Instalações Elétricas - Apostilas - Engenharia Elétrica, Notas de estudo de Engenharia Elétrica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
Ronaldinho890
Ronaldinho8904 de Março de 2013

Instalações Elétricas - Apostilas - Engenharia Elétrica, Notas de estudo de Engenharia Elétrica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas de engenharia elétrica sobre o estudo das instalações elétricas, descobrindo os caminhos da eletricidade, processo de geração de uma usina hidrelétrica.
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS

INTRODUÇÃO

Por volta do ano 600 a.C. o filósofo e matemático Thales, que viveu em Mileto, observou que o âmbar (resina fóssil sendo muito usado para a manufatura de objetos ornamentais. Embora não seja um mineral, às vezes é considerado e usado como uma gema), depois de atritado contra substâncias secas, adquiria a propriedade de atrair corpos leves.

Os filósofos gregos, admirados com aquela ação à distancia até então nunca vista, procuraram explica-las por meio de algum mecanismo, o que não foi conseguido.

Quase 2500 anos após, no século XVI, o médico inglês Gilbert, descobriu que, pelo atrito, outras substâncias adquiriam a mesma propriedade do âmbar, e inspirando-se no nome grago do âmbar (electron) começou a utilizar a palavra eletricidade ao definir a propriedade dos corpos que se comportavam como o âmbar.

Descobrindo os Caminhos da Eletricidade

Energia é a capacidade de produzir trabalho.

Existem várias fontes de Energia, por exemplo:

– Solar;

– Térmica;

– Hidráulica;

– Eólica;

– Nuclear;

– Etc.

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A energia, seja ela qual for, não pode ser criada nem destruída, mas sim transformada:

A transformação constitui, em geral, um fenômeno através do qual uma forma de Energia se transforma em outra forma de Energia.

A geração de Energia Elétrica é realizada por, meio de usinas (Hidrelétricas, Termelétricas, Eólicas).

No Brasil, cerca de 90% da Energia Elétrica é gerada através de Hidrelétricas, uma vez que o país possui um rico potencial hidráulico (grandes rios).

Processo de Geração de uma Usina Hidrelétrica

A produção de Energia Elétrica ocorre da seguinte forma:

A água que sai do reservatório é conduzida com muita pressão através de enormes tubos até a casa de força, onde estão instaladas as turbinas e os geradores que produzem a eletricidade. A turbina é formada por uma série de pás ligadas a um eixo, que é ligado ao gerador. A pressão da água sobre essas pás produz um movimento giratório do eixo da turbina. O gerador é um equipamento composto por um imã e um fio bobinado. O movimento do eixo da turbina produz um campo eletromagnético dentro do gerador, produzindo a eletricidade.

Depois de gerada como a energia elétrica é Transmitida, Distribuída e Consumida?

Transmitida: Através de linhas de transmissão, cruzando rios, montanhas e cidades, até chegar a determinados pontos chamados de subestação.

Distribuída: Chega aos consumidores por redes de distribuição, que são conjuntos de postes, cabos e transformadores que levam energia as residências, indústrias, hospitais, escolas, etc.

Consumida: A energia é consumida através dos equipamentos elétricos que possuímos dentro de nossas casas (geladeira, televisor, lâmpadas, etc.).

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A Energia é distribuída nos níveis de tensões (Voltagens) padronizadas pelas Concessionárias (CELESC, COPEL, CEEE, etc.).

Exemplo Celesc Distribuição:

Área Urbana 380/220 Volts Área Rural 440/220 Volts

Entre fase e neutro – 220 Volts Entre fase e neutro – 220 Volts

Entre fases – 380 Volts Entre fases – 440 Volts

Estrutura de Rede de Distribuição

CORRENTE ELÉTRICA

Introdução

Para entendermos corrente elétrica, precisamos conhecer a constituição da matéria.

Qualquer matéria é constituída de átomos que forma uma molécula.

Se formos partindo um pedaço de giz em vários outros, chegará um momento que teremos um pedaço tão pequeno, mas que ainda conserva suas propriedades, o qual damos o nome de molécula. Se partirmos essa molécula teremos então os átomos.

Matéria: É tudo o que ocupa lugar no espaço e possuí massa. É formada por um conjunto de moléculas.

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Molécula: É a menor parte de uma matéria que ainda conserva suas características próprias.

Átomo: É a menor partícula da molécula.

Exemplo: Temos uma molécula de água H2O

Se dividirmos esta molécula, teremos 2 átomos de hidrogênio e um de oxigênio.

Constituição de um átomo

Um átomo é constituído basicamente de prótons, nêutrons e elétrons.

Regiões de um átomo

No núcleo encontramos os prótons e os nêutrons ligados fortemente entre si.

Na eletrosfera encontramos os elétrons girando em grande velocidade.

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Carga elétrica

Carga elétrica nada mais é do que uma propriedade existente entre prótons e elétrons que possibilita a ocorrência de interação entre eles. Lembre-se que ocorre interação entre dois corpos quando eles trocam forças entre si, ou seja, quando um aplica força sobre o outro.

Descobriu-se também que existem dois tipos de cargas, e decidiram chamar uma de positiva (+) e a outra de negativa (-), somente para diferenciá-las. Adotaram a carga positiva para o tipo de carga do próton e negativa para o tipo de carga do elétron e o neutro não possui carga elétrica.

Constatou-se também que a interação entre estas cargas acontece da seguinte maneira:

Cargas do mesmo sinal se repelem enquanto cargas de sinais opostos se atraem (veja a figura ao lado).

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Elétrons livres

Os átomos de determinados corpos possuem a propriedade de perderem seu elétron da última camada, saltando de um átomo para outro. A esses elétrons chamamos de elétrons livres.

Para chegarmos ao conceito de corrente elétrica é importante observar através do desenho abaixo, como se movimentam os elétrons em um condutor. O movimento de elétrons livres pode ser: Ordenado e Desordenado.

E para finalizar, observe no movimento dos elétrons descendo para a terra (desenho abaixo) quando o corpo foi “aterrado”. O nome que damos quando os elétrons possuem um movimento ordenado dentro de um condutor é corrente elétrica (pois é, esta corrente elétrica que você esta acostumado a ouvir falar).

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Os elétrons ficam normalmente se movimentando de maneira desordenada dentro dos condutores, mas quando ligamos estes condutores de maneira como foi feito no exemplo acima, estes organizam seus movimentos, e geram uma corrente de elétrons denominada, como já vimos, corrente elétrica.

Portanto Corrente Elétrica é o movimento ordenado dos elétrons livres.

Como obter uma corrente elétrica?

Para se obter uma corrente elétrica é necessário que se tenha quatro elementos, são eles:

Gerador: Elemento que organiza o movimento dos elétrons livres, criando-se assim uma corrente elétrica.

Condutores: Elemento que assegura a transmissão da corrente elétrica ao ponto desejado.

Carga: Elemento responsável pela utilização da corrente elétrica na transformação da energia elétrica em outra forma de energia.

Interruptor: Elemento responsável pela abertura e fechamento do circuito.

Circuito Elétrico Simples

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EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA

Efeito Térmico: Consiste no fato de que, sempre que um elemento é percorrido por corrente elétrica haverá colisões entre cargas elétricas que constituem as correntes e as partículas componentes do elemento. Estas colisões liberam calor. Assim, parte da energia é transformada em calor. A este fenômeno denominamos Efeito Joule.

Exemplo: Aquecedores elétricos em geral.

Efeito Magnético: Consiste no fato de que, sempre um elemento é percorrido por corrente elétrica, surge ao seu redor, um campo magnético.

Exemplo: Relés, medidores de energia elétrica, transformadores, etc.

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Efeito Químico: Ocorre quando a corrente elétrica atravessa soluções eletrolíticas, provocando reações químicas.

Exemplo: Processo de galvanização, pilhas, etc.

Efeito Luminoso: Consiste no fato de que gases ionizados emitam luz quando atravessados por corrente elétrica.

Exemplo: Lâmpadas em geral.

INTENSIDADE DE CORRENTE ELÉTRICA

Definição: É o número de elétrons que atravessam um condutor durante um segundo.

Símbolo: I

Unidade de Medida: Ampére (A)

Instrumento de Medição: Amperímetro.

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Obs.: O amperímetro deve ser ligado em série com a carga, pois possui uma bobina com poucas espiras de fio grosso, apresentando baixa resistência.

SENTIDO DA CORRENTE

O sentido da corrente elétrica depende da polaridade de D.D.p.. Os elétrons (-) deslocam-se, exterior do gerador, do borne negativo para o positivo. Este sentido é o sentido real.

Antes de conhecerem a realidade, os cientistas tinham escolhido, convencionalmente, o sentido inverso, ou seja, do borne positivo para o negativo, no exterior do gerador.

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Todo sentido da corrente elétrica, quando não especificado, será sempre o sentido convencional.

CONDUTORES E ISOLANTES

Você deve saber que, na experiência realizada para comprovar a teoria da natureza elétrica do raio, Benjamin Franklin colocou uma ponta metálica na pipa, porque já se sabia que os metais

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facilitam a passagem da eletricidade. A explicação dessa característica dos metais é que neles os elétrons se libertam facilmente das últimas camadas dos átomos, movimentando-se livremente pelo material. Isso determina que as cargas elétricas podem espalhar-se imediatamente no metal.

Muitos outros materiais, cobre, alumínio, grafite, carbono, etc., apresentam átomos cujos elétrons tem essa capacidade de liberar-se e movimentar-se pelo material. São materiais capazes de conduzir eletricidade, sendo por isso chamados de condutores.

Outras substâncias, ao contrário, tem os elétrons fortemente ligados ao núcleo de seus átomos e por isso não podem deslocar-se livremente pelo material, o que dificulta a condução de eletricidade. Estas substâncias são chamadas de isolantes ou dielétricos. Exemplos: vidro, porcelana, borracha, cera, seda, etc.

TENSÃO ELÉTRICA

Introdução

Supondo-se dois corpos A e B que possuem cargas elétricas diferentes (ver figura).

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A) (B)

O corpo A tem maior número de elétrons do que o corpo B, então dizemos que ele tem maior potencial elétrico.

Ligando-se os corpos A e B com um condutor, o potencial elétrico de A empurra os elétrons para B até que se igualem os potenciais.

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Concluindo:

Tensão Elétrica: É a força exercida pelo gerador sobre os elétrons livres.

Símbolo: V

Unidade de Medida: Volt (V)

Instrumento de Medição: Voltímetro

Esquema de Ligação

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Obs.: O voltímetro deve ser ligado em paralelo, pois possui uma bobina com muitas espiras de fio fino, apresentando alta resistência.

RESISTÊNCIA ELÉTRICA

Introdução

Duas cargas são alimentadas pela mesma tensão, mas são atravessadas por intensidade de corrente diferentes. (ver figuras abaixo).

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✓ O valor da intensidade da corrente, em um circuito elétrico, não depende, unicamente, da tensão aplicada na carga;

✓ O valor da intensidade da corrente varia conforme o valor da Resistência (carga);

Concluindo:

Resistência Elétrica é a oposição à passagem da corrente elétrica.

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Símbolo: R

Unidade de Medida: Ohm (()

Instrumento de medição: Ohmímetro

Obs.: Quando deseja-se medir a resistência elétrica de um material, deve-se ligar os terminais do ohmímetro aos terminais do material, com o circuito desenergizado.

LEI DE OHM

Introdução

Conhecidas as grandezas elétricas Intensidade de Corrente, Tensão Elétrica e Resistência Elétrica, verificaremos como estas grandezas relacionam-se entre si.

Observemos as experiências abaixo:

1ª Experiência: Variando a tensão e mantendo a resistência fixa, verificamos que a corrente varia no mesmo sentido da variação da tensão, logo quanto maior a tensão, maior será a corrente ou quanto menor a tensão menor será a corrente.

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2ª Experiência: Mantendo a tensão fixa e variando a resistência elétrica, verificamos que a intensidade de corrente varia em sentido oposto a variação da resistência elétrica, portanto, quanto maior a resistência, menor a corrente ou quanto menor a resistência, maior a corrente.

Concluindo:

A intensidade da corrente (I) varia:

➢ Diretamente proporcional a tensão (V);

➢ Inversamente proporcional a resistência elétrica.

As relações básicas entre corrente, tensão e resistência são as seguintes:

➢ A corrente num circuito aumenta quando a tensão aumenta, conservando-se a resistência constante;

➢ A corrente num circuito diminui quando a tensão diminui, conservando-se a resistência constante;

➢ A corrente num circuito diminui quando a resistência aumenta, conservando-se a tensão constante;

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➢ A corrente num circuito aumenta quando a resistência diminui, conservando-se a tensão constante;

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Sentido Real

-

-

+

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A

-

+

+

Sentido Convencional

-

+

- - - - - - - - - - - - - - - - - -

---------

V

A

+

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-

V

A

-

+

V

A

-

+

220 Volts

220 Volts

0,22A

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R2

2000(

R2

1000(

0,11A

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