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mini-hídricas e aerogeradores
geração de energia trifásica
Pretende-se mostrar como funcionam os geradores que produzem energia eléctrica a partir do movimento da água.

Nesse sentido, contruiu-se um modelo didáctico de um gerador hidroeléctrico, funcional e totalmente transparente de modo a que fossem visíveis os seus vários elementos em funcionamento.

o gerador montado sobre a turbina, em funcionamento


O gerador trifásico


Obtém-se um gerador eléctrico colocando um ou mais magnetes a girar sobre um eixo, à volta do qual se posicionam uma ou mais bobinas de fio condutor enrolado. À medida que os magnetes giram, gira também o campo magnético que incide sobre as bobinas que estão à volta. Esta variação induz uma corrente eléctrica em cada uma das bobinas, cujo sentido se inverte periodicamente (corrente alternada).


pormenor dos magnetes e das bobinas montadas sobre um copo, simetricamente dispostas à volta dos magnetes.



Como os magnetes passam à frente de cada bobina em instantes diferentes, as correntes nessas bobines estão também desfasadas umas das outras. É assim que é produzida a maioria da electricidade. Na prática, porém, os magnetes do rotor são de facto grandes electromagnetes.

Os geradores modernos são geralmente trifásicos. A corrente é induzida em três bobinas (ou múltiplos de três), dispostas simetricamente à volta do eixo que contém os magnetes. Nesse caso as correntes estão desfasadas de 120 graus umas em relação às outras.

As três bobinas têm seis terminais, mas esses terminais são engenhosamente ligados uns aos outros, de acordo com os desfasamentos entre as correntes. Três condutores são suficientes para conduzir essas correntes entre a central e o local onde vai ser utilizada. É por isso que as linhas de alta tensão têm em geral apenas três cabos (mais um fio de protecção).

No vídeo é claramente visível o desfasamento entre as correntes pelo piscar das três lâmpadas de LEDs, algo que não é perceptível a olho nu. É este desfasamento que permite pôr uma agulha magnética a rodar, tal e qual como se faz rodar o veio de um motor trifásico (ver motor trifásico).

A corrente induzida numa bobina é proporcional à taxa de variação do campo magnético sobre a área delimitada por essa bobina, de acordo com a lei de Faraday,



sendo ε a tensão induzida e Φ o fluxo do campo magnético através da área da bobine.

Quanto mais elevada for a velocidade do eixo, mais elevada será a amplitude da corrente. Visto que o movimento de rotação do eixo é periódico, a corrente também é periódica, variando com uma frequência igual ao número de rotações por minuto que o eixo executa. Na Europa a frequência da rede eléctrica pública é 50 Hz.

O modelo foi concebido para ser didáctico, tendo-se optado por deixar espaço suficiente entre os magnetes e os enrolamentos de modo a que se visse a funcionar. Isso aumenta consideravelmente as perdas de fluxo magnético. Tem por isso um rendimento baixo. Para ser mais elevado não se poderia ver lá para dentro.

A turbina foi obtida a partir de uma máquina de lavar garrafas, devidamente adaptada (ver mais)←.



Os geradores hidroeléctricos das grandes centrais produzem potências da ordem de 600 MW (Mega Watt), (alimentam uma cidade).
As centrais mini-hidrícas produzem potências bem mais modestas (10 MW), comparáveis às dos geradores heólicos modernos (5-6 MW), cuja importância tem vindo a consolidar.

O transporte de energia eléctrica


As linhas de alta tensão têm geralmente três cabos, correspondentes às três fases do gerador (mais um cabo para os proteger das trovoadas).

No modelo didáctico isso também é ilustrado. Para mais detalhes acerca do transporte de energia click aqui ←.

 

Este modelo didáctico foi desenvolvido no Departamento de Física da FCTUC inserido num programa de apoio a projectos do 12º ano sobre energias renováveis.



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