Faça um arrazoado sobre a relação entre potência de uma máquina, rotação, número de polos e posição do eixo, se horizontal ou vertical.
Passo 1
O enunciado pede um texto explicativo sobre como a potência desenvolvida por uma máquina elétrica se relaciona com sua rotação, o número de polos do estator e ainda como a posição do eixo (horizontal ou vertical) interfere em seu projeto e desempenho. Vamos usar como base a teoria de máquinas elétricas (fórmula da potência mecânica e velocidade síncrona) e também aspectos de engenharia mecânica (rolamentos, lubrificação e refrigeração).
Passo 2
A potência mecânica
entregue por uma máquina gira-torque é dada pela relação entre torque
e velocidade angular
. Em unidades do Sistema Internacional:
Como normalmente expressamos a velocidade em rotações por minuto (
em rpm), escrevemos
Isto mostra que, para um mesmo torque, se a rotação
aumenta, a potência
cresce proporcionalmente.
Passo 3
Em máquinas síncronas ou de indução alimentadas por rede de frequência
(em hertz), a velocidade síncrona
depende do número de polos
do estator:
Exemplo: em
,Hz, com
polos
,rpm; com
polos
,rpm, e assim por diante. Máquinas de indução operam a
, onde
é o escorregamento.
Passo 4
Combinando os passos anteriores, percebemos que o número de polos limita a rotação máxima da máquina. Para uma mesma potência
, o torque exigido varia inversamente com
:
Logo, máquinas de poucos polos (alta
) precisam de menos torque para gerar dada
, enquanto máquinas de mais polos (baixa
) fornecem mais torque à custa de menor rotação. Isso orienta a escolha do número de polos conforme a aplicação—por exemplo, motores de grande torque de arranque usam mais polos.
Passo 5
A posição do eixo (horizontal ou vertical) não altera as relações elétricas acima, mas afeta o projeto mecânico:
– Rolamentos: eixo vertical exige rolamentos de apoio axiais (thrust bearings) para suportar a carga de peso do rotor; eixo horizontal tipicamente usa rolamentos radiais normais.
– Lubrificação: máquinas verticais podem demandar sistemas especiais de circulação de óleo para lubrificar uniformemente os mancais.
– Refrigeração: a orientação pode mudar o fluxo de ar ou de líquido refrigerante interno, exigindo dutos ou ventiladores diferentes.
– Instalação e manutenção: eixo vertical reduz área de piso (útil em bombas), mas dificulta acesso aos mancais superiores; eixo horizontal é mais convencional em linha de eixo para ventiladores e compressores.
– Rolamentos: eixo vertical exige rolamentos de apoio axiais (thrust bearings) para suportar a carga de peso do rotor; eixo horizontal tipicamente usa rolamentos radiais normais.
– Lubrificação: máquinas verticais podem demandar sistemas especiais de circulação de óleo para lubrificar uniformemente os mancais.
– Refrigeração: a orientação pode mudar o fluxo de ar ou de líquido refrigerante interno, exigindo dutos ou ventiladores diferentes.
– Instalação e manutenção: eixo vertical reduz área de piso (útil em bombas), mas dificulta acesso aos mancais superiores; eixo horizontal é mais convencional em linha de eixo para ventiladores e compressores.
Passo 6
Em termos práticos, para uma mesma família de máquinas:
- Se a aplicação pede alta rotação e potência moderada (ex.: sopradores), escolhe-se
ou polos e eixo horizontal. - Se a aplicação pede alto torque de arranque a baixa rotação (ex.: guindastes), usa-se
polos e, dependendo do conjunto, eixo vertical em montagem “alta” (bombas).
Resposta
A potência
de uma máquina é produto do torque
pela velocidade angular
, e em rpm obedece a
. A rotação síncrona
varia inversamente com o número de polos
segundo
, de modo que poucos polos elevam
(e reduzem
para mesma
), e muitos polos fazem o contrário. A orientação do eixo (horizontal ou vertical) não altera essas relações elétricas, mas influência o projeto mecânico de mancais, lubrificação, refrigeração e métodos de instalação, direcionando a escolha conforme o tipo de máquina e sua aplicação.