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Uma planta industrial de papel e celulose opera com dois sistemas de acionamento de grande porte. O primeiro aciona um laminador de precisão um processo que exige que a velocidade da máquina seja mantida absolutamente constante, sem variações, para garantir a uniformidade e a qualidade da folha de papel produzida. O segundo sistema aciona um grande exaustor industrial, uma aplicação na qual a robustez, o baixo custo de manutenção e a simplicidade são mais importantes que um controle de velocidade rigoroso, sendo aceitável uma pequena queda na velocidade quando a demanda de ar aumenta. Para ambos os sistemas, o projetista especificou máquinas de 4 polos alimentadas pela rede local de 60 Hz.
Com base na análise das necessidades de cada aplicação e nos princípios de funcionamento das máquinas elétricas rotativas, avalie as seguintes afirmativas.
I. Para o acionamento do laminador de precisão, uma máquina síncrona é a escolha técnica correta, pois sua velocidade de rotação é rigidamente sincronizada com a frequência da fonte de alimentação, garantindo uma velocidade de operação perfeitamente constante.
II. Para o acionamento do exaustor, uma máquina de indução (assíncrona) é a escolha mais adequada, devido à sua robustez, menor custo e simplicidade, sendo sua característica de variação de velocidade com a carga (escorregamento) perfeitamente aceitável para esta aplicação.
III. A velocidade de operação da máquina síncrona de 4 polos, quando conectada à rede de 60 Hz, será exatamente 1800 rpm.
IV. A máquina de indução de 4 polos, ao operar em plena carga com um escorregamento de 3%, terá uma velocidade de eixo de 1746 rpm.
a) I e III, apenas.
b) II e IV, apenas.
c) I, II e III, apenas.
d) II, III e IV, apenas.
e) I, II, III e IV.
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Vamos analisar cada afirmativa: I. Para o acionamento do laminador de precisão, uma máquina síncrona é a escolha técnica correta, pois sua velocidade de rotação é rigidamente sincronizada com a frequência da fonte de alimentação, garantindo uma velocidade de operação perfeitamente constante. Verdadeiro, a máquina síncrona mantém uma velocidade constante, o que é ideal para essa aplicação. II. Para o acionamento do exaustor, uma máquina de indução (assíncrona) é a escolha mais adequada, devido à sua robustez, menor custo e simplicidade, sendo sua característica de variação de velocidade com a carga (escorregamento) perfeitamente aceitável para esta aplicação. Verdadeiro, a máquina de indução é realmente mais robusta e simples, e a variação de velocidade é aceitável para um exaustor. III. A velocidade de operação da máquina síncrona de 4 polos, quando conectada à rede de 60 Hz, será exatamente 1800 rpm. Verdadeiro, a fórmula para calcular a velocidade síncrona é \(N_s = \frac{120 \times f}{P}\), onde \(f\) é a frequência e \(P\) é o número de polos. Para 4 polos e 60 Hz, a velocidade é 1800 rpm. IV. A máquina de indução de 4 polos, ao operar em plena carga com um escorregamento de 3%, terá uma velocidade de eixo de 1746 rpm. Verdadeiro, a velocidade de uma máquina de indução pode ser calculada subtraindo o escorregamento da velocidade síncrona. A velocidade síncrona é 1800 rpm, e com um escorregamento de 3%, a velocidade de eixo será \(1800 - (0,03 \times 1800) = 1800 - 54 = 1746\) rpm. Com base nas análises, todas as afirmativas (I, II, III e IV) são verdadeiras. Portanto, a alternativa correta é: e) I, II, III e IV.

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Uma equipe de engenharia está projetando um indutor de alta frequência para um conversor de potência de um veículo elétrico. O projeto exige um componente que mantenha uma indutância estável em uma ampla faixa de corrente para evitar distorções harmônicas e garantir a eficiência do conversor. Durante os testes de protótipos com diferentes materiais de núcleo, a equipe observa que um núcleo de ferro-silício, embora ofereça alta permeabilidade em baixas correntes, exibe um comportamento anômalo em picos de corrente. A partir de um certo ponto, a tensão induzida no indutor não acompanha proporcionalmente a taxa de variação da corrente, indicando uma alteração significativa em suas propriedades magnéticas. Este fenômeno de não linearidade compromete o desempenho do conversor, pois a indutância efetiva do componente diminui, afetando a filtragem de corrente.
Com base na teoria dos materiais magnéticos, qual fenômeno intrínseco ao núcleo de ferro-silício explica a diminuição da indutância e o comportamento não linear do componente em altos níveis de corrente?
a) A força coercitiva do material, que representa a resistência do núcleo à desmagnetização após a remoção do campo externo.
b) O efeito da histerese magnética, que descreve o ciclo de magnetização e desmagnetização e está associado primariamente às perdas de energia na forma de calor.
c) A saturação magnética do núcleo, que ocorre quando os domínios magnéticos do material se alinham quase completamente com o campo externo, limitando o aumento do fluxo magnético.
d) O aumento da relutância magnética devido ao entreferro (gap) no circuito, que se opõe ao estabelecimento do fluxo magnético.
e) A diminuição da permeabilidade magnética devido ao aumento da frequência de operação, um efeito conhecido como perdas por correntes parasitas.

Ao analisar os aspectos construtivos de geradores síncronos, um projetista compara dois projetos para a mesma potência e frequência de saída (60 Hz). O primeiro projeto é para uma usina termoelétrica, onde o gerador será acionado por uma turbina a vapor de alta velocidade (3600 rpm). O segundo é para uma usina hidrelétrica, onde o gerador será acoplado a uma turbina hidráulica de baixa velocidade (120 rpm). O projetista sabe que a velocidade de operação impõe restrições físicas e magnéticas severas, que se refletem diretamente no número de polos e na geometria do rotor de cada máquina.
Com base na relação fundamental entre velocidade, frequência e número de polos (ns = 120*f/P), e nas características construtivas de máquinas síncronas, avalie as seguintes afirmativas.
I. É recomendado que o gerador da termoelétrica (turbogerador) tenha um rotor de polos lisos (cilíndrico), com 2 polos, adequado para a alta velocidade de rotação.
II. É recomendado que o gerador da hidrelétrica tenha um rotor de polos salientes, com 60 polos, cuja estrutura é mecanicamente mais adequada para baixas velocidades.
III. O rotor de polos lisos do turbogerador é construído com um diâmetro menor e maior comprimento axial para minimizar o estresse mecânico em alta velocidade.
IV. O rotor de polos salientes do hidrogerador é construído com um grande diâmetro e pequeno comprimento axial para acomodar o grande número de polos necessários.
a) I e III, apenas.
b) II e IV, apenas.
c) I, II e III, apenas.
d) II, III e IV, apenas.
e) I, II, III e IV.

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