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condutores e isoladores trabalho tipo tcc para em
Tipologia: Esquemas
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Professor: Idemir Pedro Rossetti Disciplina: Instalações Elétricas Novo Hamburgo
Trabalho sobre condutores e isoladores para a disciplina de instalações elétricas da Fundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da Cunha, para fins de aprendizado na área técnica. Orientador: Idemir Pedro Rossetti Novo Hamburgo Junho de 2021
Os condutores e isoladores elétricos são materiais de extrema necessidade em qualquer instalação elétrica, seja ela residencial, predial ou industrial. Os materiais que possuem elétrons livres e permitem a passagem de corrente elétrica pelo mesmo, são chamados de condutores. Esses elétrons ficam livres quando ocorre um distanciamento entre a órbita e o núcleo do átomo, assim esses elétrons conseguem se mover de forma livre e com facilidade. Já os isolantes, são os materiais onde os elétrons se mantêm ligados ao núcleo do átomo. Visando conhecimento, este trabalho de pesquisa se aterá às definições e exemplificações dos materiais condutores e isoladores. O grupo irá apresentar os respectivos materiais, exemplos, tipos, características, modelos e tudo o que se encaixar dentro dos assuntos e temas abordados. Para qualidade de informações, o grupo pesquisará apenas em fontes confiáveis e dentro das normas oficiais. Este embasamento teórico será muito importante para adquirirmos experiência no campo, nos permitindo ter mais conhecimento sobre os principais elementos que iremos lidar em nossas vidas profissionais quando formos para o campo prático.
2.1 O que são condutores elétricos O condutor elétrico é todo material o qual as cargas elétricas conseguem se movimentar com facilidade em razão dos elétrons livres que circulam por sua órbita. Em outras palavras, em termos técnicos, o condutor elétrico possui uma resistência elétrica baixa, o que possibilita que a corrente elétrica passe em seu torno, onde os elétrons se deslocam de maneira relativamente livre e se distribuem sobre toda a superfície do material condutor. Quando é aplicado uma diferença de potencial em sua estrutura, os elétrons se impulsionam de forma ordenada fazendo com que gere a corrente elétrica a qual se moverá em torno do condutor. Condutor elétrico é um objeto formado por material condutor, específico para condução de corrente elétrica como os cabos/fios de cobre. Para a NBR 5471/1986, condutor elétrico é um “Produto metálico, de seção transversal invariável e de comprimento muito maior do que a maior dimensão transversal, utilizado para transportar energia elétrica ou transmitir sinais elétricos.” (NBR 5471, 1986, p.1). 2.1.1 Composição dos condutores
Vidro 1,0.10-^11 Borracha 1,1.10-^15 Quartzo ~10-^17 Fonte: Brasil Escola, Rafael Helerbrock 2.1.5 Tipos de condutores elétricos Os condutores elétricos são divididos em três tipos, os sólidos, os líquidos e os gasosos. 2.1.5.1 Condutores Sólidos Nos condutores sólidos as estruturas possuem elétrons livres que não tem conexão alguma com o núcleo, tornando estes mais velozes em relação a energia, já que os metais doam com facilidade seus elétrons. De acordo com a NBR 5471, condutor sólido é “condutor de seção transversal maciça'' (NBR 5471, 1986, p.2). Alguns materiais mais utilizados na área elétrica como condutores sólidos são o cobre e o alumínio. Existem outros materiais como o ouro e a prata, porém estes por possuírem preços mais elevados, são deixados de lado quando feitas instalações elétricas. Conforme a figura abaixo, é possível notar que a prata é melhor condutor para ser utilizado, mas pelo seu alto custo não o é feito. O cobre e o alumínio seguem sendo os mais baratos e por isso são utilizados. TABELA 02 - Condutores Elétricos
Fonte: Valentino Técnica (2014) 2.1.5.2 Condutores gasosos Os condutores gasosos possuem cargas de íons positivos e negativos, a energia provém de quando estes íons se colidem. Alguns exemplos de condutores gasosos são o sódio, o fósforo, o mercúrio e o néon. De forma geral, os gases são isolantes, porém, quando estes são ionizados acabam por se tornar condutores. 2.1.5.3 Condutores líquidos Os condutores líquidos possuem cargas de íons positivos e negativos onde estes percorrem sentidos opostos, criando assim a corrente elétrica. De modo geral, os condutores líquidos são dissolvidos em água, sendo alguns exemplos o potássio, cálcio e sódio. 2.1.6 Materiais Condutores São materiais que conduzem melhor a corrente elétrica, permitindo a passagem e deslocamento dos elétrons mais facilmente. 2.1.6.1 Prata
Por conter sal na sua composição, a água do mar é um condutor de eletricidade, pois o sal é um composto iônico que se dissolvido em água, favorece a condução de corrente elétrica. 2.1.6.9 Concreto O concreto pode ser um condutor de eletricidade, mas não o concreto convencional que conhecemos, é um específico. E pode ser utilizado nas residências e em edifícios comerciais. 2.1.7 Fios e cabos A principal ferramenta que se usa para a transmissão de corrente elétrica são os fios e os cabos, pois é a maneira mais rentável e que apresenta a melhor capacidade de condução de corrente. Sendo o fio um condutor mais rígido e o cabo um agrupamento de fios o que o torna mais flexível e facilita nas instalações elétricas, ambos com a mesma finalidade: conduzir corrente elétrica. Os dois possuem baixa resistividade e possuem as mesmas características de condutibilidade referente às suas diferentes seções. Existem vários tipos de fio e cabos elétricos, os mais comuns entre eles são os fios sólidos, cabos flexíveis, cabos rígidos, cabos PP, e cabos paralelos. FIGURA 02 - Fio sólido FIGURA 03 - Cabo flexível FIGURA 04 - Cabos paralelos FIGURA 05 - Cabos PP
Fonte: Henrique Mattede / Mundo da Elétrica 2.1.7.1 Fios sólidos É um fio feito de cobre com isolante de PVC 750V. Por ser um fio rígido, é mais utilizado em instalações que não necessitam da flexibilidade do fio, como em chuveiros, tomadas, quadros elétricos, em instalações residenciais e industriais mais simples. Bitola é a espessura da seção nominal dos fios sólidos varia de 1,5mm² a 10mm². Por ser um fio rígido e pouco flexível, este condutor não pode ser dobrado, pois pode ser rompido e assim interromper a passagem da corrente elétrica nesse condutor. Este é um dos motivos para os fios sólidos serem pouco recomendados e não serem a primeira opção de compra dos eletricistas. 2.1.7.2 Cabos flexíveis e cabos rígidos Também feitos de cobre e isolados com PVC, são os mais habituais e usados nas mais diversas instalações elétricas. Possuem a mesma capacidade de condução de energia elétrica que os fios sólidos, mas se diferenciam pela sua flexibilidade. São muito utilizados em instalações elétricas internas e fixas de luz, comerciais, industriais, e em residências. As espessuras mais comuns de isolação do PVC suportam de 750V a 1000V. 2.1.7.3 Cabos PP São chamados assim pois possuem duas capas de pvc, uma dentro da outra. Esse cabo é utilizado principalmente utilizado para fazer a ligação de aparelhos elétricos, como, ferramentas motorizadas, eletrodomésticos e em equipamentos que necessitam de cabos com uma grande resistência e flexibilidade. É bastante encontrado em eletrodomésticos, quadro de força e no mercado automotivo. 2.1.7.4 Cabos paralelos
Encordoamento Classe 1 - Um fio sólido somente; Encordoamento Classe 2 - Fios encordoados, caracterizando-se pela rigidez do conjunto, podendo ser compactado ou não; Encordoamento Classe 3 - Fios encordoados não compactados (rígidos); Encordoamento Classe 4, 5 e 6 - Fios bem finos encordoados, caracterizando- se pela flexibilidade do conjunto. FIGURA 07 - Classe 1 (Fio sólido) FIGURA 08 - Classe 2 (Rígido) Fonte: Comercial Ficael, catálogo (2020) Fonte: Comercial Ficael, catálogo (2020) FIGURA 09 - Classe 4, 5 e 6 (Flexível) Fonte: Comercial Ficael, catálogo (2020) 2.1.9 Barra
É um condutor rígido de seção circular ou retangular, são usados como condutores em trechos retilíneos, geralmente sem isolação. Em maioria, são utilizados em quadros de distribuição ou em barramentos blindados. Trabalha com altas temperaturas e na presença de gases redutores. As barras de cobre costumam ser muito utilizadas em painéis elétricos, e possuem várias vantagens, como: elevada durabilidade por não sofrer corrosão, não produz gases tóxicos e impede a propagação do fogo, é maleável podendo ser dobrada e moldada de várias formas, possui infinitas possibilidades e vantagens para uso elétrico. FIGURA 10 - Barra de cobre Fonte: Coppermetal, catálogo (2020) 2.1.10 Cordoalha A cordoalha é um condutor que se forma através de um grupo de arames torcidos em volta de um arame central, por conta disso, ela é bem rígida. A cordoalha é utilizada em locais que exigem dobras acentuadas e onde existe a possibilidade de corrosão. FIGURA 11 - Cordoalha
elas interferirem na rede por isso basta seguir essa regra, porém todo cuidado é pouco e sempre se deve fazer uma verificação antes. A segunda situação é o seccionamento em circuitos trifásicos, nesse caso deve-se orientar pela tabela 48 da NBR 5410/2004. 2.1.12.3 Cálculo da seção no condutor de proteção Se pode calcular de duas maneiras diferentes. A primeira é utilizando essa fórmula, S = (√I cc ².t)/k, onde: s = seção do condutor(de proteção) em mm²; Icc = corrente de falta/de curto circuito; t = tempo de acionamento do dispositivo de proteção, em segundos. k = é um fator que depende do material do condutor, de sua isolação e outros fatores, esse valor pode ser encontrado nas tabelas 53, 54, 55, 56, 57 da NBR 5410/2004 e varia dependendo do tipo de condutor de proteção. A segunda maneira de calcular é utilizando a tabela 58 da NBR 5410/2004, porém essa tabela só serve se o material do condutor de proteção for igual aos de fase. 2.1.13 Condutor de Fase O condutor de fase, diferentemente do condutor neutro, pode dar choque, isso porque nele possui uma diferença de potencial (padronizada para cada região) de 127V-220V. Nas instalações elétricas, este condutor é representado pelas cores vermelha ou preta. S = (√I cc ².t)/k 2.1.14 Condutor de Terra O condutor de terra ou também conhecido como condutor de proteção, possui hastes cravadas na terra com a finalidade de proteger os equipamentos que estão ligados nos circuitos para que não haja sobrecargas elétricas e também para proteger contra choques elétricos. 2.1.15 Condutor de Neutro Conhecido como aquele que não dá choque,isso em situações onde não há nenhum erro no circuito que faça com que o neutro passe a possuir tensão. Esse condutor tem a função semelhante à proteção, como o aterramento. Boa parte das
residências está ligada ao neutro. Existe uma norma que aceita o condutor neutro com proteção. É usado um neutro para cada circuito, não podendo ser compartilhado por exemplo entre os circuitos de tomadas e iluminação. Segundo a NBR 5410 “O dimensionamento do neutro dependerá, naturalmente, da corrente prevista que circula no condutor e esta corrente no neutro deverá levar em conta algumas situações de topologia da instalação dependendo, principalmente, se o circuito é trifásico ou monofásico e também os aspectos operacionais da carga”. A corrente do neutro deverá ser a soma vetorial das correntes das fases em cada frequência (fundamental e harmônica) nos circuitos trifásicos. Já nos circuitos monofásicos (F+N), a corrente do neutro deverá ser igual à corrente da fase, e ter as correntes fundamental e harmônica da carga. TABELA 03 - Seção reduzida do condutor neutro (Fonte: Material de apoio, prof. Idemir Pedro Rossetti - 2021) 2.1.16 Resistência A resistência de um condutor nada mais é do que um material que oferece passagem de corrente elétrica, onde converte parte da sua energia em calor. A resistência de um condutor depende de uma secção, comprimento e resistividade do material utilizado. Estes fatores se encontram na fórmula: R = ρ.L/A, onde, R é a resistência, ρ é a resistividade, L é o comprimento e A a secção. 2.1.17 Fabricação dos fios e cabos O material normalmente usado são vergalhões de cobre com 99% de pureza, onde o material bruto que chega nas fábricas é colocado em uma máquina para a trefilação. Primeiro o vergalhão bruto entra na máquina de trefilação monofilar. O
