Curso Eletroeletrônica Básica, Manuais, Projetos, Pesquisas de Eletrotécnica

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NOÇÕES BÁSICAS

DE

ELETROELETRÔNICA

PRÁTICA

Heleno do Carmo Mutti Bragança Paulista - SP

APRESENTAÇÃO

Através destas breves palavras, eu gostaria de justificar o que me levou a dar o início a este trabalho. Desde adolescente, sempre tive interesse pela eletrônica, o que me levou a fazer como muitos profissionais já formados o fizeram como ponto de partida, um Curso de Eletrônica por correspondência. Ao iniciar este curso consegui adquirir conhecimentos básicos o suficiente para ter os primeiros contatos com os equipamentos eletrônicos. Através do contato físico com os componentes e realizando pequenas montagens e experiências, foi possível conhecer e entender o funcionamento dos componentes básicos utilizados na eletrônica e elétrica. Graças a uma oportunidade que me foi concedida em uma Assistência Técnica em Eletrônica, como aprendiz, foi possível dar início na minha atual profissão, pois ao contrario do que muitos dizem estes cursos oferecem um bom conteúdo teórico, basta se dedicar aos estudos!!! Mas infelizmente, a grande maioria dos jovens não possui recursos financeiros para adquirir tais cursos como ponto de partida e assim dificilmente conseguirão ingressar no mercado de trabalho como aprendiz por falta de qualificação profissional. Por eu ter sido contemplado por uma bolsa de estudo para o Curso Técnico Profissionalizante em Eletroeletrônica no INTEP (FESB), além de agradecer primeiramente a DEUS, eu assumi um compromisso comigo mesmo, que, após o término do curso, eu passaria a trabalhar e oferecer aos jovens de baixa renda a oportunidade de conhecer uma nova profissão. Nos dias de hoje esta cada vez mais crescente a área da eletrônica, e com isso aqueles que estiverem mais preparados terão maiores chances no mercado de trabalho. Além de uma forma de agradecimento, o objetivo deste projeto, é de afastar os jovens de situações negativas oferecendo aos jovens Noções Básicas de Eletroeletrônicas através de fundamentos teóricos essenciais e idéias práticas, para que possam entender praticando e conseqüentemente montar e elaborar projetos como base de trabalhos para feiras e demonstrações. Com isso eu espero estar contribuindo para despertar nos jovens o interesse pela profissão. Dentro dos objetivos também esta a intenção de capacitar os jovens a realizar pequenas montagens, tudo isso com o intuito de adquirir prática e interesse pelo assunto. Com isso cada um poderá decidir em dar continuação em seus estudos aperfeiçoando seus conhecimentos técnicos através de entidades profissionalizantes ou usar o conhecimento básico apenas como hobby. Para aqueles que decidirem seguir esta profissão, após a conclusão deste curso terão um diferencial em relação aos demais iniciantes, pois não chegarão amanhã ou depois em uma entidade de ensino sem conhecimento algum. Espero que através deste projeto eu possa contribuir e passar algo de útil a cada um de vocês, e que este projeto em si possa tornar-se realidade. Desejo realmente que os participantes deste projeto consigam adquirir conhecimentos, e que através deste trabalho eu possa estar contribuindo para o desenvolvimento do nosso país.

Um abraço!

Heleno

INTRODUÇÃO

ELETRICIDADE ONIPRESENTE

As primeiras observações sobre a eletricidade e magnetismo datam de séculos antes de Cristo. Os gregos observaram que alguns materiais, especialmente o âmbar (resina fóssil de pinheiro), tinham a propriedade de se atraírem ou repelirem – atração e repulsão de cargas elétricas. De ELEKTRON (âmbar, em grego) derivou-se a palavra inglesa ELECTRON – elétron, por sugestão do físico Irlandês Stoney, em 1881. Da palavra ELETRÓN derivou-se a palavra eletricidade. Nossa vida diária depende muito mais da eletricidade do que geralmente supomos. Iluminar, aquecer, refrigerar são apenas algumas de suas aplicações imediatas. Além de fornecer forças para o funcionamento de inúmeras máquinas, a eletricidade esquenta, ilumina, comanda sem intervenção humana máquinas e ciclos de trabalho, com a mais rigorosa precisão. As ondas eletromagnéticas localizam com precisão navios e aviões. E finalmente tornou-se possível a exploração do espaço. A eletricidade representa a forma de energia das mais valiosas. È fácil de transportar, transforma-se sem dificuldades em outras formas de energia, pode ser usada em qualquer lugar, e é relativamente barata. O consumo de energia elétrica em um país traduz seu padrão de vida. A produção de energia elétrica vem aumentando sensivelmente no decorrer das últimas décadas, mas a demanda cresce sem parar.

ESTRUTURA DA MATÉRIA

Tudo que existe no universo, desde estrelas e planetas situados nos pontos mais afastados, até a menor partícula, é constituído de matéria, que pode se apresentar das mais variadas formas. Por outro lado, a menor parte da matéria, sem que a mesma perca a suas características originais, é denominada molécula. Agora se dividirmos as moléculas, elas perderão suas características, obtendo-se, nesta divisão, partículas denominadas átomos. Os átomos são compostos por partículas infinitesimais (muito pequenas), denominadas prótons, nêutrons e elétrons. Os prótons e nêutrons estão localizados no núcleo. Enquanto prótons comportam-se como carga elétrica elementar positiva, nêutrons não possuem carga elétrica. Os elétrons estão ligados na eletrosfera e possuem carga elétrica negativa. A disposição das partículas do átomo (prótons, nêutrons e elétrons), conforme a teoria atômica, foi proposta pelo físico dinamarquês NIELS BOHR (1885-1962) que caracteriza uma semelhança muito grande como o nosso sistema solar, ou seja:

• O núcleo representa o sol, e é constituído por prótons e nêutrons; e
• Os elétrons giram em volta do núcleo em órbitas planetárias.

Os elétrons que giram em órbitas mais externas do átomo são atraídos pelo núcleo com menor força do que os elétrons das órbitas mais próximas. Estes elétrons mais afastados são denominados elétrons livres , e podem com muita facilidade, desprender-se de suas órbitas. Devido a essa característica, podemos dizer que:

Os elétrons livres sob uma tensão elétrica darão origem a uma corrente elétrica.

Como cada átomo possui número fixo de elétrons, é difícil imaginar que estes possam carregar uma corrente “fluída” como a eletricidade. O fenômeno foi primeiramente explicado pela existência de elétrons ditos “livres” ; seus movimentos independentes arrastariam a corrente elétrica por entre os átomos. Estudos posteriores demonstraram que em condutores elétricos (quase sempre metálicos) o elétron pode abandonar sua órbita, caso outro ocupe instantaneamente seu lugar. O movimento provoca efeito idêntico no elétron vizinho, e assim por diante. O impulso dado no início do condutor propaga-se por toda a sua extensão.

A ELETRICIDADE

“ Eu sou a força inesgotável que move grandes máquinas, forneço luz que concorre até com o Sol, aqueço e também esfrio; sou o sopro invisível que conduz mensagens e sons a todos os recantos do mundo; sou o impulso poderoso que arrasta locomotivas, veículos rápidos e barcos enormes. Com o meu auxílio o homem sulca os ares, baixa ao fundo do mar, penetra até as entranhas do nosso planeta. Sob minha influência maravilhosa, os motores palpitam, os corpos fundem-se e volatizam-se e, em uma faísca majestosa, forjo, fundo e ligo os metais mais resistentes. Meu poderio é incalculável, porém submisso ao homem, que conhece meus segredos; sob sua sábia direção levo a civilização até aos mais recônditos confins do mundo; sou a base do progresso: eu sou a eletricidade ”. Nossa vida diária depende muito mais da eletricidade do que nós imaginamos, é tão importante que nossa vida seria praticamente impossível sem sua existência, e muitas vezes não damos conta de sua importância, somente no momento de sua falta.

CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE

• Formas de Energia
• Geração de Energia
• Eletricidade

TIPOS E FORMAS DE ENERGIA

CONCEITOS INICIAIS

Energia pode ser definida como sendo a capacidade de realizar trabalho.

TIPOS

Energia Mecânica ou Energia de Movimento

Observe um Guindaste.

Ele utiliza a energia mecânica de seus motores e engrenagens para realizar o trabalho de erguer e movimentar a carga.

Energia Elétrica

A energia elétrica é uma forma de energia que tornou-se no decorrer dos tempos parte integrante e fundamental das nossas atividades e que muitas vezes só nos damos conta no momento da sua falta. É uma forma de energia extraordinária que pode ser transformada em outra forma de energia, sem muitas dificuldades e com custos reduzidos. Veremos alguns exemplos de utilização da energia elétrica, que nos dá uma pequena idéia do quanto é importante na vida do homem.

Energia Térmica ou Calorífica

Energia Luminosa

Energia Sonora

Energia Cinética ( movimento)

Turbina

Assemelha-se a uma roda d’água.

Moinho de vento Também podemos aproveitar a energia dos moinhos de vento para obter energia elétrica.

Usinas Termoelétricas Podemos também aproveitar a energia gerada nas caldeiras a vapor e teremos uma usina termoelétrica.

Usinas termonucleares Nas usinas atômicas, aproveita-se o calor resultante da desintegração do átomo e recai-se no sistema usado nas usinas termonucleares.

Fissão – Ruptura do núcleo atômico acompanhada da liberação de grande quantidade de energia. Volatiliza – Reduzir-se a gás ou vapor.

TRANSMISSÃO DA ENERGIA ELÉTRICA

A etapa seguinte é a transmissão, que consiste no transporte da energia elétrica, a qual nem sempre é aproveitada na zona onde é produzida. Quando empregada a centenas de quilômetros de distância, a energia é transportada do ponto de geração aos centros de consumo por meio de linhas aéreas, em tensões elevadas para evitar perdas de energia elétrica no transporte entre a usina e aos centros de consumo. As tensões são elevadas através de um equipamento chamado Transformador Elevador de Tensão (Subestação Elevadora).

Subestação Elevadora Dentro destas subestações, são colocados os transformadores elevadores, que recebem dos geradores as tensões de 6,9KV, 13,8KV ou 18KV e elevam-nas para as tensões de transmissão, que são de 69KV, 138KV, 230KV, etc.

Subestação Abaixadora Após percorrer centenas, milhares de quilômetros, através de torres de transmissão, esta energia chega às subestações de energia elétrica localizadas próximo aos grandes centros consumidores. A função das subestações é abaixar a alta tensão para tensão de distribuição de 34,5KV e 13,8KV. Esta redução é feita através de um Transformador Abaixar de Tensão.

GRANDEZAS ELÉTRICAS FUNDAMENTAIS

Os efeitos da eletricidade são possíveis devido aos seguintes fatores:

• Corrente elétrica
• Tensão elétrica
• Potência elétrica
• Resistência elétrica

Corrente Elétrica

Vimos que os átomos são formados por minúsculas partículas , e que na eletrosfera existem elétrons girando em torno do núcleo. Vimos também que existem elétrons que estão bem afastados do núcleo, e que podem se desprender com facilidade. Num condutor, esses elétrons se movimentam de forma aleatória , ou seja, de forma desordenada, estimulados por pequenas quantidades de energia, até mesmo pela temperatura ambiente. No entanto, a partir do momento que esses elétrons livres movem-se ordenadamente, temos aí a corrente elétrica.

Portanto, corrente elétrica é o movimento ordenado dos elétrons livres no interior de um condutor elétrico, sob a influência de uma fonte de tensão elétrica. Tal deslocamento procura, restabelecer o equilíbrio desfeito pela ação de um campo elétrico e outros meios. Então a corrente elétrica é o fluxo de cargas que atravessa a secção reta de um condutor, na unidade de tempo. A corrente elétrica é representada pela letra “I”. A unidade de medida da intensidade de corrente elétrica é o AMPÉRE (A). Para medir a corrente elétrica que atravessa o circuito, emprega-se o aparelho chamado AMPERÍMETRO (A).

Esse aparelho é usado sempre ligado em série com o circuito; uma vez inserido no circuito, é atravessado pela sua corrente.

Movimento de forma aleatória (Desordenada) Movimento de forma ordenada

Somente haverá corrente elétrica quando houver a formação de um circuito fechado.

Tipos de correntes

Podemos classificar a corrente elétrica em função do tipo de movimento que as cargas elétricas efetuam. Há dois tipos de movimentos: o contínuo e o alternado, resultando daí os dois tipos de corrente elétrica, que são: corrente contínua e corrente alternada. Para explicar o movimento de ambas correntes, usarei a água como exemplo de comparação.

Corrente Contínua

Chama-se corrente contínua o movimento das cargas elétricas em um só sentido. Esse movimento pode ser comparado ao da água no interior de uma canalização, ao do curso de um rio, etc... Nos dois exemplos citados, o movimento se faz sempre em um só sentido, que é do ponto mais alto para o ponto mais baixo.

Circuito fechado - há corrente circulando Lâmpada acesa

Circuito aberto – não há corrente circulando Lâmpada apagada

Quando se abre a válvula a água se move da caixa de cima para a caixa de baixo, e somente neste sentido.

Nesta figura, podemos identificar uma pilha (que é o gerador de eletricidade), um fio (condutor), uma lâmpada (carga) e um interruptor (que interrompe o movimento das cargas elétricas). O arranjo desses componentes chama-se circuito elétrico. Ligando-se o interruptor, as cargas elétricas passarão a mover-se do pólo positivo da pilha para o negativo (sentido convencional) e somente neste sentido.

Freqüência

Para sabermos se algum acontecimento é lento ou rápido, devemos compará-lo no tempo, ou seja, aquele que acontece em menor tempo é, evidentemente, mais rápido. Desta maneira, para definir corretamente a freqüência, costuma-se compara-la com a unidade de tempo, que é o segundo. Assim, podemos dizer que: Freqüência de uma corrente alternada é o número de vezes que um pico e um vale se sucedem, em um segundo. A cada sucessão de um vale e um pico chamamos de um ciclo; logo podemos dizer também que: Freqüência é o número de ciclos completos por segundo É simbolizada pela letra f.

Período Período é o tempo que se leva para completar um ciclo. Seu símbolo é T para o tempo. Tomando como exemplo uma freqüência de 100HZ, o período seria igual a 0,01 segundos, ou 1/100. O período é desta maneira, o inverso da freqüência. T = 1 / f ou f = 1 / T

Unidade de freqüência

Atualmente, no mundo todo, dá-se à unidade de freqüência o nome de HERTZ e abrevia-se por Hz. Assim, uma corrente alternada tem a freqüência de um Hertz, quando ela efetua um ciclo no intervalo de um segundo. Ciclos / segundo = Hertz (Hz). As correntes industriais, como as utilizadas nas cidades, para iluminação e acionamento de aparelhos elétricos, tem geralmente a freqüência de cinqüenta e sessenta Hertz. No Brasil , a quase totalidade das correntes alternadas é de 60 Hz. Em eletrônica, porém, trabalha-se com freqüências de todos os valores, isto é, desde alguns Hertz, até bilhões e bilhões de Hertz; por isso, é mais pratico usar-se os múltiplos do Hertz. Os mais utilizados em rádio, televisão e telecomunicação são:

Quilohertz , cuja abreviação é KHz e cujo valor é de mil Hertz. Assim podemos citar as emissoras de radiodifusão de ondas médias, que indicam sempre suas freqüências em quilohertz.

Megahertz , que equivale a um milhão de hertz e é abreviado por MHz. As emissoras de radiodifusão de ondas curtas indicam suas freqüências em megahertz. As emissoras de televisão, embora não tenham o hábito de indicar as freqüências em que trabalham, operam em freqüências que vão desde cinqüenta e quatro até cerca de um milhar de megahertz.

Gigahertz , que equivale a mil megahertz e é representado por GHz. Os sistemas de transmissão que estão unindo o Brasil de ponta a ponta, operam com freqüências em gigahertz, através dos sistemas de transmissão via satélite , por exemplo: antenas parabólicas, TV por assinaturas, etc., trabalham com freqüências em gigahertz (GHz). Além disso, temos o campo da computação, que evolui com uma velocidade surpreendente, onde se trabalha com velocidades de operação dos processadores em gigahertz.

Tensão elétrica

Até agora vimos que a corrente elétrica é o movimento das cargas elétricas através dos corpos. Como sabemos, o movimento só acontece quando se aplica uma força a um corpo qualquer. Então surge a pergunta: Porque as cargas elétricas se movem? A resposta é imediata: Porque a elas é aplicada uma força. A força que obriga as cargas elétricas a se movimentarem através dos condutores, ou seja, a força que produz a corrente elétrica é chamada de força eletromotriz. Os dispositivos que possuem força eletromotriz são chamados de geradores. Assim, a pilha possui força eletromotriz, portanto é um gerador. Outros exemplos de geradores são os dínamos e os alternadores. A força eletromotriz, além de movimentar as cargas do circuito externo, tem que movimenta-las também em seu interior. Como a pilha é um corpo com resistência, uma parte de sua energia é consumida em seu interior; logo, o que resta para o circuito externo é a força eletromotriz menos a parcela usada no interior da pilha. Essa diferença é chamada de diferença de potencial ou diferença de tensão elétrica. Assim, qualquer que seja o tipo de gerador, em seus terminais externos recolhe-se somente a diferença de potencial ou tensão e nunca sua força eletromotriz. A diferença de potencial é a terceira grandeza elétrica fundamental da eletricidade. Toda vez que unirmos um condutor elétrico a dois pólos entre os quais exista uma diferença de potencial (gerador), estaremos obrigando as cargas elétricas a se movimentarem, criando assim a corrente elétrica.

Unidade de medida da diferença de potencial

A unidade de medida da diferença de potencial ou simplesmente tensão elétrica recebe o nome de VOLT e é representada pela letra V , portanto, a diferença de potencial existente entre dois pontos do circuito é medida em volt. O aparelho usado para medir a tensão de um circuito é o voltímetro , que é sempre ligado em paralelo com o circuito entre os quais se deseja conhecer a diferença de potencial.

Observe desde já, a dependência entre o volt e o ampère, pois essa dependência permitirá enunciar a lei mais importante da eletricidade, conhecida como Lei de OHM.

Assim, diremos que se chama de OHM a unidade de medida da resistência elétrica. Essa unidade é simbolizada pela letra grega Ω. A unidade OHM admite múltiplos e submúltiplos, isto é, valores maiores e menores que ela. Na prática de eletrônica, os múltiplos têm emprego muito maior que os submúltiplos. Dentre os múltiplos os mais freqüentemente usados são os seguintes: Quilohm , que corresponde a mil ohms e é representado pó KΩ. Megohm , que vale um milhão de ohms. Esse múltiplo é abreviado por MΩ.

Diremos, então, que: “OHM é a resistência de um condutor que, submetido à diferença de potencial de um volt, é percorrido pela corrente de um ampère”.

Classificação dos condutores quanto à resistência.

De acordo com a resistência que um corpo ou condutor ofereça à passagem da corrente, ele pode ser classificado em: bom condutor, mal condutor, semicondutores e isolantes.

Resistência e resistor

Durante a vida profissional, os termos “resistência” e “resistor” certamente serão encontrados como sinônimos, isto é, indicando a mesma coisa, mas, na realidade, isto não corresponde a verdade. De fato, dá-se o nome de resistência à propriedade que tem um corpo de resistir à passagem das cargas elétricas de resistor , ao corpo que possui esta propriedade.

Potência elétrica

Conceitos de energia e trabalho

1-Trabalho Para se ter trabalho não basta que exista esforço (força); é necessário também que haja mudança de posição (deslocamento) do corpo sobre o qual age esforço. Podemos, então, definir o trabalho como “o produto de uma força pelo deslocamento que ela produz”. 2- Energia Quando dizemos que uma pessoa tem muita energia, estamos afirmando que ela é capaz de produzir bastante trabalho, isto é, que tem bastante vontade de fazer as coisas. Podemos dizer, então, que “energia é a capacidade de produzir trabalho”.

Diferença entre trabalho e energia : O trabalho é um deslocamento produzido por um esforço, ao passo que a energia é simplesmente a “possibilidade” de fornecer trabalho. Como exemplo de energia diremos que um lago no alto de uma montanha, representa energia, pois, se ligarmos um cano do lago até o ponto mais baixo, seria possível movimentar uma roda mecânica e acionar, por exemplo, uma turbina (energia hidráulica). Uma mola espiral, contraída, possui energia, porque, se soltarmos ela será capaz de empurrar um corpo que esteja em sua frente (energia mecânica). Note, nestes exemplos, que em nenhum caso houve criação de energia, mas somente transformação de uma forma de energia em outra. A transformação da energia elétrica em energia térmica recebe o nome de efeito Joule. Esse efeito é devido aos choques sucessivos das partículas da corrente elétrica com a estrutura cristalina do material. Como energia é a capacidade de produzir trabalho, costuma-se definir a potência levando em conta a energia e tempo. Assim, definiremos potência como “a energia que pode ser fornecida ou recebida em uma unidade de tempo”, ou seja, potência elétrica é a medida da quantidade de energia elétrica, fornecida ou recebida por um elemento do circuito, num determinado intervalo de tempo.

Unidades de energia

As unidades de potência que mais se empregam em eletricidade são o WATT e o HP (house-power ou cavalo de força). 1- Potência elétrica em Watts. A potência elétrica em Watts de um circuito é dada pelo produto da tensão (em volts) entre seus terminais, pela intensidade da corrente elétrica (ampère) que o atravessa. A equação matemática de potência em watts pode ser expressa por: ( P ) Potência (watts) = ( V ) tensão (volts) X ( I ) corrente (ampères)

Assim, quando dizemos que um equipamento, como, por exemplo, uma furadeira elétrica A, é menos potente ou tem menor potência que a outra B, é porque a primeira não consegue perfurar a parede em menos tempo.

P = V x I