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Apostila comandos elétricos industriais
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
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Compartilhado em 11/03/2020
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Campus I – Belo Horizonte
Maio de 2015 (^) Departamento de Engenharia de Materiais
Campus I – Belo Horizonte Av. Amazonas 5253 - Nova Suiça - Belo Horizonte - MG - Brasil CEP 30.421-169 - Telefone: +55 (31) 3319-
Campus I – Belo Horizonte Av. Amazonas 5253 - Nova Suiça - Belo Horizonte - MG - Brasil CEP 30.421-169 - Telefone: +55 (31) 3319-
BIOGRAFIA
André Barros de Mello Oliveira nasceu em Belo Horizonte, Minas Gerais, em 17 de julho de 1969.
Formou-se em Engenharia Industrial Elétrica pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas
Gerais (CEFET-MG), em dezembro de 1992. Obteve o título de Mestre em Engenharia Elétrica pela
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), em dezembro de 1998, na área de Eletrônica de
Potência. Atuou como professor em Escolas de formação técnica em Belo Horizonte, como o SENAI, a
Utramig, o SESI e o CEFET-MG, até 2001. De 2001 a 2006 foi professor/pesquisador nos cursos de
Engenharia de Telecomunicações e de Engenharia Elétrica do Centro Universitário de Belo Horizonte
(Uni-BH). Desde outubro de 2006 é professor efetivo do CEFET-MG, atuando inicialmente no campus
Varginha (2006 a 2014), nos cursos técnicos de Informática Industrial e Mecatrônica. Atualmente é
professor do DEMAT, Departamento de Engenharia de Materiais, no campus I, em Belo Horizonte, onde
leciona nos cursos técnicos de Mecatrônica, Eletromecânica e Mecânica.
Lista de Abreviaturas
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas - atua em todas as áreas técnicas do país. Os textos
das normas são adotados pelos órgãos governamentais (federais, estaduais e municipais) e pelas firmas.
Compõe-se de normas: NB, TB (terminologia), SB (simbologia), EB (especificação), MB (método de
ensaio) e PB (padronização).
AC – Alternating Current (corrente alternada).
ANSI – American National Standards Institute , Instituto de normas dos Estados Unidos que publica
recomendações e normas em praticamente todas as áreas técnicas. Na área dos dispositivos de comando
de baixa tensão, tem adotado frequentemente especificações da UL e da NEMA.
AT – Alta Tensão.
BT – Baixa Tensão.
CA – Corrente Alternada.
CC – Corrente Contínua.
CNC – Controle Numérico Computadorizado.
CV – Cavalo-Vapor, unidade de potência mecânica, correspondente a 736 Watts.
DC – Direct Current (corrente contínua).
DIN – Deutshe Industrie Normen , Associação de normas industriais alemãs. Suas publicações são
devidamente coordenadas com as da VDE.
fem – força eletromotriz.
FT – Relé de Sobrecarga.
IEC – International Electrotechinical Comission. Comissão formada por representantes de todos os
paises industrializados. As recomendações do IEC, publicadas por esta comissão, são normalmente
adotadas na íntegra pelos diversos paises ou, em outros casos, está se processando uma aproximação das
normas nacionais ao texto destas internacionais.
HP – Horse-Power , unidade de potência mecânica, correspondente a 746 Watts.
K – Contator.
KT – Relé de Tempo.
MI – Motor de Indução.
MIM ou MM – Motor de Indução Monofásico.
MIT – Motor de Indução Trifásico.
NA – Normalmente Aberto (relativo ao tipo de contato de uma chave).
NEMA – National Electrical Manufactures Association , Associação americana dos fabricantes de
materiais elétricos.
NF – Normalmente Fechado.
- Rendimento.
RPM (ou rpm) – Rotações por minuto.
UL – Underwriters’ Laboratories Inc ., entidade nacional de ensaio da área de proteção contra incêndio,
nos Estados Unidos, que entre outras coisas, realiza ensaios de equipamentos elétricos e publica as suas
prescrições.
VCC – Tensão Contínua (o mesmo que VDC).
VDE – Verband Deutscher Elektrotechniker, Associação de normas alemãs que publica normas e
recomendações da área de eletricidade.
VF – Tensão de Fase (tensão elétrica entre fase e neutro, VFN).
VL – Tensão de linha (tensão elétrica entre duas fases, VFF).
Alfabeto Grego
**Prefixos SI
10 -^3 mili m 10 -^6 micro (^) 10 -^9 nano n 10 -^12 pico p 103 quilo k 106 mega M 109 giga G 1012 tera T
"Escola de Atenas", Rafael Sanzio. Retrata filósofos gregos e personalidades da época do pintor. Fonte: http://www.drsa.com.br/wp-content/uploads/2010/10/escola_atenas_rafael.jpg.
Acionamentos e Comandos Elétricos CEFET-MG
Capítulo 1 - Revisão de conceitos e aplicações de Corrente Alternada (CA)
1.1 – Introdução
No Brasil, a energia elétrica que é fornecida às residências, indústria e comércio, em geral, é
produzida nas usinas hidrelétricas, onde ocorre a conversão de energia mecânica em elétrica (produção de
tensão alternada pela rotação do eixo de um gerador trifásico, através de uma turbina acionada pela força
da água).
Em uma usina hidrelétrica, a água represada possui energia potencial gravitacional que se converte
em energia cinética. Essa energia cinética é transferida às turbinas, que movimentam o gerador. Este, por
sua vez, converte essa energia cinética em energia elétrica a qual será enviada através de condutores ao
seu destino, através das linhas de transmissão (da usina geradora até as subestações de distribuição) e das
linhas de distribuição (das subestações aos consumidores).
Outras formas de se obter energia elétrica estão ilustradas na Figura 1.1: energia eólica (força dos
ventos para tocar o eixo do gerador), energia solar, energia nuclear etc.
As Figuras 1.2a e 1.2b mostram as partes constituintes de uma usina hidrelétrica.
- Questão importante: qual é a função do canal na entrada do duto? Responda se possível, com
suas palavras.
Acionamentos e Comandos Elétricos CEFET-MG
A Figura 1.3 mostra um zoom sobre a
operação da turbina. Note-se que o seu eixo é que
aciona o gerador de energia elétrica.
A Figura 1.4 mostra um perfil da represa
Grand Coulee que é atualmente a terceira usina
hidroelétrica mais potente do mundo.
A represa, localizada no Rio Columbia
(EUA), possui cerca de 1,6 km de comprimento,
e o dobro da altura das Cataratas do Niágara.
A sua construção foi iniciada em 1933,
tendo sido inaugurada a 22 de março de 1941,
quando possuía a maior capacidade de geração de
eletricidade do mundo – aproximadamente 21000
GWh/ano. Fonte:
Figura 1.3 – Esquema de uma turbina que aciona um gerador de uma usina hidrelétrica^1.
1 Fonte: http://www.eletrica.ufpr.br/~jean/Eletrotecnica/Material_Didatico/Aula03_Sistemas_Trifasicos.ppt
Acionamentos e Comandos Elétricos CEFET-MG
Figura 1.6 – Descida do rotor do gerador da Unidade Geradora 1 (turbina) da Usina Hidrelétrica Estreito. Fonte: http://www.pnegrao.com.br/2010/12/montagem-da-primeira-unidade-geradora.html.
A usina hidroelétrica de ITAIPU, nacional, é uma das que mais produz eletricidade (veja a
matéria a seguir, dados de 2010). É um empreendimento binacional desenvolvido pelo Brasil e pelo
Paraguai no Rio Paraná. A potência instalada da usina é de 12.600 MW (megawatts), com 18 unidades
geradoras de 700 MW cada. A Figura 1.7 mostra o seu aspecto de sua barragem.
Itaipu fecha 2010 com geração de 85,9 milhões de MWh
Fonte: www.itaipu.gov.br/sala-de-imprensa/noticia/itaipu-fecha-2010-com-geracao-de-859-milhoes-de-mwh
A Tabela 1.1 mostra uma comparação de alguns aspectos técnicos entre as usinas de Itaipu e a de
Três Gargantas (chinesa).
Acionamentos e Comandos Elétricos CEFET-MG
Turbinas 20 32 (6 subterrâneas) Potência nominal 700 MW 700 MW
Potência instalada 14.000 MW
22.400 MW (quando completa, em
Recorde de produção anual
94,7 bilhões kWh/ano (2008) 84,3 bilhões kWh/ano (2010)
Produção anual 85,9 bilhões kWh/ano (2010) 84,3 bilhões kWh/ano (2010) Concreto utilizado 12,57 milhões m³ 27,94 milhões m³ Altura 196 metros 181 metros
Comprimento da barragem
7.744 metros (concreto, enroscamento e terra) 175 metros (dique de Hernandárias)
4.149 metros (concreto 2.309 m e dique Maoping 1.840 m)
Vertedouro - capacidade de vazão
62.200 m³/s 120.600 m³/s
Escavações 63,85 milhões m³ 134 milhões m³ Número de pessoas reassentadas
40 mil 1,13 milhão
Acionamentos e Comandos Elétricos CEFET-MG
1.2.1 - Princípio de funcionamento de um gerador elementar
O condutor (na prática uma bobina) é girado por uma turbina a vapor ou qualquer outra forma de
energia mecânica. Esta rotação provoca uma alteração contínua no fluxo magnético em torno do
condutor, o que faz surgir uma tensão induzida sob forma senoidal no mesmo. A Figura 1.12a mostra uma
espira inclinada em relação às linhas de campo magnético (pelo vetor B
).
Figura 1.12 – (a) Espira da Figura 1.8 inclinada por um ângulo alfa () em relação às linhas de campo magnético B. (b) A mesma espira girando na região de campo magnético, o que produz uma tensão senoidal nos seus terminais. Fonte: http://macao.communications.museum/images/exhibits/small/2_4_1_1_por.png
1.2.2 - Lei de Faraday – F.E.M. induzida
Está associado à quantidade de linhas de indução magnética que atravessa a superfície delimitada
por uma espira (1.1).
B A. .cos (1.1)
Acionamentos e Comandos Elétricos CEFET-MG
Onde:
determinado entre a reta normal à superfície e a direção do vetor
indução.
“A f.e.m. em volts, induzida em um circuito é igual ao negativo
da taxa de variação com que o fluxo magnético através do circuito
está mudando no tempo”. (Michael Faraday, 1791-1867 – Figura
1.13). Matematicamente a Lei de Faraday é expressa por (1.2):
(1.2)
A variável N, nesta equação, é o número de espiras e o sinal negativo indica a polarização da
f.e.m. induzida (Lei de Lenz).
Para uma variação infinitesimal (valores do delta, , tendendo para zero), utiliza-se a derivada,
d/dt. Logo, para uma função cosenoidal - veja a Equação (1.1):
A função seno é a derivada do co-seno, daí:
Onde k = B.A.N é o valor máximo da tensão ou f.e.m. induzida. Logo, teremos
max em = 90 graus (sen 90 o = 1).
min em = 270 graus (sen 270 o = - 1).
A Figura 1.14 mostra a formação de uma senóide de acordo com o giro de uma espira. Pela
Equação (1.4), determina-se o valor da f.e.m. induzida nos instantes 1, 2, 3, 4 e 5.
Outra interpretação da formação da senóide da Figura 1.13 leva em conta que:
de fluxo magnético. A variação máxima ocorre nos intervalos entre os instantes 1 e 2 (variação max
positiva), 2 e 3 (max negativa), 3 e 4 e 4 e 5.
