Questões de Comandos Elétricos para Concurso

📌 DADOS & CONTEXTO

• Transformador Monofásico com relação de transformação unitária ($a = 1$);
• Ensaio de Curto-Circuito (lado de alta/baixa idênticos por $a = 1$):
  • $P_{cc} = 800\text{ W}$; $V_{cc} = 50\text{ V}$; $I_{cc} = 20\text{ A}$;
• Condição sob Carga:
  • Tensão primária: $V_1 = 400\text{ V}$;
  • Carga secundária: $Z_L = R_L - j X_C = 23 - j1{,}5\ \Omega$.

⚙️ MÉTODO & DEDUÇÃO DOS PARÂMETROS E CÁLCULO DO RENDIMENTO

1. Determinação dos Parâmetros Equivalentes do Transformador ($R_{eq}$ e $X_{eq}$):

$$R_{eq} = \frac{P_{cc}}{I_{cc}^2} = \frac{800\text{ W}}{(20\text{ A})^2} = \frac{800}{400} = \mathbf{2{,}0\ \Omega}$$ $$Z_{eq} = \frac{V_{cc}}{I_{cc}} = \frac{50\text{ V}}{20\text{ A}} = 2{,}5\ \Omega$$ $$X_{eq} = \sqrt{Z_{eq}^2 - R_{eq}^2} = \sqrt{(2{,}5)^2 - (2{,}0)^2} = \sqrt{6{,}25 - 4{,}00} = \sqrt{2{,}25} = \mathbf{1{,}5\ \Omega}$$

1. Impedância Total em Série da Malha do Transformador com a Carga:

$$\mathbf{Z}_{\text{total}} = (R_{eq} + j X_{eq}) + (R_L - j X_C) = (2{,}0 + j1{,}5) + (23 - j1{,}5)$$ $$\mathbf{Z}_{\text{total}} = (2{,}0 + 23) + j(1{,}5 - 1{,}5) = \mathbf{25{,}0 + j0\ \Omega}$$

(as reatâncias cancelam-se perfeitamente em ressonância de malha); 3. Cálculo da Corrente de Carga ($I$):

$$I = \frac{V_1}{|\mathbf{Z}_{\text{total}}|} = \frac{400\text{ V}}{25\ \Omega} = \mathbf{16{,}0\text{ A}}$$

1. Cálculo das Potências Ativas:
   • Potência dissipada na carga útil:

$$P_{\text{out}} = I^2 \cdot R_L = (16\text{ A})^2 \times 23\ \Omega = 256 \times 23 = \mathbf{5.888\text{ W}}$$

• Potência perdida por efeito Joule nos enrolamentos:

$$P_{\text{perdas}} = I^2 \cdot R_{eq} = (16\text{ A})^2 \times 2{,}0\ \Omega = 256 \times 2 = \mathbf{512\text{ W}}$$

• Potência de entrada fornecida pela fonte:

$$P_{\text{in}} = P_{\text{out}} + P_{\text{perdas}} = 5.888 + 512 = \mathbf{6.400\text{ W}}$$

1. Cálculo do Rendimento ($\eta$):

$$\eta = \frac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}} = \frac{5.888}{6.400} = \frac{23}{25} = \mathbf{0{,}92 = 92\%}$$

🎯 CONCLUSÃO & JUSTIFICATIVA DO GABARITO

O rendimento percentual do transformador alimentando a carga é de exatamente 92% (Gabarito Oficial: D).

Dados e Fundamentação do Sistema VIT

Nos motores diesel marítimos de grande porte (dois tempos e quatro tempos), o rendimento térmico do ciclo termodinâmico está diretamente correlacionado com a pressão máxima de combustão ($P_{max}$) atingida dentro dos cilindros. Em sistemas convencionais com ponto de injeção fixo, a $P_{max}$ só seria alcançada a 100% de carga. Sob cargas intermediárias (entre 70% e 90%), o motor operaria com pressão de pico subótima, reduzindo a eficiência térmica.

Princípio de Funcionamento do VIT

O sistema VIT (Variable Injection Timing) atua variando automaticamente o início da injeção de combustível (avanço de injeção) conforme a carga do motor. Ao atingir a faixa de 85% de carga (regime de cruzeiro típico de navegação contínua):

• A injeção é adiantada de modo controlado;
• Atinge-se a pressão máxima de combustão admissível ($P_{max}$);
• Maximiza-se a área útil do ciclo indicador $P-V$, elevando a eficiência térmica do motor;
• Reduz-se significativamente o consumo específico de combustível (Specific Fuel Oil Consumption - SFOC).

Conclusão e Justificativa do Gabarito Oficial (A)

Aos 85% de carga com atuação do VIT, atinge-se o ponto de melhor rendimento termodinâmico da máquina, verificando-se o aumento da eficiência térmica.

📌 DADOS & CONTEXTO

• Transformadores e Máquinas Elétricas: Perdas no Núcleo Ferromagnético (Perdas no Ferro);
• Técnica construtiva: Montagem do núcleo magnético por empilhamento de chapas de aço-silício finas e laminadas, eletricamente isoladas entre si por verniz.

⚙️ MÉTODO & FUNDAMENTAÇÃO ELETROMAGNÉTICA DAS PERDAS

1. Origem das Correntes Parasitas (Correntes de Foucault):
   • A variação temporal do fluxo magnético alternado ($\frac{d\Phi}{dt}$) induz forças eletromotrizes e correntes circulares fechadas no próprio material condutor do núcleo ferromagnético;
   • Essas correntes induzidas dissipam potência por efeito Joule no ferro, constituindo as perdas por Foucault:

$$P_{\text{parasitas}} \propto \frac{f^2 \cdot B_{\max}^2 \cdot e^2}{\rho}$$

 onde $$e$$ é a espessura da lâmina e $$\rho$$ é a resistividade elétrica do material;

2. Efeito Físico da Laminação:

• Ao laminar o núcleo em chapas delgadas ($e \approx 0{,}27\text{ a }0{,}5\text{ mm}$) isoladas, interrompe-se a trajetória circular de grande raio das correntes parasitas, aumentando drasticamente a resistência elétrica interna aos loops de corrente e reduzindo as perdas proporcionalmente a $e^2$;

1. Distinção das Perdas por Histerese:
   • As perdas por histerese ($P_{\text{hist}} \propto f B_{\max}^n$) dependem da área do laço de histerese B-H e são reduzidas pela adição de silício (aço-silício de grão orientado), e não pela espessura das lâminas.

🎯 CONCLUSÃO & JUSTIFICATIVA DO GABARITO

A laminação do núcleo destina-se especificamente à redução das perdas por correntes parasitas de Foucault (Gabarito Oficial: D).

DADOS DO PROBLEMA: Identificar o equipamento industrial de controle de poluição atmosférica destinado à coleta de material particulado por ação mecânica centrífuga e trajetória helicoidal/espiral (em formato de parafuso).

MÉTODO E PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO SEPARADOR CICLÔNICO:

1. O Separador Tipo Ciclone (Cyclone Dust Collector) é um coletor mecânico inercial que utiliza a força centrífuga para segregar partículas sólidas e poeiras de uma corrente de gás ou fumaça.
2. O fluxo gasoso é injetado tangencialmente no corpo cônico superior do equipamento, criando um vórtice descendente em espiral (trajetória helicoidal similar a um parafuso ou ciclone).
3. Devido à inércia e à aceleração centrífuga, as partículas sólidas mais densas e pesadas são arremessadas contra as paredes internas do cilindro, perdem velocidade por atrito e escorregam por gravidade até a tremonha/base de coleta inferior, enquanto o gás limpo ascende pelo tubo central superior.

Análise das demais tecnologias:

• Precipitador eletrostático (B): utiliza ionização por alta tensão elétrica contínua.
• Lavador de gás (C): utiliza sprays de água ou reagentes líquidos para absorção.
• Filtro de manga (D): utiliza tecido filtrante poroso.
• Filtro de carvão ativado (E): utiliza fenômeno de adsorção físico-química de gases.

CONCLUSÃO E JUSTIFICATIVA DO GABARITO OFICIAL: O equipamento mecânico com fluxo helicoidal/parafuso para decantação centrífuga na base é o Separador Tipo Ciclone (alternativa A).

📌 DADOS & CONTEXTO

• Métodos de atenuação de sobrecorrentes transitórias na aceleração inicial de motores de indução trifásicos com rotor em gaiola de esquilo.

⚙️ MÉTODO & CARACTERIZAÇÃO DO DISPOSITIVO ELETRÔNICO

1. Princípio Construtivo do Soft-Starter (Opção E - Correta):
   • Consiste em uma chave estática de estado sólido composta por pares de tiristores (SCRs) conectados em antiparalelo em cada uma das três fases de alimentação;
   • Controla o ângulo de condução/disparo ($\alpha$) das portas dos tiristores, promovendo uma rampa suave e linear de tensão eficaz aplicada aos enrolamentos do estator desde um valor inicial reduzido até a tensão nominal plena de rede, limitando drasticamente a corrente de partida;
2. Comparativo Tecnológico:
   • A, B e C: São métodos eletromecânicos passivos e discretos (não tiristorizados);
   • D (Inversor de Frequência): Utiliza pontes retificadoras e inversores com transistores IGBTs para modular conjuntamente amplitude de tensão e frequência ($V/f$ constante) para controle contínuo de velocidade em regime permanente, sendo tecnologia mais complexa que a chave estática tiristorizada de partida suave.

🎯 CONCLUSÃO

O equipamento descrito é o soft-starter, correspondendo à alternativa E.