Na cadeira de Portfólio MEEC tivemos oportunidade de construir um motor de corrente contínua simplificado, com o objetivo de verificar o princípio físico da força exercida sobre um fio condutor onde circula uma corrente elétrica sob o efeito de um campo magnético com uma certa orientação.

Para isso necessitámos de fio condutor unifilar, uma pilha de 9V, contactos com pinças crocodilo para a pilha, um íman e clips.

O motor consistiu numa bobina de fio cujos terminais são suportados por dois clips dobrados. Um dos terminais fica totalmente descarnado estando permanentemente em contacto com o metal do clip. O outro está apenas parcialmente descarnado, de forma a que o motor funcione corretamente (isto é, de forma controlada, sem ser atuado permanentemente pela força eletromagnética). Sob o enrolamento, entre os dois clips, temos o íman que cria um campo magnético perpendicular ao plano horizontal. Por fim, os clips estão ligados aos terminais de uma pilha de 9V.

Quando a parte descarnada está em contacto com o clip, a corrente passa e a bobina é atuada por uma força eleromagnética perpendicular ao seu plano. Já quando é a parte isolada que está sobre o clip, não passa corrente e a bobina não está sujeita a força eletromagnética, continuando a rodar apenas por inércia. A repetição sequencial destas duas situações é o que faz com que o motor rode.

Aqui está um vídeo a mostrar o funcionamento do nosso motor:

 

Um motor elétrico é um dispositivo que converte energia elétrica em energia mecânica. É o tipo de motor mais usado uma vez que permite aliar todas as vantagens da energia elétrica (é uma energia de baixo custo, fácil de controlar e transportar, e não é poluente) a uma estrutura simples, barata e facilmente adaptável a várias utilizações.

Tal como o nosso motor simples, a maioria dos motores elétricos baseia-se no princípio da interação entre campos eletromagnéticos: é gerada uma força num fio quando este é conduzido por uma corrente elétrica e sofre ação de um campo magnético. Trata-se da lei da Força de Lorentz, descrita matematicamente por:

e é perpendicular ao fio e ao campo magnético.

No motor existe um elemento giratório (o chamado rotor), que é posto a girar graças a um arranjamento entre os fios e o campo magnético para que haja um torque sobre o eixo central do mesmo.

Ora, como já foi referido, o nosso motor é a simplificação de um motor de corrente contínua, Os motores elétricos de corrente contínua precisam de uma fonte de corrente contínua (pode até ser necessário um circuito que converta a corrente alternada em corrente contínua). Estes motores funcionam numa gama larga de velocidades ajustáveis e necessitam de um controlo bastante preciso. Assim, na prática, apenas são usados quando estas restrições compensam o custo mais alto da instalação de outros tipos de motores ou no caso em que a fonte de alimentação é mesmo contínua (como as pilhas, que usámos no nosso motor).

Existe porém, um outro tipo de motores elétricos: os motores de corrente alternada. Estes motores são mais usados do que os de corrente contínua pois a distribuição de energia elétrica é, geralmente, feita sob a forma de corrente alternada. Baseiam-se no princípio físico do campo rotativo, que aparece quando temos um sistema de correntes alternadas aplicado a polos desfasados de 120º. Assim, também as correntes estaraão desfasadas 120º e, em cada instante, um par de polos tem um campo de maior intensidade, cuja associação vetorial é semelhante à de um campo rotativo. Dentro destes motores existem os motores síncronos (com velocidade constante i.e. campo constante) e motores de indução (com velocidade estável, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo). O primeiro é utilizado quando queremos velocidades estáveis sob a ação de cargas variáveis ou se necessitamos de grande potência, mas torque constante. O segundo é o mais utilizado, por ser mais simples e de menor custo, servindo para a maioria das aplicações.

Terminando com alguma referência histórica: a máquina elétrica surgiu em 1886 quando o cientista Werner von Siemens inventou o primeiro gerador de corrente contínua autoinduzido. Foi este o ponto de partida para o desenvolvimento de outras máquinas mais sofisticadas e, na época, foi uma autêntica revolução, dadas as inúmeras vantagens desta máquina em relação à máquina a vapor, à roda d’água e à força animal. Tinha, porém algumas desvantagens: alto custo de fabricação, fragilidade… Os cientistas tentaram então desenvolver um motor elétrico mais barato e mais eficientes. Trabalhos de Tesla e Ferrari  foram os que contribuíram mais tanto no aperfeiçoamento de motores de corrente contínua como na criação dos motores de corrente alternada, contribuindo para o que temos nos dias de hoje.

Assim, percebemos a relevância e aplicação forte dos motores elétricos. Com este trabalho foi possível contactarmos com a realidade dos motores elétricos e perceber mais uma das áreas de aplicação da Engenharia Eletrotécnica.