segunda-feira, 11 de julho de 2016

TRANSFORMADORES

O QUE SÃO TRANSFORMADORES, PARA QUE SERVEM E COMO FUNCIONAM?


Diana Gomes
Higor Anjos
Miquéias Rocha
Simone Santos
Raquel Rebeca
Tailane Santana


RESUMO: Neste artigo temos como objetivo transmitir de modo simples e claro a evolução dos transformadores, seus criadores, como funciona, sua utilidade no nosso dia a dia contendo exemplos, além de sabermos o caminho da energia elétrica até a nossa residência com a ajuda dos transformadores.

PALAVRAS-CHAVES: Transformador, energia, potência, indução, tensão.

Você já deve ter passado por uma situação pouco complicada: comprou, por exemplo, uma geladeira que foi feita para funcionar numa tensão de 110v e em sua residência só contenha tomadas 220v. E agora, o que fazer?  Em meio as tecnologias existentes, foram criados transformadores que são equipamentos capazes de transformar valores de tensões e correntes elétricas. Então neste caso, utilizaremos um transformador que irá transformar sua tensão de 110v em 220v sem danificar sua geladeira. 
 “A história do desenvolvimento tecnológico pode ser descrita com a frase de Sir. Isaac Newton: "Se fui capaz de ver mais longe foi apenas porque eu estava apoiado sobre ombro de gigantes." [1]
Na área do eletromagnetismo e da eletricidade, as primeiras iniciativas desta tal tecnologia foram aplicadas no começo do século XIX, quando o físico Hans Christian Örsted notou que um fio de corrente elétrica atua sobre a agulha de uma bússola. Para isso, percebe-se que existe uma união entre magnetismo e eletricidade. Com isso, houve várias outras contribuições como: Michael Faraday, Alessandro Volta com a descoberta da pilha voltaica e a descoberta da corrente elétrica que é induzida por mudanças no campo magnético por André-Marie Ampère e Joseph Henry.
Nesse mesmo século, as técnicas do eletromagnetismo começaram a surgir quando Morse cria o seu primeiro aparelho (1843), Bell realiza sua primeira experiência de transmissão a distância da voz humana (1876) e Baudot apresenta o telégrafo impressor (1878). Houve uma grande mudança em 1873 quando o transporte de energia a distância sofre uma grande evolução a partir de 1884 com a evolução do transformador.
Em 1885, George Westinghouse Jr. obtém os direitos da patente de Goulard-Gibbs para evoluir transformadores de correntes alternada e delega a William Stanley para essa tarefa, Stanley criou o primeiro modelo comercial e nomeou de transformador. O mesmo tem poder gerar a elevação das tensões, do que sua corrente permitia, diferentemente da contínua de Edison, que coloca em funcionamento um sistema de corrente contínua, diminuindo as perdas na transmissão de energia elétrica.
Na Alemanha é posto em funcionamento um sistema de 100 HP (74,6 kW) com transmissão de 160 km, em corrente alternada de 30.000V. A empresa de Edison, a Edson General Electric Company, vincula-se à Thomson-Houston, constituindo a General Electric passando a produzir em grande escala transformadores e alternadores. Desta data em diante os transformadores não estariam apenas num âmbito técnico, porém influenciariam na conduta social.
De começo, é baseado no princípio da lei do eletromagnetismo de Faraday e Lenz da indução eletromagnética simultaneamente.
Segundo o site Wikienergia, o transformador:
É constituído por um circuito magnético (núcleo) em material ferromagnético e dois ou mais circuitos elétricos (enrolamentos). O enrolamento que transporta a potência de entrada é denominado enrolamento primário, e o que transporta a potência de saída é denominado de enrolamento secundário. [2]
Seguindo a mesma linha de raciocínio e de forma mais simples, o transformador:
É constituído apenas pelo núcleo, um enrolamento primário e um secundário. O princípio de funcionamento do transformador assenta na Lei de Faraday da indução magnética. Uma corrente elétrica alternada é aplicada ao enrolamento primário criando um fluxo magnético variável. A variação deste fluxo magnético criado no primário induz uma força eletromotriz (fem) no enrolamento secundário. O núcleo tem como função concentrar e conduzir o fluxo magnético entre os dois enrolamentos. [3]

Esquema de um transformador ideal. V1-tensão no primário; V2-tensão no secundário; I1-corrente no primário. I2-corrente no secundário; N1-número de espiras no primário; N2-número de espiras no secundário. [4]

Em nosso cotidiano existem vários tipos de transformadores, de acordo com suas funções e finalidades. Neles podemos destacar: Transformadores de potência, distribuição, força e corrente, respectivamente.
Neste mesmo ritmo vamos observar o caminho e as funções dos transformadores que nos ajudam para que a energia elétrica chegue com qualidade em nossas casas.  Como assim? Para que a energia elétrica consiga chegar em nossas casas, tem as contribuições dos transformadores. Por exemplo: “O transformador de potência, que recebe a energia elétrica da usina e repassa para a rede de transmissão, e o transformador de distribuição, que é a última etapa antes da energia elétrica chegar até o consumidor. ”. [5] Vamos detalhar para você!
Segundo o site Sigma transformadores: soluções em energia, nos conta detalhadamente as funcionalidades dos mesmos.  
A energia elétrica produzida nas usinas hidrelétricas é levada, mediante condutores de eletricidade, aos lugares mais adequados para o seu aproveitamento. Ela iluminará cidades, movimentará máquinas e motores, proporcionando muitas comodidades.Para o transporte da energia até os pontos de utilização, não bastam fios e postes, toda a rede de distribuição depende dos transformadores, que elevam a tensão, ora a rebaixam. Nesse sobe e desce, eles resolvem não só um problema econômico, reduzindo os custos da transmissão à distância de energia, como melhoram a eficiência do processo. [6]

Antes de tudo, muitos geradores que originam energia necessitam alimentar a rede de transmissão e distribuição com um número de tensão significativo, encaminhando ao seu melhor resultado. Esse número estar sujeito as características do próprio gerador, enquanto a tensão que alimenta os aparelhos consumidores, tem seu valor baixo, por vários motivos: razões de construção e inclusivamente de segurança em geral, 110V ou 220V.
Existem também outros tipos de transformadores indispensáveis na nossa vida, os de potência baixa, na qual eles estão presentes na maioria dos aparelhos elétricos e eletrônicos normalmente situados em sua casa, assim como, computador, rádios, mini system. Cabe-lhes aumentar ou diminuir a tesão da rede doméstica.
Na figura abaixo, descreve de uma forma simples o funcionamento da distribuição de energia desde a sua geração até o consumidor, onde inicialmente a energia é gerada pelo gerador, passando a energia para um transformador de potência, que eleva a tensão para posteriormente ser levado até os transformadores de distribuição através das linhas de transmissão.Após chegar aos transformadores de distribuição os quais estes normalmente situados nas cidades, à tensão é rebaixada, a nível dos equipamentos eletrodomésticos, ou que utilizem energia elétrica. [7]




Forma simplificada da distribuição de energia e atuação dos transformadores elétricos

Na distribuição de energia elétrica, as distribuidoras anualmente registram grandes perdas nessa área, tanto técnica, quando comerciais. Embora, apesar do grande estrago de milhões até bilhões de reais originado as empresas, as perdas são irreversíveis. Nas perdas na área técnica, entram aquelas relacionadas ao processo de transmissão, onde a maior parte da energia é dissipada com o calor e nas áreas comerciais estão fraudes, furtos e os sérios problemas de medição e faturamento, tornando o maior desafio das empresas no setor.
De acordo com o presidente da Associação Brasileira de Distribuidores de Energia Elétrica, Nelson Fonseca Leite, no ano de 2012, as perdas na distribuição no Brasil ficaram em 16,5%, percentual menor do que as registradas no ano de 2011, que chegaram aos 17%. "Em termos de energia, quando a gente analisa o volume de energia que é dissipado e se considerando o montante da carga brasileira, esses cerca de 25 TWh de energia perdida em 2012, seriam o suficiente para suprir o estado do Paraná inteiro durante um ano". [8]

Os problemas relacionados a técnicos acontecem por uma série de vários motivos, ficando em primeiro o aquecimento dos fios condutores, em decorrência da própria passagem da eletricidade, o chamado Efeito Joule. Portanto, as extensões das redes fazem com que o nível de perdas técnicas seja sentido pelas distribuidoras. Para reduzir isso, as empresas estão investindo cada vez mais nas tecnologias, por exemplo, nas construções de novas subestações, expansão e reforço nas linhas e redes de transmissão. Além do mais, na substituição dos transformadores antigos e sobrecarregados por transformadores novos com tecnologia de núcleo amorfo.

Veja na figura abaixo.



Atualmente, existem cerca de 3 milhões de transformadores com núcleo amorfo em todo o mundo, principalmente em países asiáticos, 75% da produção industrial se concentra em transformadores para potências que variam entre 100 e 250 kVA, mas agora eles têm transformadores construídos até 4000 kVA com esta tecnologia.
O tipo de liga de núcleo amorfo é formada é de ferro (78%), de silício (13%) e de boro (9%).Devido à fragilidade e dureza desta liga é atribuído, também sob o nome de "vidro metálico", embora, paradoxalmente, e ao contrário da folha magnética de costume, os átomos não formam uma estrutura cristalina, porque, como sabemos, o arrefecimento rápido para que o metal após a sua fusão (velocidade de arrefecimento: 10 é submetido 6 ° C / segundo), o que não permite que os seus átomos de organizar -se em uma estrutura cristalina durante a fase de endurecimento. É comercializado sob o nome Metglas ® pela Hitachi Metglas (EUA) que suporta monopólio quase global. Estudos de esta família de ligas começou na década de 1970 para conseguir a composição ideal de Metglas ® 2605SA1 que é o material de base para núcleos amorfos de transformadores de corrente. [9]
Para finalizar, vamos destacar algumas vantagens do transformador núcleo amorfo:

·         Redução das Perdas em vazio em até 75% quando comparado aos Transformadores de GO
·         Menor Corrente de Excitação
·         Economia cumulativa no custo da energia
·         TOC - Custo de Aquisição para o cliente é muito menor.
·         Menor Elevação de Temperatura no núcleo. [10]


Referências

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PAULINO, M. História do Transformador. Engenha, 13 Janeiro 2011. Disponivel em: <http://engenha.blogspot.com.br/2011/01/historia-do-transformador.html>. Acesso em: 5 julho 2016.

TRANSFORMADOR. Wikienergia (Toda a energia), 22 Novembro 2015. Disponivel em: <http://www.wikienergia.pt/~edp/index.php?title=Transformador>. Acesso em: 07 Julho 2016.

TRANSFORMADOR. Museus das Comunicações, 31 Maio 2016. Disponivel em: <http://macao.communications.museum/por/exhibition/secondfloor/moreinfo/2_4_2_Transformer.html>. Acesso em: 05 Julho 2016.

TECNOGERA. Entenda como funciona um transformador de energia elétrica e onde ele é necessário., 26 Agosto 2014. Disponivel em: <http://www.tecnogerageradores.com.br/blog/entenda-como-funciona-um-transformador-de-energia-eletrica-e-onde-ele-e-necessario/>. Acesso em: 04 Julho 2016.

O Transformador. Sigma Transformadores (Soluções com energia), 2010. Disponivel em: <http://www.sigmatransformadores.com.br/o-transformador/>. Acesso em: 07 Julho 2016.

RESENDE, T. Perdas na distribuição: baixa tensão, altos prejuízos -- Reportagem Especial Canal Energia. ABRADEE (Associação brasileira de distribuidores de energia eletrica, 11 outubro 2013. Disponivel em: <http://www.abradee.com.br/imprensa/artigos-e-releases/1018-perdas-na-distribuicao-baixa-tensao-altos-prejuizos-reportagem-especial-canal-energia>. Acesso em: 07 Julho 2016.

BARN, A. Restricciones de los Transformadores con núcleo amorfo frente a la normativa europea. IMSE (Ingeniería de Máquinas y Sistemas Eléctricos), 17 Julho 2015. Disponivel em: <http://imseingenieria.blogspot.com.br/2015/07/restricciones-de-los-transformadores.html>. Acesso em: 07 Julho 2016.

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SILVA, D. C. M. D. Transformadores. Mundo Educação, 2016. Disponivel em: <http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/transformadores.htm>. Acesso em: 07 Julho 2016.
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[1]
PAULINO, M. História do Transformador. Engenha, 13 Janeiro 2011. Disponivel em: <http://engenha.blogspot.com.br/2011/01/historia-do-transformador.html>. Acesso em: 5 julho 2016.
[2]
TRANSFORMADOR. Wikienergia (Toda a energia), 22 Novembro 2015. Disponivel em: <http://www.wikienergia.pt/~edp/index.php?title=Transformador>. Acesso em: 07 Julho 2016.
[3]
TRANSFORMADOR. Wikienergia (Toda a energia), 22 Novembro 2015. Disponivel em: <http://www.wikienergia.pt/~edp/index.php?title=Transformador>. Acesso em: 05 Julho 2016. 2º paragrafo.
[4]
TRANSFORMADOR. Museus das Comunicações, 31 Maio 2016. Disponivel em: <http://macao.communications.museum/por/exhibition/secondfloor/moreinfo/2_4_2_Transformer.html>. Acesso em: 05 Julho 2016.
[5]
TECNOGERA. Entenda como funciona um transformador de energia elétrica e onde ele é necessário., 26 Agosto 2014. Disponivel em: <http://www.tecnogerageradores.com.br/blog/entenda-como-funciona-um-transformador-de-energia-eletrica-e-onde-ele-e-necessario/>. Acesso em: 04 Julho 2016.
[6]
O transformador. Sigma Transformadores (Soluções com energia), 2010. Disponivel em: <http://www.sigmatransformadores.com.br/o-transformador/>. Acesso em: 07 Julho 2016. 5º paragrafo.
[7]
O Transformador. Sigma Transformadores (Soluções com energia), 2010. Disponivel em: <http://www.sigmatransformadores.com.br/o-transformador/>. Acesso em: 07 Julho 2016.
[8]
RESENDE, T. Perdas na distribuição: baixa tensão, altos prejuízos -- Reportagem Especial Canal Energia. ABRADEE (Associação brasileira de distribuidores de energia eletrica, 11 outubro 2013. Disponivel em: <http://www.abradee.com.br/imprensa/artigos-e-releases/1018-perdas-na-distribuicao-baixa-tensao-altos-prejuizos-reportagem-especial-canal-energia>. Acesso em: 07 Julho 2016.
[9]
BARN, A. Restricciones de los Transformadores con núcleo amorfo frente a la normativa europea. IMSE (Ingeniería de Máquinas y Sistemas Eléctricos), 17 Julho 2015. Disponivel em: <http://imseingenieria.blogspot.com.br/2015/07/restricciones-de-los-transformadores.html>. Acesso em: 07 Julho 2016.
[10]
VANTAGENS do núcleo amorfo. Vijai Elétrica do Brasil Ltda, 2006. Disponivel em: <http://www.vijai.com.br/br/amorphous.php#>. Acesso em: 11 Julho 2016.
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