Serie Triboelétrica

A série triboelétrica é, resumidamente, uma tabela que organiza os materiais de acordo com o sinal da carga que têm tendência a adquirir ao serem atritados.

Figura1: Descrição do processo de eletrização por atrito.

Fonte: https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/index.php/AULA_1_-_Eletricidade_B%C3%A1sica_-_T%C3%A9cnico.

Objetos podem ser eletrizados de três formas diferentes. São elas: por atrito, por condução (ou por contato), e por indução. A série triboelétrica, como dito no parágrafo anterior, se refere à eletrização por atrito, que consistem apenas em friccionar um objeto com outro para que um “roube” elétrons do outro, fazendo com que um obtenha carga negativa e o outro fique carregado positivamente.

Figura : Série Triboelétrica.

Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAKwIAB/eletrostatica.

Como mostra a figura acima, os materiais são organizados de forma que os que possuem mais capacidade de adquirir carga positiva (perder elétrons) tomam a parte de cima, os que têm facilidade de adquir carga negativa (ganhar elétrons) ficam na porção de baixo e os que têm tendência a continuar neutros ocupam o centro da tabela.

Referencia:

Disponivel em: < https://www.infoescola.com/eletrostatica/serie-triboeletrica/> Acessado em 6 de novembro de 2017.

Disponivel em: <https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/index.php/AULA_1_-_Eletricidade_B%C3%A1sica_-_T%C3%A9cnico> Acessado em 6 de novembro de 2017.

Disponivel em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAKwIAB/eletrostatica> Acessado em 6 de novembro de 2017.

Victor Carvalho da Rocha

Estudante de Engenharia Eletrica

Centro Universitário SENAI CIMATEC

Vídeo da montagem do projeto

Acima, podemos acompanhar o processo de montagem do Gerador de Van de Graaf.

Postagem por: Matheus Moura 

Montagem e Finalização do Projeto

Após a escolha e compra dos materiais a serem utilizados, a montagem do projeto foi iniciada e algumas dificuldades foram encontradas. 

A primeira dificuldade foi com o encaixe das duas partes da esfera que foi solucionado com tiras de aço presas com rebites em uma das partes das esferas para fazer o encaixe. 

A segunda dificuldade foi em relação ao como seria possível manusear o rolete inferior, já que estaria dentro do tubo, que foi solucionado com uma espécie de janela feita na parte debaixo do tubo que possibilitou e facilitou a montagem da parte inferior. 

A terceira dificuldade foi em relação a fixação do tubo no suporte de madeira, que foi solucionada com cantoneiras na parte interna do tubo, já que na parte externa poderia haver fuga de elétrons. 

A quarta dificuldade encontrada foi a fuga da correia dos roletes que foi resolvido fazendo os roletes com formato de barril, tendo seu meio mais alto que os cantos, para que a correia ficasse no centro dos roletes. 

Com as dificuldades e problemas resolvidos durante a montagem, o projeto chegou ao final da parte prática, apesar de ainda apresentar alguns problemas.

Imagem 1: Usinagem do tubo

Fonte: Própria equipe

Imagem 2: Confecção da correia

Fonte: Própria equipe

Imagem 3: Usinagem da esfera

Fonte: Própria equipe

Victor Hugo Pedreira da Silva
Estudante de engenharia mecânica
Centro Universitário Senai Cimetac

Compra dos materiais

Iniciada a época de compra dos materiais, apesar de que alguns materiais foram conseguidos gratuitamente.

- Motor

- Esfera metálica

- Tubo de pvc (2m de altura e 300mm de diâmetro)

- Suporte de madeira

- Cantoneiras

- Pregos, parafusos, porcas e arruelas

- Folha de EVA (Espuma vinílica acetilada)

- Fita veda-rosca (teflon)

- Lã

- Polias e correia

- Dimmer

- Fio maleável

- Tubo de pvc e cap (50mm)

- Eixo de alumínio

- Rolamentos

Imagem 1: Alguns materiais

Fonte: Própria equipe

Victor Hugo Pedreira da Silva

Estudante de engenharia mecânica

Centro Universitário Senai Cimetac

Motor elétrico do Gerador de Van De Graaff

Motor Elétrico

Considerando que o motor é a parte mais importante do Gerador de Van der Graaff, ele auxilia na conversão da parte elétrica em mecânica, a entrada de corrente elétrica que faz com que haja o movimento dos elétrons, e o torque gerado pelo motor que através da correia e roletes se movimentam e fazem com que o Gerador funcione da maneira adequada.

O motor utilizado pela equipe se trata de um motor monofásico que tem o peso aproximado de 8,8 Kg, funcionando com partida direta e possui potência de 0,25Hp e com 1750 rotações por minutos, além de sua corrente nominal variar entre 6.75(110V) ou 2.90(220V), pois corrente e tensão são inversamente proporcionais para manter a potência do motor. A depender do modo de ligação utilizada no motor, ele irá funcionar em 220V ou em 110V. Como mostrado abaixo:

O motor terá o auxílio do Dimmer para controlar a velocidade de rotação que irá imprimir ao sistema, essa dupla será a chave para o sucesso elétrico do gerador que será construído por nossa equipe.

Jefferson Sales

Estudante de Engenharia Elétrica

o

Centro Universitário SENAI CIMATEC 

Desenho em 3D do Gerador

Após algumas discussões e estudos sobre os princípios do Gerador de Van de Graaff, a equipe de Engenharia Mecânica se reuniu para a elaboração de um modelo CAD 3D, com o auxilio do programa SolidWorks. Uma das especificações do projeto foi que a sua altura teria que ter 1,70 metros. Com base nisso, foi elaborado o desenho em 3D do gerador

Imagem 1: Modelo CAD 3D do gerador

Fonte: Própria equipe

Na Imagem 1 é possível visualizar o modelo projeto. O protótipo é construído sob uma plataforma de madeira, onde irá acomodar o motor e toda a estrutura do gerador. O corpo central do gerador será construído em tubo de PVC, o qual servirá de suporte para o rolete superior e para a esfera de alumínio. A estrutura interna do gerador pode ser observada na Imagem 2 abaixo, a qual representa o protótipo com o tubo central oculto:

Imagem 2: Vista do gerador com o corpo central oculto

Fonte: Própria equipe

O rolete e eixo inferior serão fixos por meio de interferência. Deste modo, haverá um mancal na parede externa do tubo central em que irá acomodar um rolamento, permitindo que o eixo rotacione livremente. Já no sistema superior, haverá um mancal no rolete, onde passará o eixo e este será fixo nas paredes do tubo central por meio de parafusos, permitindo que apenas o rolete rotacione livremente.

Para a transmissão da rotação do motor para a correia central será utilizado uma transmissão por correia, com redução de 2 para 1. Desta maneira, poderemos obter uma maior velocidade na rotação da correia central, alcançando tensões maiores.

Vídeo 1: Funcionamento das polias

Fonte: Própria equipe

Feito isso, partiremos para a compra dos materiais necessários e iremos dar início à confecção do gerador.

Leo Guedes Blanco

Estudante de Engenharia Mecânica

Centro Universitário SENAI CIMATEC

Controle de velocidade do motor

Alguns processos industriais tem necessidade de operar com uma velocidade variável na rotação, sendo assim identificar o sistema de controle de velocidade do motor é um dos objetivos propostos para realização deste projeto, e portanto, manter o torque da máquina, mesmo quando se varia essa velocidade. Para tal efeito, houve uma pesquisa a respeito da melhor maneira de se fazer tal controle.

Sabemos que o motor para a realização do experimento é monofásico e de corrente contínua, e portanto, se acredita que o uso de um "dimmer" será uma solução para o tópico em questão.

Imagem 1: Exemplo de um dimmer

Fonte: https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-749601961-controlador-de-velocidade-de-motor-220v-110v-dimmer-pwm-_JM

Os "dimmers" são dispositivos utilizados para se variar a intensidade de corrente elétrica, eles representam um controlador de potência. No experimento o dimmer irá auxiliar no movimento rotacional dos eixos que estarão associados a uma correia.

O princípio de funcionamento do "dimmer" segue basicamente a Lei de Ohm, pois usa um potenciômetro, que é um resistor ajustável constituído por um material que não conduz a corrente elétrica com facilidade e eles conseguem determinar a quantidade de resistência à passagem de carga elétrica. A energia da rede 110V ou 220V entra no dispositivo, e através de um potenciômetro varia a tensão em sua saída e essa tensão pode ser utilizada para alimentar o sistema. 

No projeto, o "dimmer" utilizado foi um modelo convencional de controle (Imagem 2), que fará o controle de velocidade por uma adição na resistência da armadura do motor, onde verifica-se que variando a resistência da armadura também é possível se obter variação na velocidade de rotação do motor.  

Imagem 2: Modelo  utilizado no projeto

Fonte: http://www.multicraft.com.br/dimmer-controle-externo-80487/

Referência: 

PAIXÃO, Jacqueline Pinho. Controle de velocidade de motores elétricos. 2009. 62 p. Monografia (Especialização em Automação Industrial) - Programa de PósGraduação em Automação industrial, UTFPR, Curitiba. 

Valter Roberto de Moura Neto

Estudante de Engenharia Mecânica | SENAI CIMATEC

Teoria elétrica

A eletricidade moderna onde se estuda os elétrons em seus movimentos cada vez mais rápidos com os aceleradores de partículas, só vieram há ocorrer um dia devido à o auxílio de um experimento que contribuiu para a forma do estudo dessas partículas e o avanço em suas teorias. Idealizado pelo engenheiro americano Jemison Van de Graaff, em 1929  o “ gerador de Van de Graaff “  tem em seu  funcionamento básico a movimentação de uma correia que foi eletrizada por atrito na parte de baixo, com isso ao atingir a parte superior as cargas elétricas conduzidas pela correia são transferidas para todo o espaço interior da esfera, geralmente de alumínio ou metal. O processo se conclui quando toda a superfície da esfera esteja carregada, podemos observar que no funcionamento, por exemplo, se  tocarmos ou aproximarmos algum metal podemos perceber descargas elétricas  que acontecem devido a diferença de potencial causada .

Esse gerador é composto basicamente por:

• Um motor; 

• Dois cilindros; 

• Um conjunto de correias; 

• Um conjunto de escovas; 

• Um terminal de saída, que na maioria das vezes é uma grande esfera de metal ou de alumínio.

Um conteúdo importante a se ter conhecimento para a fabricação de um gerador desse tipo, é a série triboelétrica que seria um tipo de classificação que indica o nível que cada material se eletriza devido ao atrito, ou seja, a facilidade de trocarem cargas elétricas por “eletrização” . Existe uma lista de matérias que são indicados de maneira crescente em relação a sua facilidade de perder ou ganhar elétrons, em outras palavras, se sua capacidade em obter cargas positivas for alta maior será sua posição na tabela.

Referências:

1- Disponível em: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/o-gerador-van-graaff.htm. Acessado  em 13 de outubro de 2017.

2- Disponível em: http://www.infoescola.com/eletrostatica/serie-triboeletrica/ .Acessado  em 13 de outubro de 2017.

Jefferson Sales

Estudante de Engenharia Elétrica

Centro Universitário SENAI CIMATEC

Plano de Trabalho

Valter Roberto de Moura Neto
Estudante de Engenharia Mecânica
Centro Universitário SENAI CIMATEC

Gerador de Van de Graaff

Este blog foi criado com o intuito do leitor acompanhar o andamento do Projeto Física Prática de Laboratório intitulado como Gerador de Van de Graaff.

Este projeto faz parte da disciplina Física C Prática, ministrada pelo Professor Mestre Targino Amorim Neto e é realizado por alunos do curso de graduação de Engenharia Mecânica e Elétrica do Centro Universitário SENAI CIMATEC e tem como objetivo geral projetar e confeccionar um protótipo de um Gerador de Van de Graaff.

Nós somos uma equipe composta por seis futuros engenheiros: Jefferson Sales de Lima, Leo Guedes Blanco, Matheus Moura Macêdo de Sousa, Valter Roberto de Moura Neto, Victor da Rocha e Victor Hugo Pedreira da Silva, e fomos desafiados pelo nosso professor de física C prática a fabricar uma versão do Gerador de Van de Graaff. Para isso, a equipe terá que comprar e fabricar os materiais necessários, montar o sistema e fazê-lo funcionar no dia da apresentação. 

Imagem 1: Componentes da equipe

Fonte: Própria equipe

Da esquerda para a direita:
Leo Guedes, Victor Pedreira, Matheus Moura, Valter Moura, Victor da Rocha e Jefferson Sales.

O que é um Gerador de Van de Graaff? É um dispositivo, projetado e construído pelo engenheiro americano, Robert Jemison Van de Graaff, que é capaz de armazenar cargas em um terminal esférico podendo gerar tensões muito elevadas.⁽¹⁾

O gerador é composto basicamente por um motor elétrico, uma correia de borracha, dois eixos com roletes e uma esfera de alumínio. O motor se conecta ao eixo inferior e, entre o eixo superior e inferior, passa a correia de borracha. A esfera de alumínio é posicionada encobrindo o sistema de eixo superior. Ao ligar o motor, a correia passa a se eletrizar por atrito (positiva ou negativamente) com um eletrodo posicionado na parte inferior do sistema. Ao passar pela parte superior, a correia se atrita com outro eletrodo, conectado à esfera de alumínio, atraindo cargas de sinais opostos a ela e, eletrizando o terminal esférico. Dessa maneira, com a elevada rotação do motor, a eletrização se torna mais extensa, podendo armazenar cargas elevadas na esfera de alumínio.⁽²⁾

Na Imagem 2 temos um exemplo de Gerador de Van de Graaff:

Imagem 2: Gerador de Van de Graaff

Fonte: http://www.peteletrica.eng.ufba.br/gerador-de-van-de-graaff/

A atualização do blog ocorrerá de maneira semanal pelos membros da equipe com o progresso do andamento do projeto.

Referências:

1 - Disponível em: http://www.rc.unesp.br/showdefisica/99_Explor_Eletrizacao/paginas%20htmls/Van%20de%20Graaff.htm. Acessado em: 05 de outubro de 2017.

2 - Disponível em: http://www.peteletrica.eng.ufba.br/gerador-de-van-de-graaff/. Acessado em: 05 de outubro de 2017.

Leo Guedes Blanco

Estudante de Engenharia Mecânica

Centro Universitário SENAI CIMATEC