletricidade ou apenas eletricidade;
  • A fonte primária de energia: tradicional ou alternativa, renovável ou não-renovável;
  • O modo de operação: centralizada ou não-centralizada;
  • O impacto ambiental: emissão de poluentes, alagamento, desmatamento e poluição sonora e/ou visual;
  • A propriedade: empresa de geração, transmissão, distribuição e/ou consumidor.
  • O nível de penetração: muito baixo, baixo, médio, alto ou muito alto.

Com isso, com a análise de todas essas variáveis, a geração distribuída foi definida, dentre diversas propostas, como “[…] a denominação genérica de um tipo de geração de energia elétrica que se diferencia da realizada pela geração centralizada por ocorrer em locais em que não seria instalada uma usina geradora convencional, contribuindo para aumentar a distribuição geográfica da geração de energia elétrica em determinada região.”

Dessa forma, com o uso de GDs, torna-se possível a geração de energia elétrica no local ou próximo ao ponto de consumo a partir de fontes renováveis, como a eólica, solar e biomassa. No entanto, a tecnologia solar fotovoltaica é a que mais se mostra presente através da instalação de painéis fotovoltaicos em residências ou estabelecimentos.

Fonte: Freepik

Cenário nacional

A partir de 2012 entrou em vigor a Resolução Normativa ANEEL nº 482/2012, que permite ao consumidor brasileiro a geração de sua própria energia elétrica a partir de fontes renováveis ou cogeração qualificada, podendo também fornecer o excedente para a rede de distribuição de sua localidade. Esse sistema foi denominado pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) como “Microgeração e Minigeração Distribuídas de Energia Elétrica (MMGD)”, sendo a microgeração distribuída definida como uma central geradora de energia elétrica, com potência instalada menor ou igual a 75 quilowatts (kW), que diferencia-se da minigeração distribuída como as centrais geradoras com potência instalada superior a 75 kW e menor ou igual a 3 megawatts (MW), para a fonte hídrica, ou 5 MW para as demais fontes.

Além disso, em 24 de novembro de 2015, foi publicada pela ANEEL a Resolução Normativa n° 687, que alterou a Resolução Normativa n° 482 de modo a estabelecer critérios para a microgeração e minigeração distribuída e introduzir o Sistema de Compensação de Energia Elétrica (SCEE). Esse sistema é um modelo que permite que a energia ativa produzida por uma unidade consumidora com microgeração ou minigeração distribuída seja injetada na rede da distribuidora local, se transformando em créditos energéticos e podendo, posteriormente, serem usados para compensar a energia elétrica consumida.

Podemos pensar, por exemplo, em empresas utilizando painéis solares: durante o dia, os painéis solares estão gerando energia e a empresa está utilizando essa energia para alimentar todos os equipamentos que fazem parte da sua infraestrutura. Se a energia gerada é superior à energia que a empresa está precisando, o excedente é injetado na rede elétrica. Por outro lado, se a energia gerada pelo sistema fotovoltaico não for suficiente para alimentar todas as cargas da organização, a rede elétrica da concessionária será responsável por suprir a quantidade de energia necessária.

O SCEE é regularizado pela lei 14.300/2022, que estabelece o marco legal da geração distribuída: a geração distribuída não possuía lei própria no Brasil até a data de 7 de janeiro de 2022, quando foi sancionado o Projeto de Lei n° 5.829/2019, que instituiu o marco legal da microgeração e minigeração distribuída, promovendo, dessa forma, maior segurança jurídica e regulatória, alocação dos custos de uso da rede e dos encargos previstos na legislação do Setor Elétrico, bem como livre acesso do consumidor às redes das distribuidoras para fins de conexão de geração distribuída.

Com isso, tornou-se possível um maior avanço da micro e da minigeração distribuída no país. De acordo com a ANEEL, o ano de 2022 e 2023 no Brasil foram marcados pela maior quantidade de sistemas de micro e minigeração distribuída conectados à rede de distribuição de energia elétrica já registrado. No ano de 2023 foram conectadas 625 mil unidades, com potência instalada de mais de 7,4 gigawatts (GW), ficando atrás somente do ano de 2022, com 795 mil unidades conectadas e com potência instalada superior a 8,3 GW.

Características

Como foi possível observar, o uso de GDs, com benefícios proeminentes, tem marcado cada vez mais presença no Brasil. Com isso, cabe levantar características que colaboram com essa tendência de aumento dessa modalidade de geração de energia elétrica:

  • Fácil de construir com menor investimento: curto período de construção e baixos custos de instalação, devido a menor capacidade de geração de potência e a falta de necessidade de construir subestações ou centrais de distribuição;
  • Próximo a usuários, baixas perdas e maior simplicidade de transmissão e geração de energia: por estar próximo aos usuários, geralmente é possível fornecer energia diretamente às cargas próximas, dispensando linhas de transmissão de alta voltagem em longas distâncias e, consequentemente, minimizando as perdas na transmissão e distribuição;
  • Polui menos e possui boa compatibilidade com o ambiente: tem a capacidade de fazer uso total de fontes de energia renováveis e limpas.
  • Operação flexível, segurança e confiabilidade: o ligamento e desligamento de unidades menores é mais rápido e flexível, podendo servir como uma fonte de energia alternativa.

Em síntese, vários tipos de GDs conectada à rede elétrica com alta densidade podem apresentar vantagens significativas em eficiência de uso de energia, conservação de energia, redução de emissões e aprimoramento da confiabilidade no fornecimento de energia, se comparado às fontes de energia tradicionais que dependem de transmissão e distribuição em longas distâncias, distantes do centro de carga.

Conclusões

Em resumo, a geração distribuída no Brasil, especialmente através do SCEE, representa um avanço significativo na busca por fontes de energia renováveis e sustentáveis. Com a capacidade de produzir energia localmente e compensar o consumo através da injeção de excedentes na rede elétrica, os consumidores têm a oportunidade de reduzir suas contas de energia e contribuir para a redução das emissões de gases de efeito estufa. Dessa forma, a geração distribuída no Brasil tem um grande potencial para transformar o setor de energia do país de forma sustentável.

Referências

• ANEEL, “Cadernos Temáticos ANEEL: Micro e Minigeração Distribuída: sistema de Compensação de Energia Elétrica,” 2a Edição. 2016
• SEVERINO, M. M.; CAMARGO; I. M. d. T.; OLIVEIRA, M. A. G. d., “Geração distribuída: discussão conceitual e nova definição”, Revista Brasileira de Energia, vol. 14, pp. 47- 66, 2008
• BRASIL. Lei no 14.300, de 6 de janeiro de 2022. Institui o marco legal da microgeração e minigeração distribuída, o Sistema de Compensação de Energia Elétrica (SCEE) e o Programa de Energia Renovável Social (PERS); altera as Leis nos 10.848, de 15 de março de 2004, e 9.427, de 26 de dezembro de 1996; e dá outras providências. Diário Oficial da União: seção 1, ed. 5, p. 4, 07 jan. 2022.
• Micro e minigeração distribuída apresenta acréscimo de 7,4 GW em 2023. ANEEL, 3 de janeiro de 2024. Disponível em: <https://www.gov.br/aneel/pt-br/assuntos/noticias/2024/micro-eminigeracao-distribuida apresenta-acrescimo-de-7-4-gw-em-2023>. Acesso em: 5 de março de 2024.
• LIANG, J.; LUO, B., “Analysis and Research on Distributed Power Generation Systems”, em 2023 3rd International Conference on New Energy and Power Engineering (ICNEPE). 2023, p. 592-595. doi: 10.1109/ICNEPE60694.2023.10429133.

A importância da geometria das torres de transmissão

No Brasil, boa parte da energia elétrica é produzida por usinas hidrelétricas, como por exemplo a usina de Itaipu, que fornece energia elétrica não só para o Brasil, mas também para o Paraguai. Toda energia gerada, deve ser transmitida com eficiência e segurança por todo o país. Essa transmissão, na maioria dos casos, é feita por cabos suspensos, sustentados por postes ou torres metálicas.

Torres de transmissão

As torres utilizadas no processo de transmissão são estruturas treliçadas formadas por perfis de aço e podem ser definida em dois tipos básicos: torres estaiadas e torres autoportantes.

Torres estaiadas: São usadas para alcançar grandes alturas e possuem alta capacidade de carga estrutural, entretanto, essas torres são utilizadas em terrenos de relevo suave e exigem uma grande área para instalação devido a ancoragem dos estais, que são os cabos que estabilizam as torres das forças horizontais.

Exemplo de fonte estaiada. (fonte: https://www.linkedin.com/pulse/torres-em-linhas-de-transmiss%C3%A3o-energia-efraim-machado/)

Torres autoportantes: São estruturas treliçadas com formato piramidal e de base sólida, ou seja, sem a necessidade dos estais, desta forma, as torres autoportantes tem sua ancoragem independente, reduzindo muito a área de instalação. Devido a sua estrutura compacta, as torres autoportantes são utilizadas em terrenos acidentados, entretanto, o preço para produção dessas torres tende a ser mais elevado em comparação às torres estaiadas.

Exemplo de fonte autoportante. (fonte: https://www.linkedin.com/pulse/torres-em-linhas-de-transmiss%C3%A3o-energia-efraim-machado/)

Um fator muito importante para determinar a eficiência da transmissão é a disposição dos condutores na torre, podendo ser com relação a seção transversal do condutor e também da quantidade de condutores por feixe.

Seção transversal do condutor:

A tensão da linha está relacionada com a capacidade de transporte de energia. Quanto maiores forem as distâncias entre a região da subestação até a região de consumo, haverá determinada seção transversal para o condutor e também a tensão adequada, pois, diferentemente dos sistemas de corrente contínua (CC), que a corrente flui por toda seção do cabo, em corrente alternada (CA) a corrente flui pela parte superficial do cabo, chamamos de efeito skin ou efeito pelicular, por este motivo, o cabo possui maior resistividade em corrente alternada do que em corrente contínua.

Neste exemplo temos 2 cabos condutores em corte, a faixa vermelha indica a passagem de corrente, na esquerda temos corrente alternada, na direita corrente contínua, podemos ver que na imagem à esquerda a corrente flui pela parte externa do cabo.

A disposição dos cabos também são avaliados conforme a distância em si, e dividimos entre simétricos e assimétricos.

Simétricas: os cabos são dispostos todos com a mesma distância.

Assimétrico: Os cabos são dispostos com distância diferente.

Fonte: Claudio Oliveira, Engenheiro Eletricista e da Computação (https://www.youtube.com/watch?v=Bp2UPc8C9d4)

Utilizando os valores das distâncias d, podemos definir a Distância Média Geométrica, que é a média geométrica entre as distâncias e quanto menor for o valor da média maior será a capacidade de transmissão da linha.

Tendo em vista que a seção transversal do condutor é um fator muito importante, também devemos considerar a quantidade de cabos por feixe, pois, quanto mais cabos por feixe, maior a eficiência na transmissão, por este motivo é muito comum vermos torres com mais de 2 fases por feixe.

Exemplo de torres de transmissão com duas fases por feixe. (fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/14/Img0289SCE_500kV_lines_close.JPG/1200px-Img0289SCE_500kV_lines_close.JPG)

Assim como calculamos a DMG, também podemos calcular o Raio Médio Geométrico do feixe de cabos, sendo mais uma forma de aumentarmos a capacidade de condução da linha.

Conclusão:

Há muita ciência por trás das torres de transmissão, e a sua geometria é muito importante para que possamos ter uma transmissão segura e de qualidade. Além de ser viável economicamente, não só a geometria das torres é importante mas o tipo de cabeamento influencia muito em questão de custo e qualidade.

Referências:

OGATA, Marcos Wilson . OTIMIZAÇÃO ESTRUTURAL DE UMA TORRE DE LINHA DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA. Porto Alegre: Universidade Federal do Rio Grande do Sul Escola de Engenharia Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, 2022. Disponível em: https://lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/256558/001164338.pdf?sequence=1

GRACIA, Andrés Felipe Patarroyo ; SILVA, Wagner Queiroz . Análise Comparativa Entre Diferentes Geometrias de Torres de Transmissão do Tipo Autoportante Frente à Ação do Vento. Local: Editora, 2020. Disponível em: http://www.abperevista.com.br/imagens/volume20_01/cap04.pdf

MACHADO, Efraim . Torres em linhas de transmissão de energia. Nome do Site. 2021. Disponível em: https://www.linkedin.com/pulse/torres-em-linhas-de-transmiss%C3%A3o-energia-efraim-machado/?originalSubdomain=pt. Acesso em. 07 mar. 2024.

OLIVEIRA, Claudio . A influência da geometria na capacidade de uma linha de transmissão. Elétrica sem Limites, 2023. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=Bp2UPc8C9d4&ab_channel=El%C3%A9tricasemLimites. Acesso em: 10 mar. 2024.

Conselho Regional dos Técnicos Industriais, CRT-RJ. Rio de Janeiro: CRT-RJ, 2021. Como funciona a linha de transmissão? – Disponível em: https://old.crtrj.gov.br/como-funciona-a-linha-de-transmissao/. Acesso em. 07 mar. 2024

Princípio básico de funcionamento de um transformador

Os transformadores desempenham um papel fundamental no sistema elétrico de potência, atuando como protagonistas essenciais. Eles são responsáveis por ajustar os níveis de tensão da energia elétrica produzida nas usinas para que possa ser transmitida de maneira eficiente e segura através das linhas de transmissão. Além disso, os transformadores também desempenham um papel crucial na distribuição de energia elétrica. Eles reduzem a tensão para níveis que podem ser usados com segurança em residências e empresas. Isso garante que a energia elétrica chegue aos consumidores finais de maneira segura e eficiente.

Distribuição de energia elétrica
Fonte: brgfx / Freepik

Descobertas que contribuíram para o desenvolvimento do transformador

Faraday, em 1831, percebeu que é possível gerar tensão elétrica através do movimento relativo entre um condutor e um campo magnético, sem que haja a necessidade de contato físico entre os elementos. A Lei de Lenz, posteriormente formulada, estabeleceu que tanto o movimento resultante de uma força mecânica, quanto o fluxo magnético concatenado, podem induzir uma tensão elétrica.

Essa tensão, quando em um circuito fechado, produz uma corrente cujo campo magnético tende a se opor à variação do fluxo magnético que a gerou. Além disso, a tensão induzida será diretamente proporcional ao número de espiras de fio da bobina que possuem o mesmo fluxo passando sobre elas e a taxa de variação do fluxo em relação ao tempo. E o seu sinal será negativo devido a expressão da lei de Lenz. Na forma de equação, temos

    \[e_{ind} = -N\frac{d\phi}{dt}\]

em que
e_{ind} = tensão induzida na bobina
N = número de espiras de fio da bobina
\phi = fluxo que passa através da bobina

Princípio de funcionamento de transformador ideal

O princípio de funcionamento de um transformador baseia-se na aplicação desses conceitos citados anteriormente. Através de um campo magnético variável no tempo, induz-se uma tensão em uma bobina quando esse campo a atravessa. E em um transformador típico, existem duas bobinas, a primária e a secundária. Quando uma corrente alternada é aplicada à bobina primária, ela cria um campo magnético variável que induz uma tensão nos terminais da bobina secundária. Com isso, o transformador é capaz de transferir a energia, por meio de indução eletromagnética, do primário para o secundário.

Desenho de um transformador ideal
Fonte: Autoria própria

No secundário do transformador, a frequência permanece a mesma, porém, a corrente e a tensão mudam, sendo a magnitude de ambas dependentes da relação entre número de espiras do primário e do secundário.

Então, considerando um transformador ideal, que não possui perdas em seus enrolamentos de entrada e saída. A relação entre a tensão vp(t) aplicada no lado do enrolamento primário do transformador e a tensão vs(t) produzida no lado do secundário é

    \[\frac{v_p(t)}{v_s(t)} = \frac{N_S}{N_p} = a\]

Onde a é definido a relação de espiras ou relação de transformação do transformador:

    \[a = \frac{N_p}{N_s}\]

A relação entre a corrente ip(t) que entra no lado primário do transformador e a corrente is(t) que sai do lado secundário do transformador é

    \[N_pi_p(t) = N_si_s(t)\]

ou

    \[\frac{i_p(t)}{i_s(t)}= \frac{1}{a}\]

Existem dois tipos de transformadores: os abaixadores e os elevadores de tensão. O transformador abaixador de tensão é aquele em que a tensão no secundário é menor do que a tensão no primário. O transformador elevador de tensão é aquele em que a tensão no secundário é maior do que a tensão no primário. Os transformadores elevadores são normalmente usados para elevar os níveis de tensão produzidos nas usinas para as linhas de transmissão, enquanto os abaixadores são bastante utilizados para reduzir os níveis de tensão para o consumo.

A potência do transformador ideal

A potência ativa de entrada Pentrada fornecida ao transformador pelo circuito primário é dada pela equação

    \[P_{entrada} = V_pI_pcos\theta_p\]

\theta_p = o ângulo entre a tensão primária e a corrente primária

Por outro lado, a potência ativa Psaída fornecida pelo circuito secundário do transformador à sua carga é dada pela equação

    \[P_{saída} = V_{s}I_{s}cos\theta_{s}\]

\theta_{s} = o ângulo entre a tensão secundária e a corrente secundária

Como, em transformador ideal, o fator de potência não muda do primário para o secundário, o ângulo entre a tensão e a corrente também não se altera, então

    \[P_{saída} = V_{s}I_{s}cos\theta_{s} = P_{entrada}\]

Logo, a potência de um transformador ideal é igual tanto na saída quanto na entrada.

Conclusão

Em suma, os transformadores desempenham um papel crucial no sistema elétrico de potência ao ajustar os níveis de tensão. Além disso, eles são essenciais na distribuição de energia, reduzindo a tensão para uso seguro em residências e empresas. Os transformadores podem ser abaixadores ou elevadores de tensão, sendo os primeiros usados para consumo e os segundos para transmissão de energia das usinas para as linhas de transmissão.
Neste artigo, foi feito um breve resumo do princípio de funcionamento de um transformador, com foco nos transformadores ideais. Para aprofundar ainda mais o assunto, recomendo a leitura dos livros listados nas referências e também da nossa apostila sobre transformadores. No futuro, mais conceitos serão abordados através de outros artigos.

Referências

ALEXANDER, C. K.; SADIKU, M. Fundamentos de Circuitos Elétricos. [s.l: s.n.].

CHAPMAN, S. J. Fundamentos de Máquinas Elétricas – 5ed. [s.l.] AMGH Editora, 2013.

KOSOW, I. L. Electric Machinery and Transformers. [s.l.] Pearson Educación, 1991.

MENEZES, M.; VERGNE, M. APOSTILA DE TRANSFORMADORES SISTEMAS DE POTÊNCIA. [s.l.] Grupo de Sistemas Elétricos de Potência Integrados, [s.d.].

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História da eletricidade do Brasil: quais foram os primeiros passos?

O passo inicial para a introdução da energia elétrica em nosso país é resultado do apreço de D. Pedro II com a cultura e, principalmente, com a ciência. Isso porque o então imperador do Brasil, em sua segunda viagem internacional, decide visitar a exposição universal de 1876 na Filadélfia, que reunia novidades dos campos das artes, cultura e ciência. Nesse cenário, D. Pedro II autorizou que Thomas Edison introduzisse suas invenções no Brasil, além de protagonizar o memorável episódio com Alexander  Graham  Bell, em que o imperador testa pela primeira vez a invenção do telefone.

Assim, em 1879 é implementado o primeiro sistema de iluminação a partir de energia elétrica no Brasil, com seis lâmpadas do tipo Jablockhov na Estação Central da Estrada de Ferro D. Pedro II (atual Estrada de Ferro Central do Brasil) no Rio de Janeiro, acionadas por dois dínamos movidos por máquinas a vapor. Após esse pontapé inicial, elencamos os seguintes marcos da iluminação pública brasileira:

  • Em 1883, D. Pedro II inaugurou o primeiro sistema de iluminação pública elétrico da América do Sul, na cidade de Campos (RJ), contando com 39 lâmpadas acionadas por dínamos.
  • Porto Alegre é a primeira capital do Brasil a implementar um sistema de iluminação pública elétrica em 1887. Também, no mesmo ano, foi implementado um sistema na capital do Rio de Janeiro com cerca de 100 lâmpadas. Alimentados por termelétricas.

Figura 1: Estrada de Ferro Central do Brasil (1889) 

Fonte: Marc Ferrez/Coleção Gilberto Ferrez/Acervo Instituto Moreira Salles

Outra exposição universal é decisiva para a história da energia elétrica no Brasil, a exposição universal de 1878 em Paris, após visita-la Bernardo Mascarenhas decide criar a primeira usina hidrelétrica de maior porte (250 kW), considerando os padrões da época, da América do Sul – Marmelos Zero – com objetivo de suprir sua fábrica têxtil (Companhia Têxtil Bernardo Mascarenhas) e a iluminação pública de Juiz de Fora (MG). Marmelos é inaugurada em 1889, fazendo parte da Companhia Mineira de Eletricidade, fundada em 1888.

É importante ressaltar, que já havia sido construída outra usina hidrelétrica de menor porte em Diamantina (MG) em 1883, porém voltada a suprir o maquinário empregado na mineração de diamantes em uma mina da cidade.

Figura 2: Marmelos Zero (Atual, Museu Usina Marmelos Zero) 

A usina foi construída em 1889 pela Companhia Mineira de Eletricidade por iniciativa de Bernardo Mascarenhas — Foto: Cemig/Divulgação

Fonte: Cemig/Divulgação

A fim de compreender mais profundamente os próximos desenvolvimentos do sistema elétrico brasileiro, há de se lembrar que o fim do império do Brasil aconteceu em 1889, dando lugar ao período da República Velha (1889-1930) que durante todo seu período não fixou uma legislação federal sólida sobre os serviços de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Portanto, a autorização para exploração de recursos energéticos era concedida pelos próprios municípios, ou em certos casos pelo governo do estado.

Tal estrutura legislativa foi atrativa para investimentos estrangeiros no setor, principalmente de origem canadense e estadunidense. Sendo o principal exemplo a Light, que em 1899 cria a São Paulo Railway, Light and Power Company Limited, empresa de origem canadense que detinha aprovação da Câmara Municipal de São Paulo para atuar nas linhas de bondes elétricos e na geração e distribuição de energia elétrica. Os desenrolamentos desse período levaram ao controle da maioria das usinas do país por duas empresas estrangeiras, a Light e a Amforp, mas esse tópico ainda será detalhado em um post futuro…

Referências:

CENTRO DA MEMÓRIA DA ELETRICIDADE NO BRASIL. Energia elétrica no Brasil: 500 anos. Rio de Janeiro: Centro da Memória da Eletricidade no Brasil, 2000. Disponível em: https://www.memoriadaeletricidade.com.br/acervo/10640/energia-eletrica-no-brasil-500-ano. Acesso em: 22 dez. 2023.

GOMES, João Paulo Pombeiro; VIEIRA, Marcelo Milano Falcão. O campo da energia elétrica no Brasil de 1880 a 2002. Revista de Administração Pública, v. 43, p. 295-321, 2009.

MARCELINO, J. H. Dom Pedro II nos Estados Unidos (1876) : Impressões do roteiro de um monarca viajante. Epígrafe, [S. l.], v. 10, n. 1, p. 247-272, 2021. DOI: 10.11606/issn.2318-8855.v10i1p247-272. Disponível em: https://www.revistas.usp.br/epigrafe/article/view/172256. Acesso em: 22 dez. 2023.

MORTATI, D. A arquitetura da eletricidade: O surgimento das Pequenas Centrais Hidrelétricas e o processo de urbanização das cidades do interior de São Paulo (1890-1930). Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Universidade Estadual de Campinas. Campinas, p. 330. 2013.

Proteção de inversores string contra danos causados por raios

Energia solar fotovoltaica

Levando em conta a necessidade da utilização de fontes renováveis de energia elétrica, o sistema fotovoltaico tem sido bem aceito e tem ocupado uma posição significativa na distribuição das matrizes energéticas de cada país. Segundo a ABSOLAR (Associação Brasileira de energia solar fotovoltaica), a previsão de crescimento dos sistemas fotovoltaicas seria de 42% no ano de 2023, cerca de 10 GW, chegando a 34 GW de potência instalada. Na Alemanha, em 2021, foram instaladas mais 5,3GW de potência elétrica gerada a partir de sistemas fotovoltaicos. Para o Brasil, a previsão da ABSOLAR considerou que dos 34GW de potência instalada, 21,6 GW são oriundas das gerações distribuídas realizadas em residências, prédios, propriedades rurais e 12,4 GW são das grandes usinas, também chamadas de geração centralizadas.

Com essa crescente, faz-se necessário a preocupação com a continuidade da operação e preservação dos equipamentos das usinas fotovoltaicas, haja vista o alto custo de instalação e os contratos de compra e venda de energia elétrica entres os proprietários das usinas e os consumidores. Portanto, a proteção dos inversores strings contra danos causados por raios tem sido tema relevante dentro da engenharia elétrica.

Usina solar fotovoltaica.
Fonte: PIXABAY. Disponível em: https://pixabay.com/pt/photos/fotovoltaicas-c%C3%A9lulas-solares-491702/

Descargas atmosféricas em Usinas Fotovoltaicas

De modo geral, os sistemas fotovoltaicos estão sujeitos a correntes de impulso (10/350 us) e a correntes de surtos induzidas (8/20 us), ambas provenientes das descargas atmosféricas. A primeira é observada nas instalações que recebem a descarga atmosférica diretamente, enquanto a segunda é originada da indução eletromagnética na rede elétrica proveniente da descarga atmosférica.

Tanto a corrente de impulso quanto a corrente de surto induzida dispõem de uma grande quantidade de energia. Sendo assim, é essencial utilizar de dispositivos de proteção contra surtos (DPS) para garantir a vida útil dos equipamentos elétricos, por exemplo, os inversores strings utilizados nas usinas fotovoltaicas, evitando danos totais ou parciais. Dessa forma, os fabricantes dos inversores strings já integram no seu projeto de circuito interno os DPS Classe II, capazes de promover a proteção contra a corrente de surto induzida. No entanto faz-se necessário a utilização de DPS Classe I do lado c.a. (corrente alternada) do inversor.

Usina fotovoltaica.
Fonte: stonos. Disponível em: https://www.stonos.com.br/blog/qual-e-o-melhor-inversor-para-o-meu-sistema-de-energia-solar-microinversor-x-inversor-string/

Toda usina fotovoltaica deve dispor de um sistema de aterramento onde existirá apenas um eletrodo de aterramento ou um conjunto de eletrodos que deverá ser interligado eletricamente para que todos estejam no mesmo potencial. Sendo assim, ao ser atingida por uma descarga atmosférica, a usina fotovoltaica utiliza o eletrodo de aterramento para dispersar a corrente de surto para o solo, elevando o potencial do terra nesse ponto. Devido a distância entre a usina e o transformador do sistema elétrico de potência, haverá uma diferença de potencial entre os aterramentos do transformador e da usina fotovoltaica, gerando um fluxo de corrente entre esses pontos pelo caminho de menor impedância.

Esse fluxo de corrente permite que o DPS Classe I direcione o fluxo de corrente do lado c.a. para o eletrodo de aterramento, impedindo a passagem de corrente de impulso para o inversor string, uma vez que este está equipotencializado no mesmo eletrodo de aterramento da usina fotovoltaica, e o fluxo de corrente é do eletrodo de aterramento da usina para o eletrodo de aterramento do transformador do sistema elétrico de potência. Dessa forma, o inversor string está protegido contra as correntes de impulso e apenas dissipa a energia proveniente da corrente de surto induzida através dos DPS Classe II instalados no seu interior.

É crucial ressaltar a importância da coordenação dos estágios de proteção entre os DPS Classe I e Classe II, garantindo que apenas a corrente de surto induzida seja presente no interior do inversor string, enquanto toda energia proveniente da corrente de impulso seja dissipada pelo DPS Classe I. Para alcançar esse objetivo, é necessário utilizar dispositivos certificados e construídos com tecnologia adequada para assegurar funcionamento correto.

É possível encontrar DPS Classe I do tipo centelhador, cuja função é comutar tensão na faixa dos nanossegundos, reduzindo a sobretensão para a faixa de operação da alimentação do sistema. Outra tecnologia é o DPS Classe I utilizando varistor, que limita a tensão durante toda a passagem da corrente de impulso.

Dessa forma, as especificidades da proteção contra descargas atmosféricas devem ser cuidadosamente consideradas para garantir o correto projeto e instalação da proteção contra descargas atmosféricas (PDA), tanto do sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) quanto nas medidas de proteção contra surtos (MPS), visando preservar os equipamentos dispostos nas usinas fotovoltaicas e assegurar a continuidade estável do sistema.

Referências:

Lopez, Maria José: Proteção de inversores de string contra danos causados por raios. Revista FotoVolt nº 63, Agosto de 2023, pág. 32-37.

ABSOLAR. Capacidade de energia solar no Brasil deve crescer 42% em 2023, a 34 GW, prevê ABSOLAR. Disponível em: https://www.absolar.org.br/noticia/capacidade-de-energia-solar-no-brasil-deve-crescer-42-em-2023-a-34-gw-preve-absolar/#:~:text=%E2%80%9CProjetamos%20um%20crescimento%20consistente%20da,administra%C3%A7%C3%A3o%20da%20ABSOLAR%2C%20em%20nota. Acesso em: 13 dez. 2023.

Transformadores Verdes no Cenário da Potência

Os transformadores são equipamentos imprescindíveis para a transmissão da energia elétrica. A parte ativa do transformador (enrolamentos e núcleo) fica disposta dentro da estrutura em contato com material dielétrico, que na maioria das vezes se trata de óleo. Historicamente, muitos tipos de óleos isolantes foram largamente utilizados nos transformadores, como: óleo mineral tipo A, óleo mineral tipo B, óleo sintético, e mais recentemente, óleo vegetal. Os transformadores que utilizam óleo vegetal são comumente chamados de “Transformadores Verdes”.

Transformador de potência.
Fonte: T&DWORLD

Elemento renovável:

O óleo vegetal se tornou uma alternativa mais sustentável ao óleo mineral por sua origem renovável. Enquanto os OMIs são advindos do petróleo, fonte esgotável, os OVIs são extraídos a partir de grãos, como o milho, a soja, e o babaçu. Os óleos vegetais podem ser utilizados como dielétricos nos equipamentos e máquinas, desde que sigam as especificações da norma NBR 15422. Dessa forma, a substituição do isolante mineral pelo vegetal está sendo cada vez mais bem quista.

Tabela ABNT 2015.
Fonte: SIMONE, 2017.

Resfriamento:

As perdas por histerese magnética, por correntes parasitas e pelo cobre ocorrem durante a operação do transformador, e de forma inevitável. Elas são convertidas em calor, o que gera a necessidade de um mecanismo de refrigeração dentro do equipamento. O óleo, portanto além de isolar, é responsável pelo controle de temperatura do trafo, através da passagem do óleo pelos radiadores, o que ocasiona troca de calor por convecção. Para que a troca de calor seja adequada, o óleo deve ter baixa viscosidade, para que circule sem empecilhos nos radiadores, o que se torna um problema para os transformadores verdes. O óleo vegetal possui uma alta viscosidade, e gruda nas paredes da estrutura do trafo, podendo diminuir a vida útil do equipamento. Portanto, a estrutura de um transformador verde deve ser diferente da de um comum, tendo seu sistema de refrigeração projetado de modo a facilitar a passagem do óleo denso, como por exemplo, aumentando a largura dos radiadores. 

Demonstração da circulação do óleo e consequente troca de calor.
Fonte: UniverTec.

Biodegradabilidade:

O óleo vegetal, também chamado de éster natural de forma mais generalizada, apresenta maior biodegradabilidade quando comparado ao óleo mineral, por conta da sua origem. Um material de origem vegetal se degrada mais facilmente e com menos impactos à água e ao solo, visto que sua composição química reage mais com estes materiais, degradando-se numa faixa de 89 a 97% em 28 dias.

Estrutura química do éster natural.
Fonte: AMORIM, 2019.

Oxidação do óleo:

Outro aspecto construtivo do transformador verde que o difere do transformador comum é que sua estrutura metálica precisa ser reforçada, e sem a presença do mecanismo de “respiro livre”. O óleo vegetal apresenta alta oxidação, o que torna necessário o uso de mecanismos para evitar a todo custo o contato do oxigênio presente na atmosfera com o óleo presente no equipamento, de modo a prolongar a vida útil do isolante. Desse modo, a solução para a expansão térmica do óleo vegetal do transformador é o uso de conservadores com bolsas de borracha.

Bolsa de borracha para tanque de expansão.
Fonte: Unitec Borrachas

Considerações finais:

Com a urgência da crise climática e ambiental, o mundo procura formas de construir um futuro mais verde, e não é diferente na área da eletricidade. Nos transformadores de potência, ainda é baixa a adesão ao modelo sustentável, pois são equipamentos de vida útil elevada (cerca de 40 anos), e não se torna financeiramente viável substituir equipamentos que utilizam o óleo mineral isolante e ainda funcionam bem. Porém é inegável que o futuro dos transformadores de potência tende a ser sustentável.

Referências:

SANTANA, Ruth Marlene Campomanes e FRIEDENBERG, Luiz Eduardo. “Propriedades de óleos isolantes de transformadores e a proteção do meio ambiente”,. 2014. Disponível em:  <http://www.abes-rs.org.br/qualidade2014/trabalhos/id868.pdf> Acesso em: 31 de Outubro de 2023

CHAVIDI, Venkata Prasad e GNANASEKARAN, Dhorali.“Vegetable Oil based Biolubricants and Transformer Fluids: applications in power plants.”. 2018.

ALMEIDA, Larissa Santos e MUNIZ Pablo Rodrigues “ANÁLISE DE DESEMPENHO DO TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA ISOLADO A ÓLEO VEGETAL EM RELAÇÃO AO TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA ISOLADO A ÓLEO MINERAL.”. Revista IFes Ciência, 2020.

SIMONE, Giovana, “O USO DE ÓLEO VEGETAL EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA” . 2017 – Universidade Federal De Santa Catarina. Disponível em <https://repositorio.ufsc.br/xmlui/bitstream/handle/123456789/182225/Oleo%20vegetal%20em%20Trafos%20revisao.pdf?sequence=1&isAllowed=y>. Acesso em: 31 de Outubro de 2023

AMORIM, Cleber Arantes “ADEQUAÇÃO DO PROJETO DE ISOLAMENTO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA NA SUBSTITUIÇÃO DO ÓLEO MINERAL PELO ÉSTER NATURAL”. 2019. Disponível em <https://www.ppgee.ufmg.br/defesas/1602M.PDF>. Acesso em: 29 de Outubro de 2023

“Como o óleo trabalha na refrigeração dos Transformadores” 2022. Disponível em <https://www.romagnole.com.br/noticias/como-o-oleo-trabalha-na-refrigeracao-dos-transformadores/>. Acesso em: 26 de outubro de 2023

Proteção de Sobrecorrente Direcional (67)

As redes de distribuição e as linhas de transmissão radias são normalmente protegidas por relés de sobrecorrente temporizados. Porém, quando esses sistemas são alimentados pelas duas extremidades, ou apresentam configuração em anel, há necessidade de implementar relés de sobrecorrente temporizados incorporados a elementos direcionais, isto é, que são sensibilizados ou não pelo sentido em que flui a corrente (relés direcionais de corrente) ou a potência (relés direcionais de potência).

Relé de sobrecorrente direcional (67) é um dispositivo (equipamento) que atua quando a corrente é maior que o seu ajuste e tem um sentido pré-estabelecido de acordo com sua referência de polarização. Sendo assim, a proteção direcional tem a finalidade de reconhecer correntes de faltas em um determinado sentido previamente ajustado (sentido de atuação do equipamento). Logo, se a falta causa uma corrente no sentido contrário (inversa ou reversa), não terá atuação da proteção.

A proteção 67 baseia-se em duas grandezas de entrada, uma de operação ou atuação e outra de polarização. Sendo que, a identificação da direção da corrente ou do fluxo de potência é feita utilizando o ângulo entre a grandeza de polarização e a grandeza de operação.

Diagrama fasorial de um relé direcional tensão-corrente.

O ângulo theta (Ѳ) formado entre a grandeza de operação, normalmente corrente, e a grandeza de polarização, normalmente tensão, é comumente chamado de ângulo de projeto. O MTA (Maximum Torque Angle), por sua vez, é aquele formado entre a grandeza de polarização e a região de torque máximo. Esse ângulo é importante porque determina a precisão e a confiabilidade do relé em detectar a direção do campo magnético e, portanto, atuar de forma adequada. Valores mais elevados do MTA geralmente indicam uma sensibilidade maior do relé à direção do campo magnético e, portanto, uma operação mais precisa. Normalmente, a região de torque máximo é dimensionada para ser paralela a grandeza de operação, facilitando a análise e dimensionamento do projeto.

Na proteção direcional existem conexões que ditam o funcionamento do relé, o tipo de conexão ou ligação é determinado pelo ângulo entre a tensão aplicada ao circuito de potencial e a corrente ao circuito de corrente, considerando o sistema com fator de potência unitário e sequência direta. Cada uma dessas conexões corresponde a um relé direcional específico com MTA diferente.

As conexões mais utilizadas são:

  • Conexão 30°

Na conexão 30°, a corrente de operação está adiantada 30° da tensão de polarização. Para assegurar o desempenho adequado deste tipo de conexão, é indicado utilizá-lo em alimentadores e configurando o MTA na posição 0°, garantindo o funcionamento esperado para todos os tipos de faltas. No entanto, não é aconselhável utilizá-lo em transformadores alimentadores, pois há o risco de pelo menos um dos relés trifásicos atuar para faltas no sentido inverso.

  • Conexão 60°

Neste caso, a corrente Ia de operação está adiantada 60° da tensão de polarização Vab + Vbc. A utilização deste tipo de conexão é pouco comum, apesar de apresentar um desempenho eficiente na proteção de alimentadores com MTA em 0°. No entanto, a desvantagem de ser necessário ligar os transformadores de corrente em delta limita sua aplicabilidade para outras funções de proteção. Além disso, a falta de vantagens em comparação à ligação de 90° torna sua utilização rara.

  • Conexão 90°

A corrente Ia de operação neste caso está adiantada 90° da tensão de polarização Vbc. Esta conexão é geralmente conhecida como conexão em quadratura e é amplamente utilizada em projetos práticos de proteção de sobrecorrente direcional. Para este tipo de conexão, é comum a utilização do MTA em 30° e 45°.  Para o MTA configurado em 30°, é recomendado utilizá-lo na proteção de alimentadores com fontes de sequência zero atrás do ponto de retransmissão. Já o MTA em 45°, é indicado para proteção de transformadores alimentadores ou alimentadores com fontes de sequência zero na frente do relé.

Referências

Volume-2-protecao-de-sistemas-aereos-de-distribuicao. Ed Campos / Eletrobrás.

The Art & Science Of Protective Relaying. C. Russell Mason.

MAMEDE FILHO, João. Manual de equipamentos elétricos. Rio de Janeiro: LTC, 2005.

O que são veículos elétricos? O que esperar dessa tendência?

Segundo a ABVE (Associação Brasileira de Veículos Elétricos) a projeção de crescimento do mercado nacional é de 300% a 500% no que se refere aos 5 anos seguintes. Um fato curioso especificamente sobre o mercado de carros elétricos no Brasil é que o aumento da concorrência nos últimos anos vem causando uma queda nos preços, entretanto o país ainda não possui pontos de recargas suficientes para subsidiar a demanda do mercado, barrando o crescimento da comercialização e uso.

Veículos elétricos são meios de transporte que funcionam essencialmente com eletricidade. Também chamados de “VE’s”, eles utilizam um ou mais motores para tração e propulsão. É importante salientar que nem todos VE’s se comportam da mesma maneira, existem categorias híbridas plug-in, os que operam exclusivamente por eletricidade, os que possuem células de combustível de hidrogênio e alguns outros estilos.

Figura Ilustrativa

Outro aspecto a ser levado em consideração é o crescimento do uso de fontes renováveis no mesmo período em que há uma projeção de crescimento do uso de VE’s. Segundo um estudo do Sebrae (Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas Empresas), a expectativa é de que, até 2040, a energia solar represente 32% do total da energia produzida no Brasil, liderando todas as matrizes do país. Nos últimos 3 anos, a energia solar centralizada cresceu em 200% e a energia solar para a solução de geração distribuída evoluiu em 2.000%. A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) também indica que ainda em 2023 espera-se uma expansão na geração de 10,3 GW de capacidade instalada, sendo que as usinas solares centralizadas e eólicas serão responsáveis por 90% dessa expansão. 

O setor de transporte, segundo a IEA (Agência Internacional de Energia Elétrica) a estimativa é de que 20% das emissões globais de gases do efeito estufa sejam geradas pelo setor, aspecto que no Brasil sofre um agravante e chegando aos 40%. Dessa forma, a combinação das tendências de mudanças na modalidade de transporte urbano e geração de energia elétrica devem ajudar na manutenção e avanços no que diz respeito a desacelerar as mudanças climáticas e ambientais, ajudando também a atingir as metas estabelecidas no Acordo de Paris.

Modalidades e características:

Carro Elétrico Híbrido (HEV):

De maneira geral, essa modalidade utiliza essencialmente combustíveis convencionais, com motor de combustão interna e motor elétrico com suas respectivas baterias operando de maneira complementar ao bom e velho funcionamento baseado na combustão.

Carro Elétrico Híbrido Plug In (PHEV):

Também combina o motor de combustão convencional ao conjunto motor elétrico e baterias. Entretanto, a bateria pode ser abastecida por um cabo de alimentação externa.

Carro elétrico a bateria (BEV):

100% elétrico, utiliza a eletricidade que é armazenada nas baterias que são combinadas ao motor elétrico para operação. Podendo ser recarregado utilizando a rede elétrica.

Carro a Célula de Combustível (FCEV):

Utiliza gás hidrogênio como fonte para produzir eletricidade e alimentar o motor elétrico do carro.

Figura representando as diferentes marcas e modelos

Conclusão:

Os veículos elétricos elétricos, possuem modalidades diversas para necessidades e oportunidades diversas. Mas um aspecto é quase certeiro de afirmar, a tendência de crescimento e participação dessa modalidade de transporte tende a crescer e muito nos próximos anos, a depender dos investimentos estruturais para receber essa evolução nos meios de transporte cada país experimentará em diferentes níveis essa mudança.

Referências:

https://www.portalsolar.com.br/carro-eletrico

https://www.infomoney.com.br/consumo/mais-acessiveis-carros-eletricos-e-hibridos-ja-partem-de-r-120-mil-no-brasil-veja-lista/

https://www.neocharge.com.br/tudo-sobre/carro-eletrico/veiculo-eletrico

http://www.abve.org.br/

https://www.gov.br/aneel/pt-br

https://sebrae.com.br/sites/PortalSebrae/

https://autoesporte.globo.com/eletricos-e-hibridos/noticia/2023/08/veja-os-10-carros-eletricos-mais-baratos-do-brasil-em-agosto-de-2023.ghtml

Funcionamento e Classificação dos Motores de Indução Monofásicos

Existem diversos tipos de máquinas elétricas, cujas aplicações são as mais diversas e dependem das suas estruturas e princípios de funcionamento e de construção. Alguns exemplos são os Motores de Indução, os Motores Síncronos e os Motores de Corrente Contínua (CC). Nesse sentido, o uso de motores de indução é amplamente difundido, principalmente devido a sua versatilidade e diversidade em relação às demais máquinas, tornando-os uma solução confiável e econômica para muitas aplicações industriais, comerciais e residenciais.

Dessa forma, os motores de indução monofásicos possuem muitas aplicabilidades no mercado, sobretudo em equipamentos e aparelhos que requerem baixas potências, sendo mais robustos e mais baratos que os motores de indução trifásicos. Entretanto, esses equipamentos têm, também, algumas limitações, como menores eficiências e a necessidade de alguns dispositivos auxiliares.  

Princípios Construtivos:

Assim como os motores síncronos e motores de indução trifásicos, os motores de indução monofásicos possuem uma parte fixa, chamada de estator, e uma parte móvel girante, o rotor. O estator é uma estrutura composta por um núcleo de ferro laminado com ranhuras, nas quais são inseridos os enrolamentos, que são alimentados pela rede elétrica. Já o rotor é composto, geralmente, por barras de cobre curto-circuitadas entre si nas extremidades por anéis condutores, formando um tipo de rotor chamado “Gaiola de esquilo”. O eixo é conectado ao rotor, o qual gira com o auxílio de rolamentos.

Além disso, para reduzir as perdas, alguns dispositivos de ventilação podem ser utilizados, assim como  equipamentos auxiliares para a partida da máquina, como capacitores adicionais.

Princípio construtivo do motor de indução monofásico

Princípio de funcionamento:

O funcionamento de um motor de indução monofásico é baseado na indução eletromagnética, ou seja, pela interação entre os campos magnéticos criados pela corrente elétrica no estator e no rotor.

Conforme dito anteriormente, o estator contém enrolamentos, nos quais percorre uma corrente alternada que cria um campo magnético giratório ao redor das bobinas. Esse campo induz tensões e correntes no rotor, cujas barras estão curto-circuitadas, fazendo surgir um outro campo magnético girante, desta vez no rotor. O campo magnético gerado pelo rotor, que é oposto ao campo do estator, interage com o campo do estator, criando um torque mecânico, permitindo o movimento rotacional do rotor/eixo.

Para que o rotor consiga rotacionar, é necessário que o campo magnético do estator seja girante. Tomando como base a figura abaixo que representa um modelo simplificado do motor, quando a corrente alternada monofásica é aplicada ao enrolamento principal do estator, ela cria um campo magnético alternado, que varia em intensidade e direção com o tempo. Esse campo magnético alternado é estático e pulsante. Então, diferentemente do motor de indução trifásico, o monofásico não é capaz de realizar a partida sozinho. Portanto, é preciso utilizar alguns dispositivos auxiliares, como enrolamentos adicionais e capacitores de partida, caracterizando algumas técnicas de partida.

  

Representação do motor de indução monofásico

Importante observar que, apesar de apresentar torque nulo de partida, a rotação é mantida quando se consegue partir o motor através dos equipamentos auxiliares, podendo-se desconectá-los para maiores eficiências.

Técnicas de Partida:

Enrolamento de partida: Um enrolamento auxiliar é posicionado a 90° do enrolamento principal, criando um segundo campo magnético que possibilita um torque de partida. Após o motor atingir a velocidade adequada, pode-se desligar esse enrolamento secundário através de uma chave centrífuga.

Capacitor de partida: Nessa técnica, um capacitor é conectado em série com o enrolamento principal do estator. O capacitor cria uma defasagem de fase entre a corrente e a tensão no enrolamento, criando um campo giratório inicial que impulsiona o motor a partir. É possível desconectar tal dispositivo, também, através de um interruptor centrífugo.

Capacitor permanente: O princípio é igual ao da técnica por capacitor de partida, porém o capacitor permanece conectado ao enrolamento principal durante toda a operação da máquina de indução.

Partida direta: Em alguns casos, sobretudo em motores de baixa potência, o motor pode ser acionado manualmente, provocando a rotação do eixo.

Classificação dos motores e aplicações:

Os motores de indução monofásicos são classificados, em geral, através do método de partida utilizado. Alguns exemplos são:

Motor de fase dividida (Split-Phase): Utiliza um enrolamento auxiliar na partida, sendo comumente encontrado em equipamentos que necessitam de baixos ou médios torques de partida, como ventiladores e sopradores.

Motor a Capacitor de partida: O capacitor de partida é usado para iniciar a rotação da máquina e pode ser retirado posteriormente. Aplicado em máquinas que necessitam de maiores torques de partida, como bombas, compressores e refrigeradores.

Motor a Capacitor permanente: É utilizado um capacitor permanente, sendo comum em equipamentos cujas aplicações envolvem baixos ruídos, como máquinas de lavar e centrífugas.

Conclusão:

É evidente que o uso de motores de indução monofásicos em máquinas elétricas é extremamente difundido, principalmente devido a sua versatilidade e ao seu custo-benefício. Portanto, o avanço tecnológico nessa área é de suma importância para garantir maiores eficiências e viabilidades econômicas, tornando-se cada vez mais acessível.

Referências:

SEN, P. C. Principles of Electric Machines and Power Electronics. [s.l.] John Wiley & Sons, 2013.

‌https://circuitdigest.com/tutorial/induction-motor-working-principle-single-phase-and-three-phase-induction-motor

https://www.revistamanutencao.com.br/literatura/tecnica/eletrica/motores-eletricos-componentes-e-suas-aplicacoes.html

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