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História da roda d’água e sua importância para nosso desenvolvimento

A roda d’água foi, provavelmente, o primeiro método de energia mecânica desenvolvido.

A história da roda d’água começou na Grécia Antiga, e essa tecnologia acabou se tornando difundida por todo o mundo. A roda d’água é basicamente uma roda de madeira ou metal colocada normalmente na vertical em córregos ou outros corpos de água que aproveita a força da água para gerar energia. 

Ela funciona da seguinte forma: pás ou baldes fixados ao redor da roda captam a água. A força da água move as pás ou os baldes resultando em uma rotação transmitida ao maquinário por meio do eixo da roda. 

A roda d’água foi, provavelmente, o primeiro método de energia mecânica desenvolvido para substituir o trabalho de humanos e animais. 

História da roda d’água

O primeiro registro encontrado sobre a roda d’água foi feito por Vitruvius, um engenheiro que morreu em 14 d.C., e remonta a cerca de 4.000 a.C. como uma criação realizada e utilizada durante a época romana.

Por toda a história da roda d’água, ela foi utilizada como uma alternativa para geração de energia utilizando recursos naturais. Quando surgiu, suas principais finalidades eram a irrigação de lavouras, moagem de grãos e fornecimento de água potável às aldeias.

Foi muito usada para o funcionamento de serrarias, bombas, foles de forja, martelos de inclinação e martelos de viagem. Também foi usada para acionar fábricas têxteis. 

Com o crescimento da demanda energética, foi exigida uma evolução para as grandes turbinas hidráulicas. Apesar de não pertencer ao grupo dos equipamentos produtores de energia elétrica em larga escala, a memória desse precursor da geração de energia por meio hídrico e sua importância para nosso desenvolvimento deve ser preservada. 

Como funcionavam as primeiras rodas d’água

As primeiras rodas d’água eram montadas em cima de eixos verticais cujas extremidades inferiores mergulhavam em um fluxo de água rápido. Já no primeiro século, a roda d’água horizontal – ineficiente na transferência da potência da corrente para o mecanismo a ser acionado – foi substituída por rodas d’água posicionadas na vertical.

A invenção era usada para alimentar diferentes tipos de moinhos (máquinas que aproveitam a energia do vento ou da água para moer grãos e fazer farinha, para bombear água ou para produzir energia elétrica).

Confira estas curiosidades: a combinação de roda d’água e moinho é chamada de moinho de água. Um antigo moinho de rodas horizontais usado para moer grãos na Grécia era chamado de Moinho Nórdico. Já na Síria, os moinhos de água eram chamados de “norias”. 

Tipos de rodas d’água

Podemos encontrar três tipos principais de rodas d’água. Uma é a roda d’água horizontal, na qual a água flui de um aqueduto, e a força da água gira a roda.

Outra é a roda d’água vertical ultrapassada, nela, a água flui de um aqueduto, e a gravidade da água gira a roda.

A terceira é a roda d’água vertical inferior, ela funciona ao ser colocada em um córrego e é girada pelo movimento natural do rio.

A turbina hidráulica

A turbina hidráulica é uma invenção moderna baseada nos mesmos princípios da roda d’água. Consiste em um motor rotativo que usa o fluxo de fluido – gás ou líquido – para girar um eixo que aciona o maquinário.

A água que flui ou cai atinge uma série de lâminas ou baldes presos em torno de um eixo. O eixo então gira, e o movimento aciona o rotor de um gerador elétrico. 

Turbinas hidráulicas são usadas em usinas hidrelétricas, desenvolvidas posteriormente. Hoje um terço da energia elétrica do mundo é produzida por meios hidroelétricos.

Conheça a roda d’água do Museu WEG

Você já viu uma roda d’água? Elas são geralmente encontradas no interior das cidades e são preservadas por empresas ou moradores locais.

No Museu WEG, há uma roda d’água que pode ser vista, inclusive, em funcionamento, na qual é possível observar o processo de geração e distribuição de energia em uma usina hidrelétrica rudimentar, igual a tantas que fizeram funcionar fábricas e oficinas ao longo dos anos.

Para conhecer melhor o Museu, você pode fazer um tour virtual clicando aqui

Sistema de roda d’água do Museu WEG

A roda d’água foi extremamente importante para a história da humanidade, contribuindo para o desenvolvimento das aldeias e dos agricultores que viviam perto de rios ou córregos.

Mas você sabia que existem muitos povos que viviam, e ainda vivem, em áreas isoladas e com dificuldade de acesso à água? Para resolver esse problema, uma das alternativas para esses povos é o bombeamento solar.

Essa técnica permite a extração de água do subsolo por meio da energia solar fotovoltaica, facilitando o acesso à água onde os recursos hídricos não se encontram ou não podem ser acessados com facilidade. Clique aqui e entenda como o bombeamento de água por meio da energia solar funciona como uma solução para lugares remotos. 

Motor elétrico homopolar: o mais simples do mundo

O motor homopolar tem um funcionamento muito simples, é fácil de construir e uma ótima opção para comprovar os princípios do eletromagnetismo.

Para falar sobre o motor elétrico homopolar e aprender como fazer um em casa, precisamos voltar no tempo e lembrar de alguns detalhes da história do motor elétrico. Vamos lá?

Os fenômenos relacionados à eletricidade e ao magnetismo eram observados e estudados desde muito tempo, na Grécia Antiga. Os primeiros registros datam do séculos 6 a.C por Tales de Mileto. Mas foi somente a partir do século XVI que novas pesquisas foram desenvolvidas nessa área, porém, sem que ninguém conseguisse estabelecer uma ligação entre os fenômenos elétricos e magnéticos.

Com as experiências realizadas pelo professor dinamarquês Christian Oersted, já no começo do século XIX, esse panorama começou a mudar. Durante uma de suas aulas, o pesquisador demonstrava aos seus alunos como se dava o aquecimento de um fio condutor durante a passagem de uma corrente elétrica. Ao lado do seu experimento, havia uma bússola. Quando o professor liberou a passagem da corrente elétrica pelo fio, reparou que a agulha da bússola desviou-se de sua posição natural.

Por se tratar de um ímã alinhado ao campo magnético da Terra, a mudança na posição da agulha só poderia ocorrer com a presença de outro campo mais intenso. Assim, mais tarde, Oersted verificou que o movimento da agulha dependia da posição da bússola em relação ao fio pelo qual passava a corrente elétrica. Essas observações representaram um grande avanço científico, ajudando o professor a demonstrar que a corrente elétrica em um condutor está diretamente relacionada a um campo magnético que se cria ao seu redor, fazendo com que o condutor funcione como um ímã.

Anos mais tarde, o cientista inglês Michael Faraday trabalhava em pesquisas que consideravam a possibilidade de gerar eletricidade a partir de campos magnéticos, ou seja, o oposto ao experimento realizado por Oersted. O pesquisador descobriu então que uma corrente elétrica era gerada no momento que se posicionava um ímã no interior de uma bobina feita com fios condutores.

Michael Faraday, British physicist

Michael Faraday (1791-1867)

Foi assim que Faraday provou que a variação de um campo magnético é capaz de criar uma corrente elétrica em um fio condutor, mesmo sem estar conectado a nenhuma fonte de energia. Ele deduziu que se houvesse um movimento da bobina em relação ao ímã, seria possível obter uma corrente elétrica contínua, efeito que ficou conhecido como indução eletromagnética. Esse é o princípio básico do funcionamento de geradores e motores elétricos até hoje.

As descobertas de Oersted e Faraday tiveram grande impacto nos avanços tecnológicos desde então. Os princípios do eletromagnetismo são a base de grande parte da tecnologia mecânica e eletroeletrônica que conhecemos, de secadores de cabelos até os sistemas de telecomunicações.

 

Motor Elétrico Homopolar

Para realizar seus estudos e comprovar os resultados, Faraday construiu um dispositivo com o objetivo de mostrar o efeito magnético circular ao redor de um fio condutor, a que ele chamava de rotação eletromagnética. Esse aparelho ficou conhecido como Motor de Faraday e foi o primeiro motor elétrico construído.

Esse dispositivo criado por Faraday também é conhecido como motor homopolar. Essa denominação se dá pois não há nenhuma alteração na polaridade dos seus componentes durante seu funcionamento. Ao se fechar o circuito, o campo magnético do ímã exerce uma força sobre as cargas elétricas do material condutor, gerando uma corrente elétrica. Esse é o princípio do funcionamento dos motores elétricos.

 

Construindo um motor homopolar

O motor homopolar proposto por Faraday tem um funcionamento muito simples, é fácil de construir e uma ótima opção para comprovar os princípios do eletromagnetismo, mesmo tendo pouca utilidade na prática hoje em dia.

Pensando nisso, trouxemos um vídeo que mostra a construção de um motor elétrico homopolar, que você pode fazer em casa, na escola ou universidade.

Eis o motor mais simples do mundo em pleno funcionamento!

Galileo Ferraris e o campo magnético girante

Galileo Ferraris foi um físico e engenheiro eletricista italiano, seus estudos contribuíram para a história do motor elétrico.

Galileo Ferraris foi um físico e engenheiro eletricista italiano, seus estudos contribuíram para a história do motor elétrico. Isto porque descobriu de maneira independente o campo magnético girante, um princípio de funcionamento básico do motor de indução. Além disso, foi professor, durante mais de vinte anos, de Física Tecnológica, na escola de engenheiros de Turim, e também fundador da primeira Escola Superior de Eletrotecnia, na Itália, em 1886.

Foi durante a Exposição Internacional de Eletricidade de Turim em 1884, onde foi júri internacional, que examinou uma nova invenção – o transformador (“gerador secundário”). Iniciou seu trabalho de divulgação e investigação teórico-experimental sobre os problemas da aplicação dessa máquina elétrica estática. Tendo percebido a importância que a corrente alternada iria ter devido à utilização do transformador, realizou no seu laboratório um conjunto de experiências que fundamentaram o conceito de campo magnético girante, em 1885.

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Campo magnético girante trifásico.

O campo girante é um campo magnético rotativo usado em máquinas elétricas. A maneira mais simples de obter um campo girante é usar um ímã ou eletroimã e fazê-lo rodar por qualquer processo.

Galileo Ferraris preocupou-se com o problema da diferença de fase entre a intensidade de corrente elétrica primária  e secundária. Surgiu, então, um fenômeno que se relacionou com seus estudos sobre Óptica. Como, naquela época a luz era considerada uma vibração do éter, e da combinação de duas vibrações em quadratura de fase resultava uma vibração circular (luz polarizada), Galileo Farraris encontrou a forma de combinar dois campos magnéticos em quadratura de fase para obter um campo magnético girante — campo magnético criado por uma estrutura estática, mas com os pólos rodando no espaço em torno de um eixo, com uma velocidade constante.

Conseguiu realizar o campo magnético girante (elíptico ou circular) com a composição de dois campos magnéticos alternados, criados por bobinas fixas colocadas em quadratura no espaço, sendo cada uma percorrida por uma corrente elétrica alternada. 

Só em 1888 comunicou sua experiência à Academia de Ciências de Turim, onde refere-se às formas laboratoriais de obter duas correntes elétricas alternadas enfasadas entre si, a descrição de dois aparelhos eletromecânicos que mandou construir e as considerações que as experiências efetuadas resultaram em uma nova forma de converter energia elétrica em mecânica.

Seus estudos foram muito importantes para a aplicação em diversas tarefas, como a distribuição de energia em corrente alternada (divulgação do transformador) e transformação imediata dessa forma de energia em energia mecânica (motor do campo girante). Galileo Ferraris deu evolução a eletrotécnica, suas descobertas, fundamentais para a época, continuam contribuindo para a ciência e tecnologia atuais.