Os geradores como transformadores de energia[]
Geradores elétricos são equipamentos destinados a fornecer energia elétrica. Esses dispositivos são na realidade conversores de energia, pois são construídos para transformar energia mecânica, química, luminosa, térmica ou mesmo gravitacional em energia elétrica.
As usinas hidroelétricas são exemplos de uso de geradores que transformam energia potencial gravitacional (gerada pela diferença de altura na queda da água) em energia elétrica. São as mais comuns no Brasil. A energia eólica, associada à energia cinética das massas de ar, é aproveitada para mover as pás dos cataventos dos geradores eólicos. As usinas termoelétricas realizam a queima de combustíveis e o calor produzido gera o vapor que aciona as turbinas. As usinas nucleares são um tipo de usina termoelétrica cujo calor é originado pelo decaimento do combustível radiativo.
Em escala reduzida conhecemos as pilhas e baterias usadas cotidianamente, baseadas na conversão de energia química em elétrica.
Potência Nominal e Potência Útil[]
O movimento das cargas elétricas num condutor consiste a corrente elétrica. Esse movimento, para ocorrer, requer que seja realizado sobre as cargas elétricas um trabalho. A medida desse trabalho por unidade de tempo, é a Potência Elétrica.
O trabalho no campo elétrico para deslocar uma carga entre dois pontos A e B é definido por:
sendo e os potenciais em A e B. Portanto:
e como temos finalmente,
em que U é a ddp entre os pontos.
Essa é a potencia útil que coincide com a nominal fornecida por um gerador ideal de força eletromotriz E=U. Deste modo podemos escrever para o gerador ideal, P=E.i e teremos nesse caso uma curva de potência como uma função do primeiro grau, ou uma reta:
Gráfico Potência x corrente elétrica do gerador ideal
Sabemos, porém, que os geradores reais apresentam uma resistência interna. Essa resistência interna, pelo efeito Joule, irá dissipar energia dentro do gerador, aquecendo-o. Assim a potência efetivamente entregue ao circuito será menor que a potência nominal do gerador.
Potência útil = Potência nominal - Potência dissipada internamente
A tensão (ou ddp) útil fornecida então pelo gerador será:
se multiplicarmos ambos os membros pela corrente, teremos uma expressão para a potência útil
vemos agora que essa curva já não é mais uma reta. Temos desta vez uma parábola com a concavidade voltada para baixo, cujo máximo se dará para
Potência x corrente elétrica gerador real
a corrente que demanda a potência máxima é igual à metade da corrente de curto-circuito:
O rendimento do gerador na condição de potência máxima fica:
