Este trabalho aborda a pesquisa sobre o motor elétrico, discutindo seu princípio de funcionamento, a história e evolução desde a invenção até os tipos que existem atualmente. Além de detalhar a importância dos motores no cotidiano e seu papel no desenvolvimento social, também apresenta uma nova tecnologia que utiliza rolamentos magnéticos ativos. O documento inclui uma análise abrangente das aplicações práticas dos motores elétricos e suas características técnicas.

1. 1
CENTRO PAULA SOUZA
ETEC BENTO QUIRINO
Técnico em Eletrotécnica
Antoninho Luis Bernardes
Everton Tavares Silva
Jefferson Donizeti Santos
Niwton Guedes Barbosa
MOTOR ELÉTRICO
Campinas
2015

2. 2
Antoninho Luis Bernardes
Everton Tavares Silva
Jefferson Donizeti Santos
Niwton Guedes Barbosa
MOTOR ELÉTRICO
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado ao Curso Técnico em
Eletrotécnica da Etec Bento Quirino,
orientado pelos professores Marcelo
de Moraes e Cláudia Maria Coimbra,
como requisito parcial para obtenção
do título de técnico em Eletrotécnica.
Campinas
2015

3. 3
MOTOR ELÉTRICO
Antoninho Luis Bernardes
Everton Tavares Silva
Jefferson Donizeti Santos
Niwton Guedes Barbosa
TRABALHO DE CONLUSÃO DE CURSO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE
ELETROTÉCNICA DA ETEC BENTO QUIRINO, DO CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO
TECNOLÓGICA PAULA SOUZA, COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A
OBTENÇÃO DO GRAU DE TÉCNICO EM ELETROTÉCNICA.
Banca Examinadora:
________________________________________________
Prof.ª Cláudia Maria Coimbra.
________________________________________________
Prof.º Marcelo de Moraes.
________________________________________________
Prof.º Jitsunori Tsuha.
________________________________________________
Prof.ª Regina M. Kawakami.
________________________________________________
Prof.º Reginaldo Alberto Sommagio.
Campinas
2015

4. 4
BERNARDES, Luis Antoninho; SILVA, Tavares Everton; SANTOS,
Donizeti Jefferson; BARBOSA, Guedes Niwton
Motor Elétrico – Campinas: CEETEPS/ETEC Bento Quirino,
junho/2015.
VIII, 92 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador(es): Coimbra, Cláudia Maria.
Moraes, Marcelo de.
Dissertação (TCC) – Centro Estadual de Educação Tecnológica
Paula Souza/ ETEC Bento Quirino/ Coordenação de Eletrotécnica,
junho/2015.
Referências Bibliográficas: p. 89-92.
1. Palavra chave 1. Motor elétrico. 2. Palavra chave 2. História.
3. Palavra chave 3. Evolução.
Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza, ETEC
Bento Quirino, Coordenação de Eletrotécnica. III. Motor Elétrico.

5. 5
DEDICATÓRIA
Dedicamos este trabalho primeiramente á
Deus, por tudo que Ele é em nossas vidas,
em especial a nossas famílias que em tudo
nos apoiaram e a todas as pessoas que nos
ajudaram na conclusão deste trabalho.

6. 6
AGRADECIMENTOS
Agradecemos á Deus, nosso criador, por nos ouvir, iluminar nossos pensamentos e
guiar em todos os passos, a nossos pais que nos criaram e educaram, ajudando sempre,
em tudo que lhes foi possível, pois sem eles nada seríamos, a todos os familiares e
parentes pelo apoio, torcida, carinho e paciência em todos os momentos desta caminhada.
Aos professores que de forma direta nos deram a bagagem suficiente para realização deste
projeto e em especial aos professores Jitsunori Tsuha, Regina M. Kawakami e Reginaldo
Alberto Sommagio pelo apoio e aos professores Marcelo de Moraes e Cláudia Maria
Coimbra pela orientação e paciência.
Agradecemos também a Carlo de Rubeis pela colaboração na elaboração da pesquisa
deste trabalho e a todos os colegas do 4º módulo do curso de eletrotécnica que sempre nos
ajudaram em nossas dificuldades e nos apoiaram nas decisões.

7. 7
“Sonhos determinam o que você quer. Ação
determina o que você conquista.”
Aldo Novak

8. 8
RESUMO
Este trabalho desenvolve uma pesquisa sobre o motor elétrico, visando mostrar seu
principio de funcionamento, a história de sua invenção e os fatos que levaram a isto,
o primeiro motor e sua evolução, apresenta os principais tipos de motores que temos
em funcionamento atualmente, sua importância em nosso dia a dia e no
desenvolvimento de toda uma sociedade, apresenta também um novo motor que
utiliza uma tecnologia onde rolamentos magnéticos ativos e um sofisticado sistema
de controle eletrônico mantem o rotor em sua posição e monitoram todos os
parâmetros de funcionamento, dispensando assim o uso de mancais e rolamentos
mecânicos.
Palavras-chave: Motor Elétrico. História. Evolução. Desenvolvimento. Tecnologia.
RESUME
This paper develops research on the electric motor, in order to show their operating
principle, the story of his invention and the events that led to this, the first engine and
its evolution, presents the main types of engines that we have in place today, his
importance in our daily lives and in the development of an entire society, also
features a new engine that uses a technology where active magnetic bearings and a
sophisticated electronic control system keeps the rotor in position and monitor all
operating parameters, thus dispensing the use of bearings and mechanical bearings.
Keywords: Electric Motor. History. Evolution. Development. Technology.

9. 9
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO.........................................................................................11
2. HISTÓRIA.................................................................................................13
2.1. A máquina a vapor................................................................................16
2.1.1. A máquina a vapor de James Watt...................................................18
2.2. Como surgiu o motor elétrico............................................................21
2.2.1. A invenção do motor elétrico ............................................................21
2.2.3. A pilha ......................................................................................................22
2.2.4. Christian Oersted e o eletromagnetismo........................................23
2.2.5. O eletroímã de William Sturgeon ......................................................25
2.2.6. A indução eletromagnética ................................................................29
2.2.6.1. Lei de Faraday-Neumann-Lenz..........................................................30
2.2.6.2. Atribuição desta descoberta..............................................................32
2.3. Motor alternativo de Botto ..................................................................33
3. EVOLUÇÃO DO MOTOR......................................................................43
4. TIPOS DE MOTORES ELÉTRICOS....................................................50
4.1. Motores de corrente continua ...........................................................50
4.2. Fatores que de seleção do motor cc ...............................................51
4.3. Motor de corrente alternada...............................................................53
4.4. Motor universal......................................................................................56
4.4.1. Aplicações ..............................................................................................57
4.4.2. Definição..................................................................................................58
4.4.3. Princípio de funcionamento ...............................................................59
4.4.4. Motores de passo..................................................................................60
4.5. Servomotores.........................................................................................61
5. MOTOR DE USO ESPECIAL ...............................................................62
5.1. Sistemas de refrigeração ....................................................................62
5.2. Chiller .......................................................................................................63
5.2.1. Refrigeração por Compressão ..........................................................64
5.2.2. O ciclo de refrigeração por compressão mecânica de vapor...65

10. 10
5.2.3. Coeficiente de desempenho total.....................................................66
5.2.4. Motor de rolamentos magnéticos.....................................................68
5.2.5. Rolamento magnético ativo ...............................................................69
5.2.6. Rolamentos magnéticos ativos (A.M.B)..........................................71
5.2.7. Motor do chiller york modelo YMC² .................................................74
5.2.8. Descrição do controlador do rolamento magnético....................76
6. PRÁTICA..................................................................................................87
7. CONCLUSÕES .......................................................................................90
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................92

11. 11
1. INTRODUÇÃO
Motor elétrico é uma maquina encarregada de transformar energia elétrica em
mecânica. Hoje, esse tipo de motor tem sido o mais utilizado pelas vantagens que
oferece.
Essa grande invenção funciona com energia elétrica, pode
ser facilmente transportado dependendo de seu tamanho, sua
construção é simples, custo reduzido e grande versatilidade
de adaptação a diversas cargas. O motor elétrico esta ao
nosso redor durante a maior parte do nosso tempo, e muitas
vezes não os notamos.
Ele precisa ser identificado e tratado como uma máquina motriz cujas
características envolvem determinados cuidados quando se trata de áreas
industriais, sendo eles o de instalação e manutenção. Nesses casos em especifico o
local de instalação deve ser de fácil acesso para inspeções periódicas e
manutenções preventivas. Ter uma fundação plena e isenta de vibrações também é
um fator a ser levado em consideração. Uma instalação inadequada pode causar
danos sérios ao motor. A maioria dos motores elétricos trabalha pela interação entre
campos eletromagnéticos, mais também existem motores que utilizam outros
fenômenos eletromecânicos, ou também chamados de forças eletrostáticas.
Os primeiros motores elétricos surgiram em meados de 1800 funcionando
apenas em corrente continua, gerando pequenas expectativas sobre funcionamento.
Motores de corrente alternada foram então criados e aprimorados, passando então a
se tornar objeto indispensável nos dias de hoje.
Figura 1 - Celular
Fonte 1 - www.cnet.com/es/analisis/htc
Figura 2 - Video Game
Fonte 2 - www.google.com.br/search?q=playstation

12. 12
Desde os primórdios da humanidade, o homem sempre se mostrou
argumentativo sobre diversos assuntos, entre eles a eletricidade e seus fenômenos,
que hoje, como sabemos são responsáveis por tantas facilidades no mundo
moderno. Mas nem sempre foi assim.
Até o final do século XIX, os estudos relativos aos fenômenos elétricos e
magnéticos interessavam apenas a alguns poucos cientistas, estes, porém fizeram
significativas contribuições para a área da eletricidade; no entanto as descobertas
individuais não eram mais que um conjunto bastante limitado de conhecimentos não
sistematizados. Naquele tempo, não se conheciam ainda as aplicações práticas para
tais conhecimentos, e a principal motivação para os estudos era a curiosidade
intelectual.
O motor elétrico, como o conhecemos, foi criado em 1866, quando o cientista
berlinense Werner Von Siemens, inventou o primeiro gerador de corrente contínua,
um dínamo. Com Siemens, a máquina de acionamento tão sonhada vira realidade.
O dínamo de corrente elétrica de alta tensão de Siemens poderia funcionar
tanto como um gerador como também um motor elétrico.
A nova máquina de corrente contínua apresentava vantagens em relação a
maquina a vapor, à roda-d’água e à força animal. Entretanto, o alto custo de
fabricação levou pesquisadores a procurar um modo para melhorar a descoberta.
Hoje, os motores fazem parte de nossa vida de forma tão completa que fica
difícil imaginar o dia-a-dia sem eles; já que nos fazem mais rápidos, mais eficientes,
mais produtivos. A humanidade simplesmente não teria chegado aonde chegou sem
essa peça fundamental neste processo evolutivo.
Figura 3 – Motor Elétrico
Fonte 3 - www.ceee.com.br/pportal/ceee/Component/Controller.aspx

13. 13
2. HISTÓRIA
O homem no decorrer do seu processo evolutivo, em determinado momento
necessitou de fontes de energia para produzir trabalho, pois ele havia descoberto que
energia é a capacidade que os corpos possuem para desenvolver força e servir de
meio de trabalho.
Ele descobriu os metais, aprendeu a moldá-los e criou a metalurgia, que
associada ao fogo, ar e a água, possibilitou a geração de energia, passou então criar
mecanismos que permitisse a utilização das forças da natureza como energia a seu
favor, pois até este momento a humanidade se valia apenas de sua própria força e da
tração animal para realizar suas tarefas.
A história mostra que desde a antiguidade a humanidade buscava formas de
criar movimentos mecânicos através de outros meios que não fossem somente por
força humanas ou de tração animal, ou seja, força muscular.
A força muscular era e é
utilizada em toda a atividade
produtiva, pois permitia transportar
pessoas e bens e mover instrumentos
de trabalho. A força muscular foi
utilizada para puxar zorras ou andas
para auxiliar a mover cargas, para
puxar o arado, arrastar barcos ou
manobrar os remos e assim deslocar-
se pelos rios e mares.
O aproveitamento das correntes fluviais e
marítimas externas tornou possível a utilização da
força hidráulica para mover moinhos e rodas d’água,
estes foram os primeiros instrumentos construídos
pelo homem que adquiriram a particularidade e
serviram como autênticos “servomecanismos”.
Figura 4 – Gravura de um moinho, norte da Itália por
volta de 1600
Fonte 4 - http://www.deutsches-museum.de
Figura 5 - Antiga roda d'agua
Fonte 5 - http://pt.depositphotos.com

14. 14
Nestes, os moinhos eram girados
por rodas munidas de pás (rodas
d’água), movidas pela força hidráulica.
Os primeiros moinhos desta
espécie parece ter sido inventados
pelos gregos; eram equipamentos
rústicos, apresentando uma roda
montada na posição horizontal e
moviam-se lentamente.
No século I, depois de Cristo o
engenheiro romano Marcos Vitrúvio
transformou esse tipo de moinho, ele
colocou a roda hidráulica em posição
vertical, depois, aproveitando o
conhecimento da roda dentada
engrenou o mastro horizontal com o mastro vertical que movimentava a moenda
superior.
Assim, a engrenagem transformou o movimento horizontal em movimento
vertical, aumentando muito as possibilidades
de uso deste mecanismo.
Utilizando-se da força dos ventos, ou
seja, energia eólica que é a energia cinética
contida nas massas de ar em movimento,
construíram dispositivos que permitiram o
aproveitamento da energia cinética de
translação e depois convertendo-a em
energia cinética de rotação surgiu então o
moinho de vento.
Um moinho de vento, em sentido
restrito, é um moinho que usa a energia
eólica como fonte de energia para os seus
mecanismos, chama-se moinho de vento a
qualquer motor movido a energia eólica.
Figura 6 - Antiga Roda d'Água
Fonte 6 - http://pt.depositphotos.com
Figura 7 - Ilustração de um moinho de
elevação de água utilizado na Holanda.
Fonte 7 -
http://www.portaldeholambra.com.br/moinho

15. 15
Os moinhos serviram para moer cereais, esmagar e misturar outras
substâncias. As suas aplicações estenderam-se a diversos tipos de produção como
serração, pesagem de têxteis, torção de fio da seda, esmagamento de trapos para
produção de papel, curtumes, mineração, fundição, etc.
A tecnologia dos moinhos foi, por vezes, adaptada para fins bem diferentes
dos originais. Na Holanda, por exemplo, o célebre moinho de vento foi, na maioria
dos casos, utilizado para acionar bombas hidráulicas movidas à energia eólica,
construídas para drenar a água das chuvas para o mar. Neste caso, a energia que
chega à base do moinho através do seu eixo central é utilizada para fazer rodar um
Parafuso de Arquimedes.
O Parafuso de Arquimedes, ou bomba de
parafuso, é uma máquina utilizada para transferir
líquidos entre dois pontos com elevações
diferentes.
Esta máquina originalmente era constituída
por um parafuso colocado dentro de um tubo
cilíndrico oco.
O parafuso de Arquimedes é capaz de elevar água eficientemente com isto os
moinhos tornaram-se assim uma verdadeira máquina industrial.
“... o registro do Domesday Book (cadastro das terras da Inglaterra elaborado por
Guilherme, o Conquistador, em 1806) mostra que, para 3000 comunidades, havia no país
5.624 moinhos d’água”
Figura 8 - O parafuso de Arquimedes
Fonte 8 - http://pt.wikipedia.org
Figura 9 – Moinhos de vento na Holanda
Fonte 9 - http://www.portaldeholambra.com.br/moinho.html

16. 16
2.1. A máquina a vapor
A máquina a vapor, também conhecida como
motor a vapor é definido como sendo uma máquina térmica,
onde a energia potencial termodinâmica contida no vapor é
convertida em trabalho mecânico.
O primeiro motor movido a vapor que se tem registro
na história era considerado um mero brinquedo, a eolípila e
foi inventada no século I por Heron de Alexandria.
Este aparelho que consiste de uma câmara
(normalmente uma esfera ou um cilindro) com tubos
curvados, por onde o vapor é expelido. A força
resultante faz com que o aparelho gire. Normalmente,
a água é aquecida numa bacia, que está ligada á câmara giratória por um par de
tubos que também servem como eixo para a câmara.
O nome provem do latín "aeoli" e "pilha", traduzido como bola de Eolo, em
honra do Deus grego do vento.
Criada provavelmente no inicio do
século XVII ,chamada de máquina a vapor de
Branca, este dispositivo compreende uma roda
com pás planas sendo rodado por meio de vapor
produzido num recipiente fechado e dirigido para
as pás através de um tubo. Branca explicou que,
com engrenagens adequadas, barras e eixos
este dispositivo poderia ser usado para mover
moinhos, máquinas de estampagem,
serrarias e para bombear água, porém
esta máquina possuía uma eficiência extremamente baixa.
Giovani Branca – O avô de Revolução Industrial nascido em 22 de abril de
1571 na Itália, físico e arquiteto, a ele é creditado o fornecimento da primeira
descrição e invenção de uma turbina a vapor.
Figura 10 - Eolípila a primeira
máquina térmica
Fonte 10 -
http://historiofobia.blogspot.com.br
Figura 11 - Turbina a vapor de Giovanni Branca
Fonte 11 - http://en.wikipedia.org/wiki/Steam_turbine

17. 17
Giovani Branca publicou 77 gravuras que representavam uma turbina a vapor,
juntamente com uma descrição de como movimentar uma roda, atirando jatos de
vapor contra a borda externa desta. Em 1629 Branca inventou uma fábrica de
estamparia que usou jatos de vapor para girar uma transmissão que operava a
máquina. Ele morreu 24 de janeiro de 1645.
Até a invenção da máquina a vapor praticamente só se dispunha de duas
máquinas como fonte de energia na Europa: a roda hidráulica e o moinho de vento,
que quando muito ofereciam 10 cavalos de energia.
A maior roda hidráulica de toda a Europa foi construída para servir às
necessidades do Palácio de Versalhes na França, em 1682, durante o reinado de
Luís XIV, funcionando bem chegava a produzir 75 cavalos de energia.
O físico francês Dênis Papin (1647 – 1712), expôs uma ideia que se constituiu
no ponto de partida para aqueles que inventaram a máquina a vapor.
Dizia ele:
"já que a água goza da propriedade de que uma pequena quantidade dela
transformada em vapor por meio do calor tem uma força elástica similar à do ar, e de
que por meio do frio se transforma de novo em água, de maneira que não sobra nem
rastro daquela força elástica, cheguei à conclusão de que é possível construir
máquinas que no seu interior, por meio de um calor não muito intenso, se pode
produzir um vazio perfeito, que de maneira nenhuma poderia se conseguido através
da pólvora".
Figura 12 - Projeto para uma máquina a vapor no início, desenhado por Giovanni Branca, 1629
Fonte 12 - http://italoamericano.com/story/2014-1-22/Giovanni-Branca#.VDmEvxagy5k

18. 18
Em1712, baseado nas observações
de Denis Papin, o inglês Thomas Newcomen
(1663 -1729), construiu o primeiro motor a
vapor, porém com baixa eficiência
desenvolvia baixa velocidade e cerca de
5HP de potência, más ainda era a melhor
forma de se bombear água para fora das
minas que ficavam muitas vezes inundadas,
devido à profundidade, pois muitas vezes os
trabalhos eram paralisados durante meses,
até ser bombeada a água de riachos
subterrâneos.
Para isso, utilizavam-se mecanismos
movidos por cavalos, que faziam girar
engrenagens coligadas aos eixos das
bombas. A solução encontrada por Newcomen era primitiva e o trabalho bastante
árduo, mas a próspera indústria extrativa do carvão estava disposta a pagar
qualquer preço, para que as minas fossem secadas e drenadas.
A invenção do Newcomen consistiu em usar o vapor para impulsionar um
êmbolo num cilindro, e depois para uma alavanca que propulsionava o veio da
bomba que descia para a mina. Dessa forma conseguia tirar água a mais de 50
metros de profundidade ininterruptamente.
2.1.1. A máquina a vapor de James Watt
Neste cenário um jovem chamado James Watt (1736 - 1819), conseguiu se
inserir propondo outra solução, um motor mais eficiente que abriu um novo caminho,
o caminho da Revolução Industrial, um tempo de glória para os ingleses e de grande
desenvolvimento para toda a humanidade.
James Watt, era um engenheiro e matemático, nasceu em 19 de janeiro de
1736 em Greenock, Escócia, seu pai era um construtor de navios e possuía uma
oficina.
Figura 13 - Esquema da máquina a vapor de
Newcomen.
Fonte 13 - http://pt.wikipedia.org

19. 19
James cresceu observando o pai trabalhar e para distraí-lo seu pai lhe dava
instrumentos de navegação como bússolas e sextantes para brincar, assim em
pouco tempo sabia montá-los e desmontá-los quase de olhos fechados, essas
brincadeiras assumiriam, mais tarde, uma importância fundamental no seu
desenvolvimento profissional.
Com a idade de dezoito anos, James Watt foi enviado para Glasgow, Reino
Unido para residir com parentes de sua mãe, e aprender o ofício de construtor de
instrumentos matemáticos. Depois de um ano, ele foi obrigado a voltar para sua
casa na Escócia, por graves problemas de saúde.
Depois de recuperar a sua saúde, James Watt voltou para Glasgow em 1756,
com intenção de abrir um negócio próprio, no entanto, porque ele não tinha
terminado seu aprendizado, e por não ter cumprido os sete anos obrigatórios como
aprendiz, uma regra desta época, ele foi proibido pelas corporações e de abrir uma
oficina em Glasgow.
Isto porem não representou o fim, James Watt possuía amigos influentes, que
apreciavam o seu talento.
Assim, em 1757 aos 21 anos foi admitido, na qualidade de fabricante e
reparador de instrumentos de medida, na Universidade de Glasgow, ali permaneceu
até 1760, quando então ele foi autorizado a abrir uma oficina mecânica na cidade.
Ele manteve suas ligações com a Universidade de Glasgow e em certo dia no
ano de 1763 ele recebeu a tarefa de consertar um modelo do motor de Newcomen o
mais avançado até então. Com seu espírito analítico, conseguiu descobrir os pontos
fracos da máquina. Observou que a perda de grandes quantidades de calor era o
defeito mais grave da máquina, e idealizou então o condensador, seu primeiro
grande invento, dispositivo que seria mantido separado do cilindro más conectado a
ele. No condensador a temperatura do vapor seria mantida baixa, enquanto que no
cilindro a temperatura permaneceria elevada.
Procurou, assim, alcançar o máximo de vácuo no condensador. Watt fechou o
cilindro, que antes permanecia aberto, eliminou totalmente o ar e criou uma
verdadeira máquina a vapor. Em 1769, o motor de Watt foi patenteado pelo
engenheiro Matthew Boulton. O motor de Watt ficou famoso ao drenar uma mina

20. 20
alagada em dezessete dias, enquanto os motores tradicionais levavam meses para
fazê-lo.
Watt propôs também que seu motor fosse utilizado para operar os elevadores
subterrâneos. O motor tinha numerosas aplicações e como substituía os cavalos,
para dar ao comprador uma ideia de sua capacidade, a potência era expressa pelo
número de cavalos que podia substituir, gerando a expressão “cavalo-de-força”.
Por suas contribuições ao desenvolvimento do motor a vapor, o Sistema
Internacional de Unidades adotou em 1889 uma nova unidade de medida de
potência e batizou-a de watt (W).
A máquina a vapor
representou grande impulso
na revolução industrial. As
indústrias, antes quase que
exclusivamente instaladas
junto a quedas d’água, sendo
esta a principal força motriz
até então, passaram a contar
com uma nova propulsão que
não dependia mais da
localização geográfica
podendo produzir energia em
quantidades bem maiores que
as que se obtinha até então, seja com a força animal, moinhos de vento ou rodas
d’água. Unidades de geração de força passaram a ser possível em qualquer lugar
onde houvesse disponibilidade de combustível, viabilizando novas industriais, antes
impensadas, seja pelo local da instalação ou pelo volume de produção.
É incontestável a grande ampliação de alcance que a máquina a vapor trouxe
para a indústria, abrindo novos horizontes. Mas seu desenvolvimento não relegou o
papel da roda d’água a segundo plano. O fato de que as regiões que detinham a
produção até então dispunham de importantes fontes de hidro energia e nem
sempre podiam dispor de carvão a preços razoáveis com facilidade, garantiu a
continuidade do incentivo ao desenvolvimento dos motores hidráulicos.
Figura 14 - Máquina a vapor de James Watt
Fonte 14 - http://1.bp.blogspot.com

21. 21
2.2. Como surgiu o motor elétrico
2.2.1. A invenção do motor elétrico
Muitos trabalharam em busca deste objetivo, a criação de algum dispositivo
que, alimentado por energia elétrica, pudesse gerar energia mecânica, tantos foram
os que contribuíram para a criação do motor através de suas pesquisas individuais
que não existe um consenso geral de quem foi o inventor desta máquina.
Por definição, o motor elétrico é uma máquina destinada a transformar
energia elétrica em energia mecânica.
Sendo assim alguns dizem que o primeiro motor elétrico seria uma invenção
do inglês Michael Faraday, outros a Peter Barlow, Jacobi Moritz, Galileu Ferraris,
Werner Von Siemens, outros ainda ao russo Michael Dobrowolsky.
Certo mesmo, é que, a invenção do motor somente foi possível graças a
pesquisas e descobertas de outras grandes personalidades na história da
eletricidade, que são eles:
 Invenção da bateria por Alexandre Volta em 1790.
 Geração de um campo magnético de corrente elétrica por Hans
Christian Orested em 1820.
 Invenção do eletroímã por William Sturgeon em 1825.
2.2.2. A pilha de Alexandro Volta
Figura 16 - orgão elétrico da Arraia
Fonte 16 -
http://www.ninha.bio.br/biologia/peixe_eletrico.
html
Figura 15 - Peixe elétrico
Fonte 15 -
http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_organ

22. 22
2.2.3. A pilha
O italiano Alessandro Volta foi o inventor da primeira pilha inspirando-se num
artigo publicado pelo químico inglês William Nicholson, segundo o qual os órgãos
elétricos da arraia elétrica pareciam ser formados por discos alternadamente
dispostos.
Os primeiros modelos da pilha eram formados por discos de cobre e zinco
empilhados alternadamente. Cada par era separado por um cartão molhado numa
solução salina.
Ao ligar o disco inferior de zinco ao superior de cobre, através de um fio
metálico, ele observou que repetidas faíscas eram produzidas, ele batizou sua
invenção chamando-a então de “órgão elétrico artificial” por analogia com o órgão
elétrico da arraia elétrica.
A pilha de Volta é constituída por uma solução de ácido sulfúrico em água, na
qual é mergulhado um eletrodo de cobre e um de zinco. Se ligarmos o cobre ao
zinco por um condutor c, passará corrente elétrica nesse condutor, dirigida do cobre
para o zinco, o que indica que há uma diferença de potencial entre eles.
Figura 18 - Solução Àcida da Pilha
Fonte 18 -
http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/p
ilha/pilha_volta/
Figura 17 - Montagem da Pilha
Fonte 17 -
http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/pilha/
pilha_volta/

23. 23
Em 1800, Volta dirige uma carta a Joseph Banks, Presidente da Royal Society
Institute, explicando a pilha que tinha inventado como um aparelho com uma carga
inesgotável que era capaz de se recarregar sozinho após cada explosão.
Sabemos hoje que a capacidade elétrica da pilha não é inesgotável, mas esta
era a primeira vez que se obteve uma fonte onde podia originar uma corrente
elétrica contínua durante muito tempo.
Trata-se então de um gerador que transforma energia química em energia
elétrica.
2.2.4. Christian Oersted e o eletromagnetismo
Hans Christian Oersted foi um físico e químico dinamarquês (1777 – 1851).
Em 1801, Hans recebeu uma bolsa de estudo para viajar e um subsídio do
governo que possibilitaram a ele passar três anos viajando pela Europa. Na
Alemanha conheceu Johann Wilhelm Ritter, um físico que acreditava na existência
de uma ligação entre eletricidade e magnetismo.
Oersted então iniciou uma série de estudos onde buscava verificar a
existência de relações entre os fenômenos elétricos, o calor, a luz e os efeitos
químicos. Depararam-se, no entanto, com algumas dificuldades na tentativa de
descobrir uma eventual relação entre a eletricidade e o magnetismo.
Em Janeiro de 1804, Oersted volta para a Dinamarca, onde continua a
desenvolver a sua investigação em Física e Química. No seu trabalho Pesquisa
sobre a Identidade das Forças Elétricas e Químicas, publicado em 1812, admite a
hipótese dos fenômenos magnéticos serem
produzidos pela eletricidade. Em abril de
1820, Hans-Christian Oersted, trabalhando
como professor da Universidade de
Copenhagen preparou uma experiência
para mostrar aos seus alunos, assuntos
estes relacionados à energia e magnetismo.
Figura 19 - Experimento de Orested
Fonte 19 - http://4.bp.blogspot.com/-Oersted.jpg

24. 24
Sua intenção era mostrar a seus alunos que uma corrente elétrica passando
através de um fio poderia fazê-lo brilhar, a tensão elétrica seria fornecida por uma
pilha voltaica, ou seja, a pilha de Alessandro Volta, uma bússola magnética estava
em pé perto do fio, e ao fazer circular a corrente elétrica pelo condutor Oersted
observou que a agulha da bússola era desviada alinhando-se perpendicularmente
ao fio, isto ocorria sempre que o circuito era fechado e uma corrente elétrica
circulava por ele.
Observou também que quando, se colocava o fio perpendicularmente na
direção da agulha da bússola os efeitos provocados eram quase imperceptíveis.
Mas quando se colocava o fio paralelamente na direção da agulha da bússola os
efeitos eram evidentes, pois ela oscilava com força, mantendo um ângulo reto com o
fio.
Esta ocorrência foi surpreendente, pois era uma evidência sólida de que a
eletricidade e o magnetismo eram fenômenos relacionados, Orested pensou que:
Se a eletricidade pode criar magnetismo, então também deve ser possível o
inverso.
Na época desta descoberta, Oersted não conseguiu dar nenhuma explicação
satisfatória para o fenômeno, três meses mais tarde deu início a investigações mais
intensivas. Pouco depois publicou as suas descobertas, provando que a corrente
elétrica produz um campo magnético à medida que flui através de um fio.
A explicação para o comportamento diferente da agulha quando se colocava
o fio eletrizado paralelamente e com ângulo reto em relação à mesma, é que a forca
magnética é perpendicular à direção da agulha, enquanto no segundo caso, a
agulha não sofria nenhuma deflexão haja vista ela já estava alinhada com a direção
da força magnética. Quando se colocava o fio paralelamente à direção da agulha,
esta tendia a se alinhar com a direção da força provocando efeitos perceptíveis.
As experiências realizadas por Oersted, utilizando um instrumento de
concepção relativamente simples, foram suficientes para fazer abalar as estruturas
da física clássica esta experiência colocou, por conseguinte, um desafio a toda
comunidade científica.

25. 25
Esta ideia foi a motivação para
muitas tentativas e experiências de
pesquisadores que visam criar
eletricidade a partir do magnetismo, mas
todos estes fracassaram, até que o
cientista Inglês Michael Faraday revelou o
fenômeno da indução eletromagnética
através de uma série de experimentos
engenhosos. Isso foi em 1831, cerca de uma década depois da descoberta de
Orested.
2.2.5. O eletroímã de William Sturgeon
William Sturgen (1783 - 1850), inglês físico e inventor dos primeiros ímãs elétricos.
Um breve histórico do imã natural.
Há muito tempo se observou que certos corpos têm a propriedade de atrair o
ferro. Esses corpos foram chamados ímãs. Essa propriedade dos ímãs foi observada
pela primeira vez com o tetróxido de triferro (Fe3O4), numa região da Ásia chamada
Magnésia. Por causa desse fato, esse minério de ferro é chamado magnetita, e os
ímãs também são chamados magnetos.
O eletroímã é um dispositivo que utiliza corrente elétrica para gerar um campo
magnético, semelhantes àqueles encontrados nos ímãs naturais, geralmente
construído aplicando-se um fio elétrico espiralado ao redor de um núcleo de material
ferromagnético (ferro, aço, níquel, cobalto, etc.).
Figura 20 - Aparelho para o experimento de Oersted
Fonte 20 -
http://2.bp.blogspot.com/oersted_exp2.jpg

26. 26
William Sturgeon inventou o eletroímã em
1825. O primeiro eletroímã era uma peça de ferro
curvada em forma de ferradura e envernizada
onde ele enrolou 16 voltas de fio que não se
tocavam, ele utilizou um fio de cobre nu, pois até
esta época o fio isolado ainda não existia.
Quando uma corrente passou através da
bobina; o eletroímã foi magnetizado e quando a
corrente foi interrompida a bobina foi
desmagnetizada.
Com este dispositivo Sturgeon pode,
levantar uma carga de aproximadamente 4 kg
utilizando para isto um eletroímã de cerca de
200 g, a energia era fornecida por uma única
célula de bateria.
Cinco anos mais tarde, um inventor
chamado Joseph Henry Joseph Henry (1797 –
1878), cientista norte-americano, fez uma
versão muito mais poderosa do eletroímã, ele
corrigiu um o erro de Sturgeon que utilizou na
confecção do eletroímã fios condutores não
isolados, diminuindo em muito a eficiência da
bobina.
Agora a base para a construção de motores elétricos estava pronta.
Michael Faraday (1791-1867) nasceu em Londres, na Inglaterra em
22/09/1791, filho de um ferreiro morava no subúrbio de Londres, aos 13 anos,
Figura 21 - Eletroimã de Sturgeon
Fonte 21 -
http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagn
et
Figura 22 - Eletroimã de Joseph Henry
Fonte 22 -
http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnet

27. 27
Faraday havia aprendido somente o necessário para ler, escrever e um pouco de
matemática, mas já trabalhava ajudando no transporte de materiais e também
encadernando publicações em uma livraria, de propriedade de um francês chamado
G. Riebau.
O trabalho como encadernador lhe proporcionou um amplo contato com livros
e despertou sua curiosidade e interesse pelas ciências. Ele lia todos os livros que
lhe permitiam e tal dedicação chamou a atenção até mesmo dos clientes da livraria.
Foi através da ajuda de um desses clientes (William Dance) que, em 1812,
Faraday assistiu a uma série de quatro conferências do químico Humphry Davy, na
Royal Institution que era uma organização dedicada à educação científica e de
pesquisa, com sede em Londres.
Ele anotou cuidadosamente tudo o que viu e ouviu nestas conferências e
enviou uma cópia para o conferencista Humphry Davy, lhe pedindo um emprego em
qualquer função relacionada à atividade científica. Em março do ano seguinte, com a
demissão de um assistente, Faraday conseguiu o emprego. Então, aos 22 anos,
Faraday se tornou assistente de Humphry Davy em seu laboratório na Royal
Institution, Davy era um químico brilhante e seu laboratório um dos mais bem
equipados de toda a Inglaterra.
Em outubro de 1813, Faraday acompanhou Davy em uma viagem pela
França, Itália e Suíça, onde conheceu importantes cientistas de diferentes áreas
como Alessandro Volta e Joseph Gay-Lussac e aprendeu a “ver” e “pensar” os
problemas científicos. Durante vários anos, ele apenas auxiliou Davy em seus
estudos em Química e foi assim que adquiriu uma grande habilidade experimental.
Faraday não havia se dedicado a pesquisas em Física até 1820, ano em que
Christian Oersted divulgou a descoberta do eletromagnetismo, uma relação entre
eletricidade e magnetismo que era esperada já há muito tempo, impressionando
assim toda a comunidade científica da época. O fenômeno observado por Christian
Oersted mostrava o movimento da agulha de uma bússola em função da corrente
elétrica que atravessava um fio próximo, à bússola apresentava propriedades de
simetria desconhecidas até aquele momento, porque não se tratava de atrações e
repulsões, mas sim de um efeito circular em torno do fio e rapidamente cientistas em
várias partes do mundo se voltaram para pesquisas nesta área.

28. 28
Também Davy teve seu interesse desperto pela novidade e foi como
assistente dele que Faraday teve seu primeiro contato com experimentos sobre
eletromagnetismo, empolgado sobre o novo campo de pesquisas eletromagnéticas
Faraday teve que estudar grande parte de tudo o que se sabia e havia sido
publicado sobre eletromagnetismo até aquele momento. Nestes estudos repetiu os
experimentos que os pesquisadores descreveram em seus artigos e buscou
melhores interpretações para os mesmos.
Estimulado por estas leituras e pelas controvérsias encontradas nos trabalhos
que estudou, Faraday iniciou uma série de experiências inovadoras sobre rotações
de imãs e fios condutores de eletricidade utilizando os efeitos eletromagnéticos. Na
prática, ele conseguiu produzir rotações contínuas de fios e imãs em torno uns dos
outros, ou em outras palavras, conseguiu transformar energia elétrica em energia
mecânica.
E em 1821, o inglês Michael Faraday então com 30 anos, criou um
experimento para a demonstração de rotação eletromagnética o que muitos
consideram este experimento como a invenção do motor elétrico.
Um fio vertical suspenso que movia em uma
órbita circular em torno de um ímã.
Seu dispositivo apresentava um fio rígido em
um recipiente de mercúrio (um metal que é líquido à
temperatura ambiente) e um excelente condutor e um
imã permanente no centro do recipiente. Ele enviou
eletricidade através do fio e criou um campo
magnético ao seu redor. Este campo interagia com o
campo à volta do ímã e fazia com que o fio girasse
em torno do ímã.
Apesar de não ter qualquer aplicação prática, a
invenção de Faraday foi o primeiro passo para a
evolução do motor elétrico.
Figura 23 - Motor de Faraday
Fonte 23 -
http://www.ieeeghn.org/wiki/index.p
hp/File:Faradays_Motor_0126.jpg

29. 29
Conhecido como a Roda de
Barlow, este foi o primeiro dispositivo
rotativo impulsionado por
eletromagnetismo, foi construído em
1822 pelo matemático inglês Peter
Barlow (1776 -1862).
A Roda de Barlow foi um
dispositivo inventado para mostrar como
se poderia obter movimento de um
corpo utilizando-se um campo
magnético e uma corrente elétrica. É uma roda dentada de cobre, suspensa por um
eixo horizontal, cujos dentes submergem no mercúrio contido numa cuba. A roda
fica colocada entre os polos de um ímã, de maneira tal que o campo magnético seja
perpendicular à roda.
A corrente elétrica contínua, fornecida por um gerador, percorre a roda
segundo um raio do círculo, e passa através do mercúrio na cuba, os dentes que
estão em contato com mercúrio fecham o circuito.
Vê-se, pela regra da mão esquerda, que a roda fica sujeita a uma força que
atua no plano da roda. Essa força produz na roda um movimento de rotação.
2.2.6. A indução eletromagnética
A indução eletromagnética é o fenômeno que origina a produção de uma
força eletromotriz num meio ou corpo exposto a um campo magnético variável, ou
bem num meio móvel exposto a um campo magnético estático. É assim que, quando
o dito corpo é um condutor, produz-se uma corrente induzida.
Quando Orested mostrou, através de experimentos, que uma corrente elétrica
gera um campo magnético à sua volta, muitos físicos da época começaram a pensar
no modo contrário, isto é, começaram a imaginar se um campo magnético poderia
gerar uma corrente elétrica.
Na época, acreditava-se que a corrente elétrica era um fluido e para
conseguir explicar corretamente que um campo magnético gera uma corrente,
Figura 24 - Roda de Barlow
Fonte 24 -
http://www.pcbheaven.com/opendir/images/thum
bs/od_2141_1_1384265023.png

30. 30
partiu-se do princípio que algum tipo de movimento ou variação do campo magnético
poderia provocar o movimento desse fluido, a questão era saber como isso poderia
ser feito.
Em 29 de agosto de 1831 Faraday em seu experimento colocou duas bobinas
próximas e fez passar corrente por uma delas. Observou que pela outra passava
também uma corrente, quando abria e fechava o circuito da primeira: era a
descoberta da indução eletromagnética (o campo magnético da primeira bobina
induzia corrente na segunda). A simples presença do campo magnético não gerou
corrente elétrica. Para gerar corrente era necessário variar o fluxo magnético no
tempo. É o que ocorria no momento quando Faraday abria e fechava o circuito.
Este experimento mostrou que se num circuito elétrico sempre que houver
uma variação de fluxo magnético, aparecerá nos seus terminais uma diferença de
potencial (ddp), chamada de força eletromotriz induzida (fem), ou simplesmente,
tensão induzida. Neste ano Faraday anunciou sua formula que deu à lei da indução
eletromagnética.
Faraday afirma que a corrente elétrica induzida em um circuito fechado por
um campo magnético é proporcional ao número de linhas do fluxo que atravessa a
área envolvida do circuito, por unidade de tempo.
Más a precária formação de Faraday não lhe permitia tais elaborações, de
forma que a lei da indução eletromagnética só foi escrita em linguagem matemática
posteriormente em por Franz Ernst Neumann um matemático alemão, e
aperfeiçoada por Emil Lenz um físico também alemão, por este motivo hoje a lei é
também é chamada de:
2.2.6.1. Lei de Faraday-Neumann-Lenz

31. 31
Onde:
e - força eletromotriz induzida (tensão induzida) em Volts;
- Variação do fluxo magnético no tempo [Wb/s];
N - número de espiras
Ɛ - força eletromotriz induzida (tensão induzida) em Volts;
Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1864), físico alemão que baseado na Lei
da Indução Eletromagnética, de Michael Faraday, formulou um princípio básico, hoje
conhecido por Lei de Lenz, uma lei que permite predizer a direção de uma corrente
induzida em qualquer circunstância. Faraday, em seus estudos e experimentações,
percebeu que a corrente induzida que aparecia no circuito mudava de sentido
constantemente, ou seja, em um dado momento ela estava em um sentido em outro
ela estava em sentido contrário ao primeiro. Apesar de perceber esse
acontecimento, Faraday não conseguiu chegar a uma lei que indicasse como
determinar o sentido da corrente induzida. Foi somente no ano de 1834, poucos
anos após a publicação dos trabalhos de Faraday, que o físico Lenz apresentou
uma regra, atualmente conhecida como Lei de Lenz, que permite indicar o sentido
da corrente induzida.
Quando um ímã se aproxima de uma espira, surge uma corrente induzida
sobre ele. Essa corrente faz surgir um campo magnético, cujo sentido pode ser
determinado pela regra de André-Marie Ampère (1775-1836). A Lei de Ampère
afirma que o sentido do campo magnético é determinado pelo sentido da corrente.
Dessa forma, invertendo o sentido da corrente, invertemos também o sentido do
campo.
Essa relação é representada pela regra da mão direita: o polegar da mão
direita indica o sentido convencional da corrente elétrica; e os outros dedos, ao
envolverem o condutor por onde passa a corrente, dão o sentido das linhas de
campo magnético.
Ao aplicar essa regra verifica-se que o campo magnético tem sentido oposto
ao campo magnético do ímã. E ao afastar o ímã da bobina percebe-se que a
corrente induzida surge em sentido contrário à situação anterior e ao utilizar
novamente a regra de Ampere é possível perceber que o campo magnético criado
pela corrente induzida tem o mesmo sentido do campo magnético do ímã.

32. 32
Ao fazer essas observações Lenz concluiu que o sentido da corrente é o oposto
da variação do campo magnético que lhe deu origem, Lenz formulou uma lei que
ficou conhecida como a Lei de Lenz e pode ser enunciada da seguinte forma:
“A corrente induzida em um circuito aparece sempre com um sentido tal
que o campo magnético que ele cria tende a contrariar a variação do fluxo
magnético através da espira.”
2.2.6.2. Atribuição desta descoberta
Joseph Henry (1797-1878), foi um cientista americano que em suas
pesquisas buscando aumentar a potência do eletroímã inventado por William
Sturgeon, acabou descobrindo em 1832 a autoindutância em circuitos elétricos, ou
seja, em um circuito constituído de uma ou mais espiras, formando uma bobina
perfeita, quando percorrido por uma corrente elétrica produz um campo magnético,
este campo cria um fluxo que as atravessa.
Porém por demorar em publicar tal fato e coincidentemente Michael Faraday
descobrindo o mesmo, a este foi creditada esta descoberta na Inglaterra, pois foi o
primeiro a publicar sobre o assunto. Em reconhecimento e homenagem a Henry, a
unidade SI de indutância leva seu nome e a Faraday foi atribuído a (lei da indução
magnética), conhecida como Lei de Faraday.
Muitas vezes, os inventores nada sabiam um sobre o outro e desenvolveram
soluções semelhantes de forma independente.

33. 33
2.3. Motor alternativo de Botto
Giuseppe Domenico Botto, um físico
Italiano (1791 - 1865).
Este motor surgiu em 1834, o
aparelho é formado por três eletroímãs:
dois fixos com a mesma polaridade frente
um ao outro, e um terceiro móvel para
oscilar entre os dois. Quando se alimenta o
motor com uma corrente continua a
eletroímã do centro é atraído pelo eletroímã
fixo e repelido pelo outro eletroímã fixo, no
entanto, pouco antes do eletroímã móvel
atingir a fixo um comutador é acionado, o
comutador consiste de dois braços de balanço de bronze mergulhando em copos de
contato do mercúrio. Este arranjo alterna o sentido da corrente nos eletroímãs fixos.
Este motor imitava o movimento de balanço da máquina a vapor de James
Watt a pressão do vapor neste caso está sendo substituído pela atração de um
eletroímã desta forma o ciclo é repetido novamente num movimento de vaivém, que
é convertido numa rotação por meio de um sistema de haste e manivela.
Figura 25 - Motor alternativo de Botto
Fonte 25 - http://www.percorsielettrici.it/macchine-
elettriche/motori/39-botto/57-motore-di-botto
Figura 26 - Esquema construtivo do motor de Botto
Fonte 26 - http://www.percorsielettrici.it/macchine-elettriche/motori/39-
botto/57-motore-di-botto

34. 34
Moritz von Jacobi (1801-1874)
Criou o primeiro motor eléctrico real em 1834
Moritz von Jacobi (engenheiro e físico alemão,
naturalizado russo) nasceu em Potsdam em 1801.
Mudou-se para Königsberg (então Prússia,
hoje Rússia), no início de 1833 e começa com
experimentos sobre eletroímãs em forma de
ferradura.
Em janeiro de 1834, ele escreve uma carta
para Poggendorf, editor do Annalen der Physik und
Chemie sobre seus sucessos.
Ele volta-se agora para a construção de um motor eléctrico de verdade, que
ele termina em maio 1834.
Este primeiro motor elétrico estabeleceu um recorde mundial no desempenho
que ficou por quatro anos e foi melhorada em setembro 1838 apenas pelo próprio
Jacobi.
Somente no final de 1839/40, foi que outros desenvolvedores em todo o
mundo conseguiram construir motores semelhantes ao de Jacobi, e mais tarde
também o superaram.
Figura 28 - Perspectiva do motor de Jacobi de 1834
Fonte 28 -
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/transformator-
fernuebertragung/lb/elektrifizierung-geschichte-
elektromotore
Fonte 27 -
https://en.wikipedia.org/wiki/Mori
tz_von_Jacobi
Figura 27 - Jacobi

35. 35
A figura 28 é uma perspectiva do motor de Jacobi de 1834, que foi composta
de dois conjuntos de eletroímãs.
O primeiro conjunto de eletroímãs esta fixa na base estacionária (estator) os
eletroímãs estavam dispostos em círculo, com os polos salientes paralelo com o eixo
de transmissão.
O segundo conjunto de eletroímãs foi fixado ao disco móvel, (rotor) onde o
eixo de transmissão também estava montado.
Cada conjunto era composto por quatro ímãs, desta forma
consequentemente, este era um motor de oito polos magnéticos.
A energia era fornecida partir de uma poderosa bateria, a corrente passava
primeiramente por um comutador e depois para as bobinas dos eletroímãs, assim os
eletroímãs eram atraídos um pelo outro e o disco rodava. Através do uso do
comutador montado sobre o eixo, a corrente era revertida oito vezes durante cada
volta, desta forma haveria sempre dois conjuntos de eletroímãs com polos opostos
um ao outro, cessando a atração, iniciava a repulsão, e o movimento desta forma
era acelerado.
Em 1838, Jacobi
realizou sua experiência com
algumas alterações referentes
ao primeiro motor de 1834, de
modo a obter maior potência,
neste segundo motor, dois
conjuntos de eletroímãs
estavam fixos na base
estacionária, que agora são
dois, um em cada lado e no
meio um disco de rotação
preso ao eixo de
transmissão.
Figura 29 - Motor Jacobi de 1838
Fonte 29 -
http://www.eti.kit.edu/img/content/19_Verbesserter_Jacobi_Motor.jpg

36. 36
Cada conjunto foi composto por doze eletroímãs. Os eletroímãs no disco de
rotação foram montados sob a forma de barras retas passando internamente através
da base do disco de rotação, no eixo de transmissão estava montado o comutador,
formado por quatro anéis, que alternavam a direção da corrente elétrica, a inversão
da corrente garantia que os pólos dos eletroímãs rotativos estariam sempre opostos
aos polos dos eletroímãs fixos.
O energia foi garantida por 320 células de pilha, cada célula é formada por
uma placa de cobre e outra de zinco, pesando 200 kg e são colocadas ao longo das
duas paredes laterais do barco, a pilha utilizada agora é a de Daniell, pois a a pilha
de Volta mostrou um defeito, devido ao fenômeno da polarização, a pilha deixava de
ser eficaz devido à reação química , que dava origem às bolhas de hidrogênio ao
redor do disco de cobre, formando uma película sobre a superfície que isola a
corrente. Em 1836 este problema foi resolvido pelo inglês químico John Frederic
Daniell, cuja solução foi a invenção de uma nova pilha, sua pilha possuía um
eletrodo negativo de zinco mergulhado em um eletrólito de ácido sulfúrico diluído, e
um eletrodo de cobre em uma solução saturada de sulfato de cobre. O ácido
sulfúrico era separado do sulfato de cobre por meio de uma membrana porosa e não
ocorria mais o efeito da polarização.
Esta solução representou um grande avanço tecnológico para a época, com
tudo o motor desenvolveu apenas 300 watts de potência, a uma velocidade do rotor
entre 80 a 120 rpm. Este primeiro teste ocorreu setembro de 1838, um barco de 8
metros de comprimento navegou pelo rio Neva com um propulsor acionado por um
motor elétrico tanto no sentido da corrente e também contra correnteza , o barco
viaja numa velocidade de 2,5 km / h ao longo de uma rota de 7,5 km de
comprimento, e leva doze passageiros Entre os membros da equipe estavam os
físicos Jacobi H. Moritz Jacobi e Emil Lentz.
Em 08 de agosto de 1839, Jacobi repete esta experiência agora buscando
ainda mais potência ele utiliza dois motores ligados no mesmo eixo do propulsor,
sendo alimentados por 138 células da pilha de Grove.

37. 37
A pilha de Grove competia com a de Daniell, contudo, a de Grove tinha uma
vantagem, pois tinha uma voltagem de 1,9V, sendo maior que a de Daniell,
utilizando arame de platina como eletrodo e, como eletrólito, ácido sulfúrico e ácido
nítrico (zinco em ácido sulfúrico e platina em ácido nítrico) , a pilha de Grove
provocava uma reação química muito forte e resultava na emissão de gases tóxicos,
nocivos a saúde, a liberação de gás gerado pela reação química das bateria era tão
intensa que incomodava a todos no barco o que obrigou a interrupção por várias
vezes deste experimento. Os espectadores, às margens do rio Neva que
participaram do experimento foram forçados a deixar o local.
Seu barco está agora chegando aos 4 km / h e desenvolve uma potência de
1kw.
Em outubro 1841 Jacobi demonstra mais uma vez um aparelho melhorado, o
que é apenas ligeiramente superior ao modelo de 1839.
A aplicação prática da energia elétrica em trabalho mecânico ficou assim
comprovada.
O barco elétrico foi testado até 1842 e, em seguida, os testes foram
interrompidos por causa da incapacidade das baterias em gerar alimentação
contínua para os motores elétricos e também por Jacobi acreditar que o motor
Figura 30 - Barco motorizado no rio Neva
Fonte 30 - http://www.tthk.ee/Elektriajamid_2011/template_images/joonis6.gif

38. 38
elétrico ainda não é viável, pois toda a energia provinha de baterias, que eram muito
caras e de uso restrito.
Não existem imagens do motor real, más pelo relatório realizado em
novembro 1834 onde Jacobi enviou um relatório sobre o seu motor para a Academia
de Ciências de Paris e no verão de 1835, ele publicou um memorando científico
detalhado, todas as características deste motor são conhecidas em detalhes até
hoje, seu texto é decidido em 23 seções e foi ampliado em 1837 com mais 15
seções.
A única imagem do motor é esta gravura de aço a partir de 1835.
O motor original já não existe, mas uma cópia está no Museu Politécnico de
Moscou.
Dr. Kowaleski da Universidade de Rostock fez uma reconstrução do motor.
A empresa de energia alemã Badenwerk AG também construiu duas cópias
adicionais em 1992.
Um deles foi doado para o Deutsches Museum, em Munique, o outro está
agora localizado no Instituto de Eletrotécnica (ETI) no Instituto de Tecnologia de
Karlsruhe.
O motor é totalmente funcional, sua alimentação, no entanto, não vem das
baterias de cobre e zinco originais, mas a partir de uma fonte de energia escondida.
Figura 31 - Primeiro motor de Jacobi
Fonte 31 - http://www.eti.kit.edu/img/content/14_Motor_von_Jacobi_1834.jpg

39. 39
Estrutura de suporte de madeira:
 Um disco cilíndrico (rotor) com quatro eletroímãs em forma de ferradura
 Uma base fixa com quatro eletroímãs em ferradura disposto em forma
cilíndrica.
Eixo quadrado fabricado em aço forjado fixo ao
disco por uma das extremidades e apoiado em mancais
também fabricados em de aço.
Comutadores e escovas:
 4 discos de comutador
com seções de isolamento feitos de
ébano.
 4 escovas (alavancas de
abastecimento de corrente).
 4 tubos de contato com
enchimento de mercúrio
Figura 32 - Réplica do motor de Jacobi
Fonte 32 - http://www.eti.kit.edu/img/content/Jacobi_Motor_6.jpg
Figura 33 - Comutador e Escovas
Fonte 33 -
http://www.eti.kit.edu/img/content/Jacobi_Mot
or_4.jpg

40. 40
Velocidade de rotação: 60-130 revoluções por minuto
O abastecimento de energia a partir de
quatro baterias voltaicas:
 Tensão de 4 a 6 V
 Corrente de 8 a 15 A
Concebido como calhas de cobre cheias de
ácido sulfúrico e chapas de zinco com
superfície total de 2 metros quadrados,
imersos nesta solução.
Enrolamento de fio de cobre do eletroímã:
 Comprimento Total: 320 Fuß = 100
mm.
 Diâmetro do fio ø1 quarto Paris
Lines = 2,83 mm.
Barras de aço em forma de ferradura:
 Comprimento das pernas pólo: 7 Zoll
= 183 milímetros.
 Diâmetro das pernas de pólos: 1 Zoll
= 26 milímetros.
A pedido do Cezar (Imperador) da Rússia Jacobi mudou-se para São
Petersburgo, em agosto 1838, depois de ter vivido em Doprat (agora Tartu, na
Estónia), onde foi nomeado como professor de arquitetura civil na universidade de
língua alemã em junho 1835. Em São Petersburgo, ele é bem-vindo na Academia de
Ciências generosamente apoiado pelo czar nos seus trabalhos sobre o motor
Figura 34 - A bateria de cobre-zinco
Fonte 34 -
http://www.eti.kit.edu/img/content/Ja
cobi_Motor_5.jpg
Figura 35 - Elétroimãs
Fonte 35 -
http://www.eti.kit.edu/img/content/Jacobi_Moto
r_1

41. 41
elétrico. Ele começa sua cooperação com Emil Lenz. Juntos, exploram fenômenos
eletromagnéticos nas próximas décadas.
Em 13 de setembro de 1838 Jacobi demonstra no rio Neva num barco 8
metros de comprimento com o propulsor acionado por um motor elétrico. As baterias
de zinco são formadas por 320 pares de placas de cobre, pesando 200 kg e são
colocadas ao longo das duas paredes laterais do barco. O motor tem cerca de 300 w
de potência.
O barco viaja numa velocidade de 2,5 km / h ao longo de uma rota de 7,5 km
de comprimento, e leva doze passageiros. Ele continua navegando com seu barco
durante dias depois no Neva. Reportagens de jornais contemporâneos da época
afirmam que o consumo de zinco após dois a três meses de operação foi de 24
quilos.

42. 42
Figura 36 - Documento de registro da experiência
Fonte 36 - http://www.eti.kit.edu/img/content/Jacobi_Denkschrift.jpg

43. 43
3. EVOLUÇÃO DO MOTOR
Dr. Ernst Werner Von Siemens (1816 –
1892)
Criou o primeiro gerador de corrente continua
auto induzido em 1856.
Werner Siemens (Engenheiro, inventor,
eletrotécnico e industrial alemão) nascido em Lenthe,
antiga Prússia, hoje Alemanha.
Mudou-se para Lübeck que fica no norte da
Alemanha, onde passou sua infância e teve sua
educação básica.
No ano de 1833, ele iniciou seus estudos de engenharia e com eles, vieram
inovações e aperfeiçoamentos de equipamentos elétricos.
Uma de suas principais invenções foi o telégrafo que auxiliou a comunicação
e substituiu o Código Morse.
Já, no ano de 1838, Jacobi Moritz desenvolveu o primeiro motor elétrico em
trabalho mecânico, onde toda a energia elétrica para o funcionamento do motor era
gerada por baterias, que por sinal, na época, caras e de uso restrito. O foco então se
virou para a geração de energia elétrica de baixo custo.
Em outubro de 1847 Ernest Werner fundou uma companhia de
industrialização Siemens & Halske.
Então em 1856, o cientista e eletrotécnico alemão Werner Von Siemens
obteve a construção de um gerador de corrente, magnético, com induzido T duplo.
Esse aparelho foi construído com imãs permanentes de ação restrita. Por isso não
era suficiente para abastecer indústrias, e ou, equipamentos domésticos.
Dr. Ernest Werner Siemens continuou suas pesquisas para conseguir
aprimorar sua invenção e continuar com seu histórico de inovações e feitos incríveis.
Então finalmente, no ano de 1866, Werner Siemens construiu um gerador de
corrente continua auto induzido sem imã permanente.
Figura 37 - Ernst Werner Von Siemens
Fonte 37 -
http://www.ssplprints.com/ima
ge/89967

44. 44
O primeiro gerador de Ernest Werner Siemens podia gerar uma potência de
aproximadamente 30 Watts e tinha uma rotação de 1200rpm. A máquina de Ernest
Werner Siemens foi uma nova inovação do engenheiro e inventor, pois alem de
funcionar como um gerador de energia elétrica como desejava, ele também
percebeu que a maquina poderia ser operada como um motor, desde que se
aplicassem as suas escovas uma corrente contínua.
Nas imagens abaixo podemos ver o primeiro dínamo de Werner Siemens.
Uma delas nos mostra o dínamo montado, e na outra podemos observar seus
componentes.
Comutador com Escovas
Induzido T Duplo
Polos do Estator
Enrrolamento do Induzido
Figura 38 - Dínamo de Werner Von Siemens
Fonte 38 - http://www.siemens.com/press/en/presspicture
Figura 39 - Dínamo de Werner Von Siemens (Rachurado)
Fonte 39 - http://avariasnummotordeinducao.blogspot.com.br/

45. 45
Através desta descoberta, foi também provado que a tensão necessária para
o magnetismo poderia ser retirada do próprio enrolamento do motor, ou seja, é
produzida uma potência total através da força eletromotriz, e parte dessa potência
que chamamos de potência dissipada (que é dissipada dentro da resistência interna
do próprio gerador) é retida para o trabalho do mesmo.
Essa potência dissipada representa a resistência elétrica dos circuitos que
compõe o gerador. Como por exemplo, um estabilizador de computador. Todos os
componentes, incluindo sua placa geram uma resistência. Uma bateria de celular ou
uma pilha também geram uma resistência elétrica e são utilizados como fonte de
energia para tais equipamentos. Porem essa potência dissipada não é produzido na
saída. Quando uma bateria ou pilha fornece uma DDP (diferença de potencial) na
saída, quer dizer que foi produzida uma potência maior no interior do que na saída.
Essa DDP retratada através de potência, na saída é chamada de potência útil,
que será utilizada para realizar o trabalho elétrico.
Em 1879, treze anos após a descoberta do dínamo, a companhia Siemens &
Halske apresentou numa exposição em Berlin – capital da Alemanha, a primeira
locomotiva com motor elétrico a qual deu o nome de “Siemens E4” e também a
primeira estrada eletrificada.
Na exposição a locomotiva
transportou cerca de 86.000
visitantes da feira, que foi um
numero expressivo. O trem,
composto pela locomotiva e
três vagões abertos ao tempo
era movimentado através de
um motor de 2.500W de
potência e atingia uma
velocidade de 12 km/h por
uma distancia de 300 metros.
Esse motor elétrico era de
corrente continua e estava sendo alimentado por uma corrente distribuída em um
trilho central. Essa alimentação era feita através de duas sapatas ou carris metálicos
Figura 40 - Locomotiva Eletrica
Fonte 40 - https://portogente.com.br/a-invencao-da-locomotiva-eletrica

46. 46
que deslizavam pelas faces do trilho central. Mais toda essa tecnologia apresentada
naquela época era muito vulnerável a serviços e apresentava também um alto custo
para sua fabricação.
Sendo assim, a busca por um motor mais barato, menor custo de manutenção
e mais robusto continuou a ser estudado pelo mundo.
Galileu Ferraris (1847 – 1897)
Criou o primeiro motor de corrente alternada de
duas fases.
Galileu Ferraris (Físico e engenheiro elétrico
italiano), nascido em Livorno na região de Piemonte,
província de Vercelli na Itália.
Frequentou por três anos a faculdade de física e
matemática e em seguida, durante dois anos ele se
dedicou aos estudos na escola de aplicação para
engenheiros em Turim. Com essa bagagem, ele adquiriu
o diploma de engenheiro civil em setembro de 1869.
Galileu mostrava um grande interesse em encontrar soluções para o
desenvolvimento industrial, sendo um deles a transmissão de energia à distância.
Em 1885, Galileu iniciou uma serie de
pesquisas e estudos relacionados aos
transformadores, ele estudava a diferença de fase entre a
intensidade da corrente primaria em relação a corrente
secundaria. Foi quando, surgiu um fenômeno que
relacionou a seus estudos de óptica. Galileu então
encontrou uma forma de combinar dois campos
magnéticos em quadratura de fase para obter um campo
magnético girante (campo magnético criado por uma
estrutura estática, com polos que rodam em um espaço ao
redor de um eixo, com uma velocidade constante), o qual
deu o nome de aparelho eletromecânico.
Figura 41 - Galileu Ferraris
Fonte 41-
www.comune.livornoferraris.vc.it/
museo/galileo
Figura 42 - Aparelho Eletromecânico
Fonte 42 -
http://paginas.GalFerraris.

47. 47
A partir dessa descoberta, foi criado o motor de corrente alternada de duas
fases, que funcionava com a composição de dois campos magnéticos alternados
criados por bobinas fixas colocadas em quadratura, sendo cada uma delas
percorrida por uma corrente elétrica alternada. Mais Galileu não tomou
conhecimento da importância de sua descoberta em relação ao aprimoramento do
motor elétrico.
Seguindo a busca pelo motor ideal, com baixo custo de manutenção, mais
robusto e com uma fabricação mais barata, Nicolas Tesla apresentou então sua
criação.
Nicola Tesla (1856 - 1943)
Nicola Tesla (Engenheiro mecânico e
Eletrotécnico), nascido em Smiljan, que era
então parte do Império Austo – Húngaro, hoje
atual Croácia.
Curiosamente, Tesla nasceu em meio a
uma tempestade de verão com muitos
relâmpagos. A parteira comentou que ele seria
um “filho da tempestade” e sua mãe logo
respondeu: ”Não, de luz”.
Tesla abriu uma enorme porta para o
desenvolvimento mundial. Era uma pessoa
fascinada por eletricidade e começou inúmeras pesquisas para saber sempre mais
sobre o assunto. Nicola Tesla tinha o objetivo de melhorar o funcionamento de
motores e geradores utilizando corrente alternada, porem quando disse a respeito
de sua ideia para um de seus professores na faculdade, o mesmo disse que Tesla
jamais conseguiria tal feito, pois se tratava de um esquema de movimento perpetuo.
Mais o grande gênio não abandonou sua ideia e tinha muita convicção que estava
certo a respeito da inovação a partir da corrente alternada. Então, em 1881, Tesla se
mudou para Budapeste, na Hungria.
Fonte 43 -
http://pt.wikipedia.org/wiki/Nikola_Tes
la
Figura 43 - Nicolas Tesla

48. 48
Foi onde iniciou sua carreira profissional, em uma empresa de telégrafo,
chamada American Telephone Company. Tesla logo se tornou eletricista teste na
empresa e mais tarde tornou-se engenheiro do estado da Iugoslávia.
Em uma tarde, quando caminhava pelo parque da cidade, ao parar para
observar o por do sol como fazia de costume, Tesla teve uma ideia relâmpago e
então, começou a desenhar um diagrama no chão, no qual ele percebeu um campo
giratório de energia. Ele percebeu então que poderia reproduzir esse campo giratório
ao energizar enrolamentos de bobinas de um motor em diferentes passos ou fases.
As forças eletromagnéticas resultantes de repulsão e atração fariam com que o rotor
girasse em torno de seu eixo. Todo esse processo poderia ser feito com correntes
alternadas.
Foi então que ele percebeu que o uso da corrente alternada poderia ser
inserido nos motores e geradores de energia elétrica, e que não se tratava de um
esquema de movimento perpetuo como disse seu professor na universidade.
Tesla era ambicioso, e tinha um sonho de conhecer a os Estados Unidos da
America e também Thomas Edison. O sonho era tão grande que Tesla decidiu ir
para Nova York em 1884 e logo recebeu uma proposta de emprego de Thomas
Figura 44 - Princípio de um Motor de Corrente Alternada
Fonte 44 - http://www.mspc.eng.br/elemag/ac_0710.shtml

49. 49
Edison. Naquela época Nova York já era abastecida por energia e luz elétrica
através da estação de corrente continua instalada por Thomas Edison.
Então Tesla, vendo as falhas do sistema de geração de corrente continua,
resolveu mostrar seu projeto de motor, ou gerador em corrente alternada para
Edison. Mais, a ideia de tesla não agradou Edison que era totalmente contra o
sistema de corrente alternada, pois todo seu império era baseado em corrente
continua. Foi quando começou uma grande divergência de opinião entre Tesla e
Edison.
Tesla, então desenvolveu o modelo polifásico alternado que conhecemos
atualmente. Desenvolveu também componentes do sistema de geração e
transmissão de corrente alternada que são utilizados ate os dias de hoje. Em maio
de 1888 Tesla finalmente apresentou seu motor de corrente alternada ao mundo.
Durante os cinco anos seguintes, foram concedidos a Tesla vinte e duas
patentes americanas, pelos motores, transformadores e geradores de transmissão
em corrente alternada.
Figura 45 - Motor de Corrente Alternada de Tesla
Fonte 45 - http://www.institutotesla.org/tech/TeslaAlternatingCurrent.html

50. 50
4. TIPOS DE MOTORES ELÉTRICOS
4.1. Motores de corrente continua
Motores de corrente contínua são motores de custo elevado e, alem
disso, precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que
converta a corrente alternada comum em contínua. Podem funcionar com
velocidade ajustável entre amplos limites e se prestam a controles de grande
flexibilidade e precisão. Por isso seu uso é restrito a casos especiais em que
estas exigências compensam o custo muito mais alto da instalação, ou no
caso da alimentação usada ser contínua, como no caso das pilhas em
brinquedos.
O controle de velocidade de um motor de CC pode ser feito variando-se a sua
tensão de armadura (tensão do rotor). Devido a essa facilidade esse tipo de motor e
muito utilizado em:
Figura 46 - Imagem representação de um motor CC
Fonte 46 - Apostila Senai

51. 51
4.2. Fatores que de seleção do motor cc
Grau de proteção
Tipos de refrigeração
Ciclo de carga
Classe de temperatura
PARTES PRINCIPAIS DO MCC
O motor possui rotor e estator.
O rotor consiste de:
Eixo da Armadura – imprime rotação ao núcleo da armadura,
enrolamentos e comutador.
Núcleo da armadura: está conectado ao eixo e é construído de
camadas laminadas de aço, provendo uma faixa de baixa relutância
magnética entre os pólos. As lâminas servem para reduzir as correntes
parasitas no núcleo, e o aço usado é de qualidade destinada a produzir uma
baixa perda por histerese. O núcleo contém ranhuras axiais na sua periferia
para colocação do enrolamento da armadura.
Figura 47 - Parte de um motor de corrente contínua
Fonte 47 - Apostila Senai

52. 52
Enrolamento da armadura: é constituído de bobinas isoladas entre si e
do núcleo da armadura. É colocado nas ranhuras e eletricamente ligado ao
comutador.
Comutador: devido à rotação do eixo, providencia o necessário
chaveamento para o processo de comutação. O comutador consiste de
segmentos de cobre, individuais isolados entre si e do eixo, eletricamente
conectados às bobinas do enrolamento de armadura.
O rotor da armadura das máquinas de C tem quatro funções
principais: (1) permite rotação para ação geradora ou ação motora mecânica;
(2) em virtude da rotação, produz ação de chaveamento necessário para a
comutação; (3) contém os condutores que induzem a tensão ou
providenciam um torque eletromagnético; e (4) providência uma faixa de
baixa relutância para o fluxo. O estator da máquina de corrente contínua
consiste de:
Carcaça: é uma carapaça ou estrutura cilíndrica de aço ou ferro
fundido ou laminado. Não apenas a carcaça serve como suporte das partes
descritas, mas também providencia uma faixa de retorno do fluxo para o
circuito magnético criado pelos enrolamentos de campo.
Enrolamento de campo: consiste de umas poucas espiras de fio
grosso para o campo-série ou muitas espiras de fio fino para o campo-shunt.
Essencialmente, as bobinas de campo são eletromagnetos, cujos ampères-
espiras (Ae) providenciam uma força magnetomotriz adequada à produção,
no entreferro, do fluxo necessário para gerar uma f.e.m. ou uma força
mecânica. Os enrolamentos de campo são suportados pelos pólos.
Pólos: são constituídos de ferro laminado e parafusados ou soldados
na carcaça, após a inserção dos rolamentos de campo nos mesmos. A
sapata polar é curvada e é mais larga que o núcleo polar para espalhar o
fluxo mais uniformemente.

53. 53
Interpolo: ele e o seu enrolamento também são montados na carapaça
da máquina. Eles são localizados na região interpolar, entre os pólos
principais, e são geralmente de tamanho menor. O enrolamento do interpolo
é composto de algumas poucas espiras de fio grosso, pois é ligado em série
com o circuito da armadura, de modo que a f.e.m. é proporcional à corrente
da armadura.
Escovas e Anéis-Suporte de Escovas: assim como os interpolos, é
parte integrante da armadura. As escovas são de carvão e grafite,
suportadas na estrutura do estator por um suporte tipo anel, e mantidas no
suporte por meio de molas, de forma que as escovas manterão um contato
firme com os segmentos do comutador. As escovas estão sempre
instantaneamente conectadas a um segmento e em contato com uma bobina
localizada na zona interpolar.
4.3. Motor de corrente alternada
Motor elétrico de corrente alternada é um equipamento rotativo que funciona a
partir de energia elétrica, diferente de outros motores elétricos, o motor ca não
precisa, necessariamente, qualquer entreposto dele à alimentação e serve,
basicamente, para "girar" um segundo acoplado, ou movido. O elétrico esta sempre
ativo.
Estes motores podem ser divididos, num primeiro momento, em síncronos e
assíncronos, sendo que, este último, sofre escorregamento conforme a intensidade
de carga (i.e., oscila a rotação), contudo, são a esmagadora maioria nas indústrias.
Outra grande divisão dentre os motores CA (de corrente alternada), são em
trifásicos e monofásicos. A diferença entre estes dois tipos de alimentação alteram
profundamente a versatilidade e desempenho do motor, sendo, os monofásicos,
muito mais limitados e necessitados de capacitores de partida, senão, não
conseguem vencer a inércia.
Os motores de corrente alternada têm outras muitas divisões todas elas
mundialmente normalizadas, dentre as mais comuns temos: motor de dupla

54. 54
polaridade, o qual pode rodar em duas velocidades diferentes em detrimento da
potência, motor de eixo-duplo, com uma saída para cada lado.
Nas placas de identificação dos motores elétricos encontramos diversas
informações sobre estes, a saber:
IP - índice de proteção - com um variação de IP-00 até IP-68, identifica o grau
de proteção do motor em relação a água e corpos, sendo que o 1º número indica o
nível de proteção contra corpos estranhos e o 2º contra água e os índices
"standards" são: IP-21 (Aberto), IP-44 (Fechado) e IP-55 (Blindado). Alguns motores
vêm com uma vedação especial em sua mancalização que o protege contra agentes
climáticos e estes incorporam a letra W ao lado de IP, formando IPW
forma construtiva - normalmente dotados de 3 ou 4 algarismos (por exemplo:
B3D e B35D), sendo que a primeira letra significa que é um motor dentro dos
padrões, os números do meio significa o uso ou não de flanges e a última letra diz
em qual lado do motor está a caixa de bornes onde se encontram os fios de energia
do motor..
carcaça que sofre uma variação comum de 63 a 355, e, acima disso, trata-se
de uma aplicação especial de grande porte. Abaixo disso trata-se de um motor para
fins domésticos. Em suma, este número significa a distância entre o centro do motor
e o solo. A letra que fica ao lado deste número (l,m) vem do inglês large (comprido)
e medium (médio), e referem-se ao comprimento do motor.
Valores de Tensão elétrica - Os motores elétricos podem ser acionados com
valores de tensões diversos, (127V, 220V, 380V, 440V e 760V), para isso, precisa-
se fazer o fechamento adequado para cada tensão. Os fechamentos não interferem
na velocidade de rotação do motor, simplesmente servem para alimentar as bobinas
de maneira que gerem o campo magnético necessário para movimentar o rotor, que
está alojado dentro da carcaça do motor. A tensão induzida nas expiras do bobinado
do motor gera um campo magnético variável, que faz com que o rotor se excite
magneticamente, girando assim o eixo do motor, criando uma conversão de energia
elétrica para mecânica
Dentre a enorme variedade de aplicações encontradas para os motores
elétricos, podemos citar: bombas, compressores, exaustores, ventiladores, máquinas
operatrizes.

55. 55
Eles podem ser acionados tanto através de partida direta, bem como através
de conversor de frequência, soft-starter, chave de partida, transformador,
temporizador, etc.
Os motores de corrente alternada podem ser trifásicos ou monofásicos, Além
de serem divididos em motores Síncronos e Assíncronos (de indução)
Motores síncronos
Nesses tipos de motores o estator, e alimentado em CA enquanto o rotor e
alimentado em CC proveniente de uma ecxitatriz (dínamo). Como mostra a figura.
Devidos suas características construtivas, operação com alto rendimento e
adaptabilidade em todos os tipos de ambientes é utilizada praticamente em todos os
seguimentos da indústria, tais como:
Mineração: (britadeiras, moinhos, correias transportadoras e outros.)
Siderúrgicas: (laminadores, ventiladores, bombas e compressores.)
Papel e celulose: (extrusoras, picadoras, desfibradores, compressores,
moedores e descascadores.)
Saneamento: (bombas)
Química e petroquímica: (compressores, exaustores e ventiladores.)
Figura 48 - Elementos de um motor síncrono
Fonte 48- Apostila senai

56. 56
Cimento: (britadores, moinhos e correias transportadoras.)
Borracha: (extrusoras, moinhos e misturadores)
Motores assíncronos monofásicos
Este tipo de motor e mais encontrado em pequenas aplicações, onde não
está disponível uma fonte de alimentação trifásica. Sua representação pode ser vista
na figura
Possuindo um custo mais elevado do que motores trifásicos da mesma
potência. Alcançando apenas de 60% a 70% da potência de um motor trifásico do
mesmo tamanho. Apresentando ainda rendimento e FP ainda menores. Suas
aplicações são as seguintes: motores de pequenas bombas d’águas, motores de
ventiladores para meio rural, etc.
4.4. Motor universal
Chama-se motor universal um tipo de motor de funciona tanto em corrente
contínua quanto em corrente alternada. Na verdade, um motor universal é um motor
CC com excitação série, ou seja, um motor CC cujos enrolamentos de campo e de
armadura estão conectados em série, podendo, portanto ser alimentado por uma
única fonte, que pode ser contínua ou alternada monofásica.
A figura abaixo mostra o modelo de um motor universal. Esse motor quando
alimentado por tensão contínua funciona como um motor CC descrito anteriormente.
Figura 49 – Motor assincrono
Fonte 49 – www.ebah.com.br

57. 57
Porém, ao ser alimentado por tensão alternada senoidal monofásica o motor
funciona do mesmo jeito, pois as correntes de campo e de armadura são as mesmas
(enrolamentos estão em série) e quando uma muda sua polaridade, a outra muda ao
mesmo tempo. Em outras palavras, o sentido do fluxo produzido pelo campo e o
sentido da corrente de armadura mudam ao mesmo tempo, mantendo o sentido da
força eletromagnética e, portanto do torque.
Os motores universais possuem características de desempenho muito
interessantes, o que determina o tipo de aplicação em que é usado. Essas
características estão mostradas na figura abaixo, em que se apresentam as curvas
de torque e de velocidade em função da corrente de armadura. Observe que os
motores universais possuem elevado torque em baixa rotação, para um certo valor
de corrente de armadura. Essa característica torna os motores universais
adequados para acionamento, em corrente alternada, de vários eletrodomésticos
(liquidificadores, aspiradores de pó, furadeiras), bem como acionamento de veículos
elétricos de transporte de massa (trens, carros elétricos, metrô).
4.4.1. Aplicações
Os motores CC de pequeno porte são muito utilizados em brinquedos e
equipamentos portáteis pelo fato de poderem ser acionados por meio de pilhas e
baterias. São também muito comuns em veículos (motor de arranque, limpador de
para-brisas, etc.) pela mesma razão. Pelo fato de permitirem fácil e precisa variação
de velocidade, motores CC são muito utilizados para tração elétrica de trens, metrô
e ônibus elétricos.
Na indústria, é usado para acionar cargas que precisam ter sua velocidade
alterada de forma controlada dependendo do processo. Em geral, um motor CC é
mais caro que um de corrente alternada de mesmo porte, pois tem mais
enrolamentos e o comutador. A manutenção do comutador deve ser feita
periodicamente, o que encarece um pouco sua operação.
Podemos não os reconhecer pelo nome, mas, esse é o tipo de motor mais
presente em nosso dia a dia, pois é utilizado em máquinas de costura,
liquidificadores, enceradeiras, dentre vários outros tipos de eletrodomésticos. São

58. 58
utilizados também em muitas ferramentas elétricas como furadeiras, lixadeiras e
serras.
4.4.2. Definição
Os motores do tipo universal são assim denominados por poderem ser tanto
de corrente contínua quanto de corrente alternada.
O motor universal é nada mais que um motor monofásico onde as bobinas do
estator são eletricamente ligadas ao rotor através de dois contatos deslizantes
conhecidos como escovas. Esses, por sua vez, ligam o estator ao rotor em série.
Figura 50 - Exemplo de utilização de um motor universal.
Fonte 50 –
http://www.zoom.com.br/batedeira/
Figura 51 – Motor Universal
Fonte 51 – Apostila Senai

59. 59
4.4.3. Princípio de funcionamento
A construção e o princípio de funcionamento do motor universal são os
mesmos utilizados no motor em série de corrente contínua
Quando este tipo de motor passa a ser alimentado através de corrente
alternada, ocorre variação no campo tanto do rotor quanto do estator devido à
variação do sentido da corrente. Assim, não há inversão do sentido de rotação
normal, pois o conjugado continua girando no mesmo sentido inicial.
Podemos inverter o sentido do movimento de rotação deste tipo de motor
apenas invertendo as ligações das escovas, ou seja, a bobina ligada à escova, não
deverá ser ligada à outra escova e vice-versa
Esses motores apresentam um conjugado de partida elevado e também tendência
de disparar, mas nos permite, variando o valor da tensão que o alimenta, variar a
velocidade do mesmo.
Vantagens e Desvantagens em utilizar um motor universal
Os motores universais são a solução ideal em situações onde é desejável a
combinação operacional de alta velocidade com o peso do motor. Estes são a
melhor indicação também para atender as exigências de uso intermitente em alta
potência em equipamentos como secadores de cabelo liquidificadores e ferramentas
elétricas.
A principal desvantagem nesse modelo é que eles possuem uma vida útil
muito mais curta em relação a outros motores de pequeno porte ou miniatura e
mesmo sendo um projeto simples e confiável, atenderá de forma relativamente
rápida sua necessidade.
Figura 52 - Motor universal
Fonte 52 – Apostila Senai

60. 60
Seu princípio de funcionamento e mesmo já descrito no motor de CC,
acrescentando- se que quando se inverte a polaridade de tensão na fonte (fonte
CA). Inverte-se simultaneamente a polaridade do campo magnético no estator e o
sentido da corrente no rotor, continuando sendo produzido torque no mesmo
sentido.
4.4.4. Motores de passo
Os motores de passo são dispositivos
eletromecânicos que convertem pulsos
elétricos em movimentos mecânicos que
geram variações angulares discretas
A rotação de tais motores e
diretamente relacionada aos impulsos
elétricos que são recebidos. Assim sendo o
pulso reflete na direção a qual o motor gira,
a velocidade que o rotor gira e dada pela
frequência de pulsos recebidos com ângulos rotacionais diretamente relacionado
com o número de pulsos aplicados. O ponto forte de um motor de passo não e a sua
força (torque) tão polco sua capacidade de atingir altas velocidades, ao contrário da
maioria dos outros motores elétricos. Mas sim a possibilidade de controlar seus
movimentos de forma precisa. Por conta disso e amplamente usado em
Figura 53 - motor de passo
Fonte 53 - Apostila Senai
Figura 54 - Diagrama de funcionamento de um motor de passo
Fonte 54 – Apostila Senai

61. 61
impressoras, scanner, câmeras de vídeo, robôs, brinquedos, automação industrial,
etc.
4.5. Servomotores
Servo motor e uma máquina elétrica, que apresenta movimento controlado,
proporcional a um comando. São dispositivos de malha fechada, ou seja: recebe um
sinal de controle; verificam a posição atual e atuam no sistema atingindo a posição
desejada. Em contraste com os motores contínuos que girão indefinidamente, o eixo
dos servomotores possuem a liberdade de cerca de 180 Graus, mas são muito
precisos quanto a sua aplicação. Tais como:
Máquinas-ferramenta a comando numérico
 Sistemas de posicionamento
 Linhas de transporte
 Robôs industriais
 Sistemas flexíveis de manufatura
Figura 55 - servo motor
Fonte 55 - Apostila Senai

62. 62
5. MOTOR DE USO ESPECIAL
5.1. Sistemas de refrigeração
Para os sistemas de grande porte ou sistemas que necessitem de algum tipo
de controle rigoroso de temperatura, umidade ou filtragem, para conforto ou
processo, tais como shopping centers, data centers, hotéis, hospitais, grandes
edifícios comerciais ou em setores da indústria de alimentos, indústria química,
indústria de sucos e refrigerantes, laticínios e indústria plástica entre outras,
geralmente são utilizados sistemas de refrigeração, mais conhecidos como centrais
de água gelada.
Nestes sistemas os equipamentos estão instalados em uma área edificação,
chamada de Central de Água Gelada ou (CAG).
Uma Central de Água Gelada, conforme visto na figura 1, incorporam vários
tipos de equipamentos entre eles os resfriadores de líquidos também chamados de
“chillers” que promovem o resfriamento da água. A água gelada, “produzida” nos
chillers, é bombeada e distribuída, por uma rede de tubulações, para todas as áreas
que serão refrigeradas.
Figura 56 - Central de água gelada
Fonte 56 - http://static.wixstatic.com

63. 63
5.2. Chiller
Um chiller é constituído basicamente por um compressor de simples estágio,
um condensador, um evaporador e uma válvula de expansão.
Através da união de todos estes componentes, formando um ciclo de
compressão, temos o chiller apresentado na figura 2, logo abaixo.
O compressor é o coração do sistema de refrigeração, onde também é
consumida a maior parte da energia elétrica gasta no processo de refrigeração. Para
diferenciar os diversos tipos de compressores existentes no mercado são utilizados
dois tipos de classificação, ou seja, de acordo com a concepção construtiva do
compressor e o tipo de motor de acionamento, A partir daí, cada sistema de
compressão pode ter uma, duas ou até três concepções construtivas diferentes.
Os principais tipos de compressores são os alternativos, os rotativos e os
centrífugos, são acionados por motores elétricos de indução em corrente alternada
nas seguintes versões:
Figura 57 - Centrifuga Carrier
Fonte 57 - http://www.carriercca.com/product_detail.cfm?ln=en&product_id=53&cat_id=48&parent_id=7

64. 64
Compressores abertos - Do ponto de vista construtivo de maneira geral, os abertos
são os compressores que têm uma ponta de eixo externa, ou seja, eles necessitam
de um sistema de transmissão que interligue o motor elétrico ao compressor
fazendo-o girar, a interligação geralmente é realizada por correias e polias ou
acoplamentos diretos na ponta de eixo do motor e compressor.
Compressor semi-hermético – Neste sistema o motor elétrico já não é mais
externo; está acoplado dentro do compressor, o projeto construtivo dos semi-
hermético permite que o motor seja refrigerado pelo próprio gás do sistema. Apesar
de compartilharem a mesma carcaça, existem pontos de acessos que permitem
reparos de seus componentes internos.
Compressor hermético - É interligado ao motor elétrico de tal forma que permite o
compartilhamento de componentes dos sistemas elétrico e mecânico. Não possuem
parafusos, como os compressores abertos e os semi-herméticos, então não existe a
possibilidade de acesso aos componentes internos para o caso de manutenção, por
isso, são descartáveis, ou seja, em caso de queima a única solução é a substituição
total do equipamento. São compressores de capacidades reduzidas e sua principal
aplicação se dá em equipamentos de uso doméstico.
5.2.1. Refrigeração por Compressão
A refrigeração por compressão ou refrigeração por compressão de vapor,
consiste em forçar mecanicamente a circulação de um fluido em um circuito fechado
criando zonas de alta e baixa pressão com o propósito de que o fluido absorva calor
em um lugar e o dissipe no outro.
É o tipo de refrigeração mais comum, encontrado na indústria e comércio nos
seus variados segmentos, e em todas as escalas de tamanho.
Sua maior vantagem é que é ligado diretamente à rede elétrica, não
necessitando de linhas de combustível para ser alimentado.
Como desvantagem apresenta o fato do alto custo da energia elétrica, o que
torna sua operação muito cara.

65. 65
Figura 58 – Ciclo de Refrigeração
Fonte 58 - http://wiki.sj.ifsc.edu.br/wiki/
5.2.2. O ciclo de refrigeração por compressão
mecânica de vapor
A refrigeração por compressão de vapor é a mais usada no condicionamento
de ar de ambientes, para resfriamento e congelamento de produtos e em
equipamentos frigoríficos. Neste sistema o fluido refrigerante entra no evaporador a
baixa pressão, na forma de mistura de líquido mais vapor, e retira energia do meio
interno enquanto passa para o estado de vapor. O vapor entra no compressor onde
é comprimido e bombeado, tornando-se vapor superaquecido e deslocando-se para
o condensador, que tem a função de liberar a energia retirada do ambiente. O fluido,
ao liberar energia, passa do estado de vapor superaquecido para líquido
(condensação) e finalmente entra no dispositivo de expansão, onde tem sua pressão
reduzida, para novamente ingressar no evaporador e assim repetir o ciclo.
As unidades de medidas mais utilizadas em sistemas de refrigeração são:
 Toneladas de refrigeração (TR) – Quantidade de energia necessária para
derreter uma tonelada de gelo em 24 horas.
 Calorias (Cal) - Quantidade de energia necessária para elevar em 1 grau
célsius a temperatura de 1 grama de água.
 British thermalunit (BTU) - Quantidade de energia necessária para se elevar a
temperatura de uma massa de 1libra = (453,6 g) de água de 59,5ºF a 60,5º F.

66. 66
5.2.3. Coeficiente de desempenho total
A eficiência de um ciclo é normalmente definida como a relação entre a
energia útil que é o objetivo do ciclo, e a energia consumida que deve ser paga para
a obtenção do efeito desejado.
O coeficiente de performance ou COP, é um parâmetro fundamental na
análise de sistemas de refrigeração. Mesmo sendo de um ciclo teórico, pode-se
verificar os parâmetros que influenciam o desempenho do sistema. A capacidade de
retirar calor sobre a potência consumida pelo compressor deve ser a maior possível.
O C.O.P total de um ciclo frigorífico pode ser representado por equação:
Define-se COP com a seguinte relação:
Onde:
Q1 = Calor retirado pelo evaporador em W.
Wc = Trabalho realizado pelo compressor em W.
Portanto:
Objetivo
Nesse trabalho será analisada a utilização de um motor elétrico com
rolamentos magnéticos em um chiller com compressor centrifugo do tipo semi-
hermético de simples estágio operando no ciclo de compressão de vapor.

67. 67
Figura 59 - Compressor Centrífugo
Fonte 59 - http://technotarh.net/wp-content/uploads/Roots_API617_OvrhngImpllr_cmprssr_660x450.jpg
Compressores centrífugos, figura 4 são usados para resfriar a água que
circula em trocadores de calor em grandes sistemas de refrigeração e climatização,
os compressores centrífugos incluem uma família de máquinas de compressão
dinâmica. Essas unidades aceleram um meio refrigerante em alta velocidade através
de uma ou mais pás, convertendo a energia cinética em pressão estática.
Os compressores centrífugos tradicionais são baseados em motores de baixa
velocidade, engrenagens mecânicas e operam com rolamentos hidrodinâmicos que
exigem uma combinação de bombas, filtros e equipamento de monitoramento. Os
projetos mais recentes utilizam uma combinação de refrigerante e óleo, ou apenas o
próprio refrigerante, para lubrificar os rolamentos. A eliminação de óleo como
lubrificante reduz a complexidade do sistema e o custo, aumentando a eficiência e a
confiabilidade do compressor.
O equipamento objeto deste estudo possui um compressor centrifugo onde é
utilizado um motor de imãs permanentes, operando a uma eficiência próxima de

68. 68
97%, girando um rotor "flutuante" sobre rolamentos magnéticos, que giram o
impulsor do compressor a velocidades aproximadas de 30 mil RPM com um sistema
de controle de velocidade variável (VSD).
5.2.4. Motor de rolamentos magnéticos.
Usualmente nos motores elétricos comuns os rotores são mantidos em suas
posições por meio de mancais de rolamentos mecânicos, porém com a evolução
tecnológica, hoje é possível manter o rotor em sua posição utilizando forças
eletromagnéticas.
Um rolamento magnético é um dispositivo eletromagnético utilizado para
manter a posição relativa de um conjunto girante (rotor) a um componente
estacionário (estator), inibindo o seu deslocamento em qualquer direção através de
levitação magnética sem contato e sem atrito.
Figura 60 – Motor Mancal
Fonte 60 - http://www.ina.de/content.ina.de/en/mediathek/videostore/video-details.jsp?id=68308353

69. 69
O motor de rolamento magnético também chamado de motor-mancal é um
dispositivo eletromecânico que tem como finalidade o posicionamento radial e axial
do rotor e sua rotação, combinando as funções de motor e mancal magnético.
A utilização desta tecnologia permite a eliminação de muitos componentes de
uma máquina, com isto podemos obter uma máquina limpa, confiável e mais
eficiente.
5.2.5. Rolamento magnético ativo
Os rolamentos magnéticos ativos (AMB) ou mancais magnéticos têm sido
utilizados em uma grande variedade de áreas da indústria por mais de uma década,
com benefícios que incluem apoio ao rotor sem contato, sem lubrificação e sem
atrito.
Nos rolamentos magnéticos ativos um equilíbrio estável é conseguido por
meio de um ou mais circuitos de controle, a utilização deste circuito de controle é
destinado a manter a distância entre o eixo e os apoios magnéticos ativos (AMB).
Os rolamentos convencionais mecânicos, do tipo que fisicamente interagem
com o eixo e requerem alguma forma de lubrificação, podem ser substituídos por
uma tecnologia de rolamentos magnéticos, que suspende um rotor em um campo
magnético, o que elimina as perdas por atrito, a necessidade de lubrificante e o uso
de uma série de componentes.
Prós e contras do uso de rolamento magnéticos em motores
Prós:
 Nenhum contato físico entre componentes rotativos e estacionários, nenhum
atrito e desgaste a partir de elementos de suporte do rotor.
 Dispensam o uso de sistemas de lubrificação, tornando-os praticamente livre
de manutenção, reduzindo os custos operacionais.
 Pode ser utilizado em condições ambientais severas, incluindo altas ou baixas
temperaturas, gravidade zero, ambientes corrosivos ou locais de difícil
acesso.

70. 70
 Baixas perdas de energia, conduzindo ao aumento da eficiência e também da
vida útil do motor (menor aquecimento).
 Pode operar em altas velocidades de rotação.
 Monitoramento on-line da dinâmica e da saúde do rolamento, o
armazenamento destes dados estão integrados ao sistema eletrônico de
controle.
 Compensação de desbalanceamento.
 Excelente precisão e alta rigidez estática, proporcionando controle preciso do
centro do eixo, operando dentro da carga nominal do motor.
Contras
Alto custo de aquisição.
Tecnologia sofisticada de alta complexidade exigindo mão de obra muito
qualificada.
Tecnologia em rápido desenvolvimento.
Existem dois tipos de tecnologias de rolamentos magnéticos em uso hoje:
 Rolamentos Passivos
 Rolamentos Ativos
Rolamentos magnéticos passivos
São semelhantes aos mancais mecânicos em que nenhum controle ativo é
necessário para operação, a levitação magnética é obtida por forças atrativas ou
repulsivas gerada através da utilização de imãs permanentes.
Fonte 61 - http://cdn1.bigcommerce.com
Figura 61 – Rolamento Passivo

71. 71
Fonte 62 http://m.schaeffler.com
5.2.6. Rolamentos magnéticos ativos (A.M.B)
Nestes sistemas ativos, sensores
de posição, sem nenhum contato direto,
continuamente monitoram a posição do
eixo e enviam esta informação para um
sistema de controle. O deslocamento
do rotor ao longo de um dos eixos (X, Y
ou Z) é detectado pelos sensores de
posição e convertidos em sinais de
tensão padrão.
Em seguida é realizada a
comparação com o valor de ajuste, então o sinal de erro entra no controlador. Após
a conversão Analógica / Digital, o controlador processa este sinal digital de acordo
com uma determinada regra de ajuste (controle aritmético) e gera um sinal de ajuste
de corrente. Depois de conversão Digital / Analógica, este sinal de corrente entra no
amplificador de potência, cuja função é manter o valor atual no enrolamento do
eletroímã no nível atual definido pelo controlador. Portanto, se o rotor deixa a sua
posição central, o sistema de controle vai alterar a corrente do eletroímã, de modo a
alterar a sua força de atração atuando em modo diferencial para as duas bobinas
diretamente opostas e, respectivamente, colocando o rotor de volta na sua posição
de equilíbrio, este ciclo repete-se cerca de 15.000 vezes por segundo.
A operação do mancal para centralização do rotor é realizada pela atuação de
forças eletromagnéticas produzidas nos pares de bobinas situados na direção X
(esquerda e direita) e na direção Y (abaixo e acima).
Um exemplo:
Na direção Y, um aumento do comprimento do entreferro na parte superior é
acompanhado de proporcional diminuição na parte inferior. Neste caso, para que o
rotor volte à posição inicial, a corrente elétrica na bobina superior é aumentada na
mesma proporção que se diminui a corrente na bobina inferior, de modo que a força
Figura 62 – Rolamento Magnético Ativo

72. 72
Figura 64 – Graus de Liberdade do Rotor
Fonte 64 - http://www.magneticbearings.org
magnética radial aumente na direção do maior entreferro, conduzindo o rotor à
centralização.
Aplicação de Forças Para Centralização do Rotor
Controle de movimento e graus de liberdade
As estruturas de
sustentação do eixo do motor
mancal são construídas de acordo
com o número de graus de
liberdade do rotor que são passíveis
de serem controlados. Para a
levitação do eixo é necessário o
controle de cinco graus de
liberdade.
Os graus de liberdade de um
rotor são as variáveis necessárias
para determinar a sua posição exata
em relação ao mancal magnético,
teremos assim um sistema de três coordenadas perpendiculares (coordenadas
cartesianas ou retangulares), que se costumam designar pelas letras x, y e z.
Fonte 63 – Próprio Autor
Figura 63 - Centralização do rotor

73. 73
Para o controle de levitação do rotor de um motor-mancal deve existir um
controle axial (eixo z), e quatro radiais (eixo x e y), conforme ilustrado na figura 9.
Componentes de um sistema de rolamento magnético ativo
Os componentes básicos são:
1. Rolamento magnético radial
2. Rolamento magnético axial
3. Controlador - Geralmente um processador digital.
4. UPS (Fonte de Alimentação Ininterrupta)
5. Atuador - Constituído de circuitos amplificadores de potência.
6. Sensores – Indicadores de posição, corrente e velocidade.
7. Eletroímãs - Bobinas e núcleos ferromagnéticos.
8. Mancal auxiliar - Mancal mecânico de proteção
Figura 65 - Sistema A.M.B
Fonte 65 -http://www.synchrony.com/knowledge/how-magnetic-bearings-work.php

74. 74
Figura 66 – CHILLER YORK MODELO YMC²
Fonte 66 - http://www.newyorkchillerssupply.com/detalles-producto-york.php?modelo=YMC2
5.2.7. Motor do chiller york modelo YMC²
O compressor é acionado por um motor CA de imã permanentemente de alta
velocidade, hermético com mancais magnéticos. O impulsor é montado diretamente
no eixo em comum com o rotor do motor, eliminando o conjunto de transmissão do
impulsor.
O rotor esta apoiado entre dois pontos, por um conjunto de rolamentos
magnéticos, o primeiro ponto fica atrás do impulsor o outro na extremidade oposta
ao impulsor. Cada um dos dois conjuntos de rolamentos magnéticos inclui os
seguintes componentes:
Rolamento de aterrissagem–Um par de rolamentos de esferas de contato angular foi
montado com uma pequena folga entre o eixo e o seu diâmetro interno, sua função é
evitar o toque do rotor quando em rotação caso os rolamentos magnéticos venham a
falhar e também para apoiar o eixo quando o motor estiver parado.
Dois rolamentos Axiais - O rolamento magnético axial aplica força atrativa a um
ressalto no eixo do rotor.

75. 75
Figura 67 – Rolamentos Radiais Quatro rolamentos radiais – Os
rolamentos radiais magnéticos estão
montados em pares com ímans orientados
diretamente ao centro de eixo um do outro.
Existem dois pares de cada rolamento
orientado em eixos ortogonais. Os eixos
ortogonais estão inclinados em 45 graus a
partir da horizontal e vertical, de modo que
a ação da gravidade é combatida pela
atração conjunta dos ímãs superiores e
mambos os eixos.
Sensores de posição radial – O conjunto de rolamento inclui um par de sensores
de posição radial em dois eixos ortogonais em alinhamento com os eixos de
rolamentos magnéticos. Estes são sensores de bobinas indutivas.
Sensor de posição axial – O conjunto de rolamento inclui um sensor de posição,
uma bobina indutiva axial.
Figura 68 - Motor YMC2
Fonte 68 - http://cgproducts.johnsoncontrols.com/YorkDoc/160.84-EG1.pdf
Fonte 67 -
http://cgproducts.johnsoncontrols.com/YorkDo
c/160.84-EG1.pdf

76. 76
Figura 69 - Controlador M.B.C
5.2.8. Descrição do controlador do rolamento
magnético
HARDWARE
A MBC é um
composto por duas placas
de circuito, alojadas dentro
de um compartimento na
parte lateral da carcaça do
motor elétrico, montadas
sobre uma placa
dissipadora de calor, a
refrigeração destes
circuitos é realizada por
condução.
Nestas duas placas uma de energia e a outra de controle, estão o hardware e
software para operar os mancais magnéticos. A placa de energiarequer uma
alimentação de 150 Vcc±10%.
A placa de energia fornece 5Vcc para o funcionamentoda placa de controle.
Fonte 69 - http://cgproducts.johnsoncontrols.com/YorkDoc/160.84-
EG1.pdf
Fonte 70 – http://cgproducts.johnsoncontrols.com/YorkDoc/160.84-
EG1.pdf
Figura 70 - Placa de Energia

77. 77
Figura 71 - Placa de controle
Fonte 71 - http://cgproducts.johnsoncontrols.com/YorkDoc/160.84-EG1.pdf

78. 78
Figura 72 - U.P.S
O controlador do rolamento magnético (MBC) realiza as seguintes funções:
1 - Monitora e mantémposição do eixo.
2 - Monitora a temperatura dos rolamentos.
3 - Recebe um sinalindicandoa velocidade de rotaçãodo motor através do módulo
VSD (variable speed drive) ou variador de velocidade.
4 – Se comunica com o painel Optiview, o (IHM) “interface homem máquina”.
Fonte de energia do MBC
O controlador do rolamento magnético é
alimentado por tensão de 160 VCC que vem de
uma fonte de alimentação dedicada. Esta fonte
é alimentada a partir do barramento de carga
crítica que vem do painel de entrada de energia
do chiller, esta é uma fonte de alimentação
ininterrupta possuindo um sistema de baterias
(U.P. S) “uninterruptible power supply”
como reserva caso a alimentação principal seja
desligada, a precisão da tensão na saída está
ajustada para ± 1%, a saída desta fonte de
alimentação passa através de um filtro de rede
para normalizar a qualidade de energia para o
controlador (MBC).
O M.B.C continua em ativadesempre que uma tensão acima de 115 VCA
esteja disponível na linha, alimentando o banco de baterias (UPS) e também os
transformadores do variador de velocidades (VSD) ou quando o banco de bateria
(UPS) está conectado e a UPS está habilitado. O banco de baterias (UPS) é ativado
quando existe tensão na linha e se mantém ligado por um período de tempo após a
rotação do rotor cessar, para evitar acidentes foi instalado uma chave de
desconexão no painel do (U.P.S) para desligar ambas as fontes de alimetação do
MBC caso alguma intervenção seja necessária.
Desconexão
Fonte 72 -
http://cgproducts.johnsoncontrols.com/Yor
kDoc/160.84-EG1.pdf

79. 79
Figura 73 - Diagrama do controlador
Fonte 74 -
http://cgproducts.johnsoncontrols.com/
YorkDoc/160.84-EG1.pdf
Figura 74 – Sensores Indutivos
FORMA DE CONTROLEDOROLAMENTO MAGNÉTICO
O controlador dos
rolamentos magnéticos (MBC)
determinaa posição do eixo por
comparação processando o
sinal de saída do sensor
deposição para uma entrada de
tensãode referência.
A corrente para os
eletroímãs dos rolamentos é
então modulada em proporção
para mover o eixo e manter o sinal do sensor de posição igual à referência.
Os sensores de posição de rolamento,
quando alimentado e com os sinais processados
eletronicamente, produzem uma tensão de saída
proporcional à sua distância do alvo. Para
sensores radiais, o alvo é o eixo. Para sensores
axiais, o alvo é um anel de aço magnetizado
preso ao eixo entre dois anéis de alumínio, os
sensores radiais estão montados em pares
oposto um ao outro em cada um dos eixos
ortogonais, os sensores axiais também em par
estão montados ao lado de cada anel alvo. A
tensão de saída do par de sensores de cada local é processada sendo igual a 0
volts quando o eixo ou anel alvo está centrado entre os sensores, este valor
aumenta positiva ou negativamente, a medida que o eixo ou o anel alvo se move em
qualquer direção saindo da meta.
Limites dos rolamentos magnéticos
ROLAMENTO BOBINAS
QUANT.
MAX CORRENTE
BOBINAS
ESPAÇO LIVRE
NOMINAL
POSIÇÃO FALHA
Radial 8 4Amp 150 µm 100 µm
Axial 2 16Amp 200 µm 100 µm
Fonte 73 -
http://cgproducts.johnsoncontrols.com/YorkDoc/160.84-
EG1.pdf

80. 80
CONTROLE E COMPENSAÇÃO DE DESBALANCEAMENTO
O MBC tem duas características
relacionadas com a vibração de rotação 1x (uma
vez a velocidade de rotação). Estes são chamados
de Redutor de Vibração Ativo (AVR) e um Sistema
de Balanceamento Automático (ABS), algum grau
de desbalanceamento é inevitável emqualquer
máquina rotativa.
Este desbalanceamento apresenta-se como
uma vibração em uma determinada velocidade de
rotação. Rolamentos mecânicos impõe resistência
ao deslocamentodo eixo mantedo-o centrado em
seu alojamento, desta forma eles contem a forçado eixo causada pelo
desbalanceamento.
O sistema de rolamento magnético deste motor manipula a sua reação a este
desbalanceamento, conforme necessário para suavizar a operação. O AVR opera na
faixa de frequência natural do sistema e desloca a fase para reagir a esta vibração,
um deslocamento de 90 graus na fase do rolamento radial pode controlar a rotação
em 1x à medida que o rotor passa pelo do ponto de menor rigidez.
O sistema de redução de vibração ativa (AVR) entra em operação quando
a rotação é iniciada e um sinal de velocidade do variador de velocidade (VSD) indica
ao controlador do rolamento magnético (MBC) que a velocidade esta acima de 70
HZ. Porém a tecnologia (AVR) é eficaz somente acima de 80 Hz e com a frequência
de (ABS) sistema automático de balanceamento estando também acima de 225
Hz, a tecnologia do ABS é eficaz acima de 225 Hz na direção axial e de 255 Hz na
direção radial.
O Sistema Automático de Balanceamento permite que o rotor gire livre de
vibrações apenas na rotação (1x), ou seja, velocidade de rotação, filtrando esta
frequência no controlador (MBC), este controle evita que o desbalanceamento gere
forças de impactos e estas sejam transmitidas aos componentes do sistema
(hardware), também reduz as correntes elétricas necessárias para manter o rotor
estabilizado em sua órbita natural devido à menor desequilíbrio.
Figura 75 - MBC
Fonte 75 -
http://cgproducts.johnsoncontrols.com/
YorkDoc/160.84-EG1.pdf

81. 81
Centro de Controle OptiView
O centro de controledo chiller
conhecido como OptiView™é um
painel microprocessado com tela
de LCD e teclado, onde toda a
interface entre homem e máquina
ocorre, todas as informações estão
disponíveis em várias telas com a
representação gráfica de cada
conjunto do equipamento que se
deseja monitorar. Comandos como
iniciar e parar, configuração dos
parâmetros de funcionamento, o
monitoramento das condições de
operação e demais controles do
equipamento e processo são realizados aqui.
O centro de controlemonitora continuamente a operação de todo o sistema.
Figura 77 – Tela 1 do controlador do rolamento magnético
Fonte 77 - http://cgproducts.johnsoncontrols.com/YorkDoc/160.84-EG1.pdf
Fonte 76 -
http://cgproducts.johnsoncontrols.com/YorkDoc/160.84-
Figura 76 – Painel de Controle

82. 82
A tela do controlador do rolamento magnético (MBC) exibe todas as
informações referentes a este sistema, muitos parâmetros são mostrados no
diagrama nos locais que realmente representam.
Alguns dos Parâmetros monitorados:
 PositionV13 – Distância entre o eixo e o rolamento (V3) radial dianteiro inferior.
 PositionW13- Distância entre o eixo e o rolamento (W3) radial dianteiro inferior.
 Current W1 - Corrente de magnetização do rolamento (W1) radial dianteiro
superior.
 CurrentW3 - Corrente de magnetização do rolamento (W3) radial dianteiro
inferior.
 CurrentV1 - Corrente de magnetização do rolamento (V1) radial dianteiro
superior.
 CurrentV3 - Corrente de magnetização do rolamento (V3) radial dianteiro inferior.
 CurrentZ1 - Corrente de magnetização do rolamento (Z1) axial dianteiro.
 PositionZ12 - Distância entre o eixo e o rolamento (Z1) axial dianteiro.
 PositionV24 - Distância entre o eixo e o rolamento (V4) radial traseiro inferior.
 PositionW24 - Distância entre o eixo e o rolamento (W4) radial traseiro inferior.
 CurrentW2 - Corrente de magnetização do rolamento (W2) radial traseiro
superior.
 CurrentW4 - Corrente de magnetização do rolamento (W3) radial traseiro inferior.
Fonte 78 - http://cgproducts.johnsoncontrols.com/YorkDoc/160.84-EG1.pdf
Figura 78 – Grau de Liberdade

83. 83
Figura 79 - Tela 2 do controlador do rolamento magnético
 CurrentV2 - Corrente de magnetização do rolamento (V2) radial traseiro superior.
 CurrentV4 - Corrente de magnetização do rolamento (V4) radial traseiro inferior.
 CurrentZ2 - Corrente de magnetização do rolamento (Z2) axial traseiro.
 Rotor Elongation - Indicaadilatação térmicado eixo do motor, sendo
determinado pela diferençadefase entre os sensores dos rolamentos axiais.
 Motor Housing Temperature - Indicaa temperatura da carcaçado motor medida
a partir de umtermistorinseridonacaixa do motor.
Fonte 79 - http://cgproducts.johnsoncontrols.com/YorkDoc/160.84-EG1.pdf

84. 84
Outros parâmetros adicionais podem ser visualizados na segunda tela, sendo:
 Temperature Z1 - Mostra a temperatura medida naextremidade dianteira do
conjunto de rolamentos
 Unbalance A13eB13 – Magnitude de movimento em 1x a rotação em cada
um dosdois vetoresnos rolamentos dianteiros.
 Unbalance A24e B24 - Magnitudede movimento em 1x a rotaçãoem cada um
dosdois vetoresnos rolamentos traseiros.
 Temperature Z2 - Mostra a temperatura medida na extremidade traseira do
conjunto de rolamentos
 Z12 - Exibe a amplitude de frequências específicas, vibração esta medida no
rolamento axial pelos sensores de posição.
 Vibration AZ e BZ – Nívelde vibração nos rolamentos dianteiros e traseiros
do motor.
 Active Parameter Set - Parâmetro de fabrica baseado no tipo e modelo do
chiller, o valor exibido é um número de código que informa ao MBC a
rigidezdo rolamento quedeverá ser utilizada.
 MBC Amplifier Temp - Exibe a temperatura do rolamento através do circuito
amplificador de corrente no MBC (Controlador do Rolamento Magnético).
 Motor Speed – Indica a velocidade de rotação do motor.
 Power Fail Landing Counter – Contador de falhas por falta de energia.
SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO E CONTROLE DE TEMPERATURA
O painel de controle monitora a temperatura da carcaça do motor e
rolamentos através de termistores localizados dentro do painel do controlador do
rolamento magnético (MBC).
O controle de temperatura do motor e dos rolamentos é realizado através do
fluxo do gás refrigerante (R134A) em resposta a estas medições de temperatura.

85. 85
Fonte 80 – Adaptado de http://cgproducts.johnsoncontrols.com/YorkDoc/160.84-EG1.pdf
O estator deste motor é resfriado com o mesmo gás utilizado no circuito de
refrigeração do chiller, este gás circula entre o lado externo estator e o interior da
carçaca do motor.
Uma parte do gás refrigerante que sai pela linha de líquido do condensador é
conduzido através de um canal, impulsionado pela pressão do condensador, o gás
refrigerante sobe pelo lado de baixo do motor e passa pelo estator através de um
circuito de refrigeração onde o fluxo é controlado por uma a válvula de expansão
eletrônica.
A Válvula de Expansão Eletrônica (EEV) é controlado dapelo painel OptiView
para manter a temperatura do invólucro do motor acima do ponto de orvalho previsto
ou medido, o gás refrigerante sai da válvula em duas direções, uma para cada
rolamento.
No circuito de refrigeração paraos rolamentos na parte frontal inferior (lado
impulsor) existe um orifício instalado para equilibrar os fluxos necessários nos
rolamentos.
Na extremidade oposta ao rolamento existe uma área rebaixada onde uma
grande linha de retorno envia o gás regrigerante para a parte superior do evaporador
isto cria a diferença de pressão que conduz os fluxos de refrigeração.
Figura 80 – Caixa do motor

86. 86
O gás de refrigeração que circula pelo motor em nenhum momento se mistura
com o gás que impulsor movimenta, para isto são utilizados anéis de vedação.
Tela demonitoramento de temperatura
Nesta tela pode ser visualizada a temperatura do enrolamento do motor e
também a temperatura da carcaça do motor, nos enrolamentos as temperaturas de
cada fase A, B ou C pode ser monitorada individualmente.
 Estimated Rotor Temperature- Apresenta a temperatura estimada do rotor
que é calculada através de parâmetros físicos como a dilatação térmica do
rotor e a temperatura da carcaça do motor.
 Motor Housing Temperature - Indica a temperatura da carcaça do motor
detectado por um termistor instalado externamente na carcaça.
 Motor Housing Temperature Setpoint – Temperatura de trabalho ideal do
motor.
 Motor Cooling Valve Command – Indica a porcentagem de abertura da
válvula de espansão que controla o fluxo do refrigerante para arrefecer o
motor, sendo 0% (fechado) e 100% (totalmente aberta).
Fonte 81 - http://cgproducts.johnsoncontrols.com/YorkDoc/160.84-EG1.pdf
Figura 81 – Controle de Temperatura

87. 87
Figura 84 - Coletor do motor CC Figura 85 - Escovas do motor CC
Fonte 43 - Próprio Autor Fonte 85 - Próprio Autor
6. PRÁTICA
Para a realização da prática do trabalho de conclusão de curso, foram
iniciadas pesquisas para a montagem do motor de Jacobi. Porem, a dificuldade de
montagem do motor foi grande devido à falta de informações sobre o mesmo.
Conseguimos o contato de um italiano chamado Carlo De Rubeis que montava
replicas semelhantes aos motores da época. Carlos não se negou a oferecer dados
e especificações sobre o motor de Jacobi e foi atencioso durante todo tempo,
indicando um livro que estava em francês. A dificuldade foi encontrada na fabricação
das peças e no tamanho do motor.
Então novas pesquisas foram feitas e decidimos realizar a montagem de um
motor de corrente continua, no qual o mesmo era de montagem artesanal e
abordava o conceito do grupo que era de montar um motor a nível didático.
Abaixo fotos dos processos de fabricação do motor de corrente continua
Figura 82 - Eixo do motor CC Figura 83 - Enrolamento do motor CC
Fonte 82 - Próprio Autor Fonte 83 - Próprio Autor

88. 88
Figura 88 - Base para montar o motor CA
Foi realizada também a montagem de um motor de corrente alternada
monofásico, também de maneira didática para mostrar o principio de funcionamento
de um motor desse tipo.
Segue abaixo fotos relacionadas ao motor de corrente alternada.
Fonte 86 - Próprio Autor
Fonte 87 - Próprio Autor Fonte 44 - Próprio Autor
Figura 86 - Fonte Retificadora de CA para CC montado junto ao
motor
Figura 87 - Bobinas do motor CA

89. 89
Fonte 89 - Próprio Autor
Fonte 90 - Próprio Autor
Figura 89 - Comando elétrico para acionamento do motor CA
Figura 90 - Motor monofásico de corrente alternada

90. 90
7. CONCLUSÕES
Conforme descrito no Capitulo 1, os objetivos deste trabalho são apresentar
os princípios básicos de funcionamento dos motores elétricos, a história de sua
invenção, sua evolução, o uso do motor elétrico no nosso dia a dia e a utilização de
um motor com maior tecnologia em uma aplicação industrial.
Estes objetivos foram alcançados e superados, tendo em vista que a pesquisa
sobre a invenção do motor elétrico nos levou ao inicio da evolução tecnológica da
humanidade e passamos a conhecer também outras grandes invenções que foram
utilizadas para gerar movimento e trabalho na ausência do motor elétrico, se valendo
apenas das forças da natureza, de dispositivos simples e muita criatividade o
progresso acontecia.
Nossa pesquisa também permitiu conhecer as grandes personalidades que
deram vida ao motor elétrico, e aos fatos que os conduziram a tantas descobertas e
invenções, e hoje vemos como os trabalhos destes grandes homens conduziram a
uma mudança e para melhor, no modo de viver de toda uma raça.
Em nosso trabalho destacamos os nomes de Alessandro Volta, Oersted,
Faraday, Sturgeon, Jacobi, Galileu Ferraris, Tesla e Siemens, porém não podemos
jamais esquecer que diversos pesquisadores trabalharam separadamente em busca
de um objetivo comum, que era a criação de algum dispositivo que, alimentado por
energia elétrica, pudesse gerar energia mecânica, entendemos que não há um
consenso sobre quem foi o inventor desta máquina, porém em nosso trabalho
elegemos Moritz Hermann von Jacobi, pois seu motor construído em 1834 foi o
primeiro a realizar um trabalho útil.
Hoje 181 anos após a invenção do motor de Jacobi, entendemos que o
mecanismo de funcionamento dos motores é baseado na interação de campo
magnético com as correntes elétricas, descoberta de Oersted, sendo os primeiros
motores somente em corrente contínua de Thomas Edison, que até então era a
predominante, perderam lugar para a corrente alternada de Nikola Tesla que se
firmou como sistema de fornecimento de energia predominante em todo o mundo.

91. 91
Atualmente temos famílias de motores elétricos que atendem nossas
necessidades em todas as áreas, industrial, residencial, automotiva, naval,
aeroespacial, hospitalar, comunicações, ou seja, para conforto, saúde, lazer ou outra
necessidade especifica existe um motor elétrico, e de tantos e tão próximos, e muito
acostumados a ele muitas vezes não o notamos.
Apresentamos também um motor que dispensa o uso de rolamentos
mecânicos, onde um campo magnético mantem o rotor em sua posição original,
permite altíssimas rotações e possibilita maior durabilidade do motor, pois não existe
contato entre partes girantes, logo não existe atrito e nem desgaste, possibilitando
maior eficiência energética, com menores custos de manutenção e maior
disponibilidade do equipamento.
Finalizamos nossas pesquisas no motor com rolamentos magnéticos ativos,
más a tecnologia não para e como uma descoberta leva a outra, acreditamos que
num curto espaço de tempo máquinas em miniatura estarão sendo utilizadas em
larga escala, sabemos que já existem nano motores e que estes são o futuro, e
estão sendo desenvolvidos inclusive para fins medicinais, sendo assim teremos
milhões de motores também dentro de nossos organismos, fazendo a manutenção
de nossos corpos, fica assim uma dica para a continuação deste trabalho.
Por fim podemos comprovar na prática muito do que foi apresentado em
nosso curso de eletrotécnica com a construção de dois motores elétricos um em
corrente continua e outro em corrente alternada que funcionaram como esperado
mostrando na prática que a teoria tem fundamento.

92. 92
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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