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Instalações Elétricas, Prediais, Residencial e Industrial
Tipologia: Notas de estudo
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Compartilhado em 14/02/2013
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O carvão mineral, óleo combustível ou gás aquecem água e o vapor sob pressão gerado movimenta uma turbina que acoplada a um gerador transforma a energia cinética em energia elétrica.
Figura 1.4-Usina Termoelétrica Figura 1.5-Usina Jorge Lacerda-SC
Fonte: O Autor (2012) Fonte: O Autor (2012)
As usinas nucleares também são termoelétricas, onde a fissão controlada do urânio é a fonte primária de calor.
Figura 1.6-Usina Termonuclear Figura 1.7-Usina Angra 2-RJ
Fonte: O Autor (2012) Fonte: O Autor (2012)
Entre as formas alternativas de geração de energia elétrica, podemos citar: Eólica, Biomassa, solar Fotovoltaica, Geotérmica, Das Marés, Das Ondas,... O princípio do gerador baseia-se no princípio da indução magnética, no qual uma espira movimentando-se em um campo magnético gera uma tensão induzida através dos seus terminais:
Figura 1.8-Funcionamento Gerador
Fonte: MILLER,ROBBINS (2004)
A quantidade de energia gerada depende do tamanho do gerador, este varia com o tamanho dos eletroímãs, diâmetro dos condutores dos enrolamentos do rotor, etc. Nas pequenas propriedades que possuem vazão suficiente para a instalação de PCH´s (pequenas centrais Hidrelétricas) encontramos geradores de pequena potência, com tensões de 127 V ou 220 V. Nas grandes usinas geradoras, a tensão gerada é trifásica podendo chegar até 13,8 kV (13800V) com alta capacidade de corrente (quiloampéres - kA) e altas potências (megawatts - MW). *Veremos mais adiante todos estes conceitos de grandezas elétricas, tensão, corrente, resistência e potência. A energia elétrica precisa ser distribuída aos centros consumidores que estão na maioria das vezes milhares de quilômetros distantes, ficaria inviável economicamente transportá-la com as correntes originalmente geradas. O problema estaria na secção dos condutores envolvidos no transporte da energia, no custo dos mesmos, no peso das torres de transmissão, nos equipamentos das subestações, etc, estes custos seriam proibitivos. Para resolver este problema, próximo das unidades geradoras é construída a subestação elevadora que converte a tensão de 13,8kV para uma tensão muito maior (69kV, 138kV, 250kV, 500kV, 750kV, etc.), desta forma reduzindo a corrente nas linhas de transmissão e possibilitando o uso de fios com secção menor. Ao chegar aos grandes centros, a tensão é novamente reduzida nas subestações abaixadoras e trafega em 23,1 kV, 13,8 kV ou 69kV, desta forma possibilitando um aumento na capacidade de corrente que pode trafegar nas linhas. Por fim, das subestações abaixadoras a energia segue até nossas residências, passando pelos transformadores instalados nos postes de distribuição, onde a tensão é reduzida para a tensão de utilização dos diversos eletrodomésticos instalados (NAGEL,2008).
A energia elétrica gerada nos geradores, são produzidas em corrente alternada (CA), onde a amplitude da onda, alterna no decorrer do tempo, conforme Figura 1.9, estabelecendo uma forma de onda senoidal, que no nosso caso é estabelecida uma frequência de 60 Hz (ciclos por segundo). A energia que recebemos em nossa residência, comércio ou industriais, tem este formato em corrente alternada. A energia elétrica gerada por uma bateria é denominada em corrente contínua (CC), ou seja, não se alterna no decorrer do tempo. Todo equipamento eletrônico, converte a corrente alternada da rede para corrente contínua, através de suas fontes de alimentação, para poder ser utilizada em seus circuitos eletrônicos.
Figura 1.9-Formas de Onda CC e CA
Fonte: (NAGEL,2008)
Figura 1.10-Associação Série
Fonte: (NAGEL,2008)
Neste tipo de associação, a resistência equivalente do circuito (entre os pontos A e B) será a soma das resistências R1, R2 e R3. Em um circuito série, a resistência equivalente será: Equação 1.1 – Associação Série
1.4.2 Associação Paralela de Cargas
É aquela onde os terminais iniciais de cada resistor estão ligados juntos, bem como os terminais finais dos mesmos, conforme Fig. 9.11.
Figura 1.11-Associação Paralela
Fonte: (NAGEL,2008)
Neste tipo de associação, a resistência equivalente do circuito (entre os pontos A e B) será o paralelo das resistências R1, R2 e R3. Num circuito paralelo, a resistência equivalente é dada por:
Equação 1.2 – Associação Paralela
Podemos também calcular a resistência em um circuito paralelo aos pares, através da equação:
Figura 1.12-Associação Paralela
Fonte: (NAGEL,2008)
A 1a^ Lei de Ohm estabelece a relação em entre tensão, corrente e resistência. Antes de prosseguir vamos definir estas grandezas elétricas. Além da resistência existe outra relação entre tensão e corrente é a potência elétrica.
RAB R 1 R 2 R 3 Rn
RAB R R R Rn
Equação 1.3 – Associação Paralela dois Resistores
Tensão elétrica é a força que impulsiona os elétrons. A unidade de medida é o Volt, seu símbolo é (V).
Corrente elétrica é o movimento de cargas elétricas (elétrons) em um circuito. A unidade de medida é o Amper, seu símbolo é (A).
Resistência elétrica é a oposição à passagem da corrente elétrica. A unidade de medida é o Ohm, seu símbolo é (Ω). Potência elétrica é o trabalho realizado em determinado espaço de tempo, quanto maior a potência de um equipamento elétrico maior será sua capacidade em realizar trabalho. A unidade de medida é o Watt, seu símbolo é (W) (NAGEL,2008).
Nas Figs. 1.13 e 1.14, temos a, simplificação para o entendimento das derivações das fórmulas:
Figura 1.13 – Derivações de V=R.I Figura 1.14 - Derivações de P=V.I
Fonte: (ELLIOTT,2007) Fonte: (ELLIOTT,2007)
A Fig. 1,15 trás o formulário geral de eletricidade básica:
Figura 1.15 – Formulário Geral eletricidade
Fonte: O Autor (2012)
1.5.1. Exercícios 1a^ Lei de Ohm
a) Um forno elétrico possui uma potência de 1800 W quando ligado em 220 V. Calcule a resistência e a corrente consumida deste forno.
a (^) Lei de Ohm Equação 1.5 – Potência
Tabela 1.2- Resistividade e Coeficiente de Temperatura
Fonte: O Autor (2012)
1.6.1. Exercícios 2a^ Lei de Ohm
a) Determine a resistência de um condutor de cobre com 30 m de comprimento e 0, mm^2 de seção transversal à temperatura de 20 ºC.
b) Determine o comprimento necessário para que um fio de níquel-cromo de seção 1 mm2 apresente uma resistência de 10 Ω.
A maior parte dos equipamentos, dispositivos e máquinas elétricas, necessitam que a potência elétrica seja especificada no projeto ou na aquisição, por isso a potência elétrica é uma grandeza muito importante na eletricidade. Define-se potência elétrica como sendo, a grandeza que relaciona o trabalho elétrico realizado com o tempo necessário para sua realização. Enfim, potência elétrica é a capacidade de realizar um trabalho na unidade de tempo, a partir da energia elétrica. Em corrente alternada, podemos dividir a corrente elétrica em três segmentos:
1.7.1.Potência Ativa
Quando a carga alimentada é uma carga puramente resistiva, (ferro de passar roupas, chuveiro, etc.) dizemos que a potência é uma potência ativa, ou seja, toda a energia elétrica é
convertida em trabalho. O símbolo da potência ativa é o P e sua unidade é o Watt (W). Cos Ø é o fator de potência da carga.
Equação 1.7 – Potência Ativa
1.7.2.Potência Reativa
Existem cargas que não são puramente resistivas tais como motores, transformadores, etc. Estas cargas são chamadas cargas reativas e necessitam além da potência ativa a potência reativa, necessária para estabelecer o campo magnético que faz o motor funcionar. A potência reativa é simbolizada pela letra Q e sua unidade é o Volt-ampere reativo (VAr).
Equação 1. 8 – Potência Reativa
1.7.3.Potência Aparente
Em instalações que contenham diversas cargas (ativas e reativas) a potência total deve ser especificada pela potência aparente que é o produto da tensão pela corrente do circuito, ou como sendo a soma vetorial das potencias ativa e reativa, o símbolo da potência aparente é o S e sua unidade é o Volt-ampere (VA).
Equação 1.9 – Potência Aparente
Nas cargas reativas teremos sempre especificado o fator de potência, que relaciona a potência aparente com a potência ativa, ou seja, qual o percentual da energia elétrica consumida que efetivamente é transformada em trabalho. O símbolo do fator de potência é: FP ou cos Ø
Para cargas puramente resistivas o cos Ø é igual a 1, nas cargas reativas ele será sempre menor que 1. (NAGEL,2008).
Todas as grandezas elétricas estudadas até o momento podem ser mensuradas, ou seja, medidas. Para cada grandeza elétrica existe um instrumento de medição, conforme descrições abaixo. Existem instrumentos que são chamados de multímetros ou multitestes, que realizam medidas de várias grandezas.
1.8.1. Medição de Corrente Elétrica
O instrumento utilizado para medir a corrente elétrica é o amperímetro, este deve ser ligado em série com o componente do circuito que desejo conhecer a corrente elétrica circulante. Também podemos efetuar a leitura de corrente através de um alicate amperímetro, mostrado na figura 1.17, sem a necessidade de interromper o circuito para a medição.
Toda norma de segurança é um princípio técnico e científico, baseado em experiências anteriores, que se propõe a nos orientar sobre como prevenir acidentes em determinada atividade. Segurança do trabalho é um conjunto de procedimentos educacionais, técnicos, médicos e psicológicos empregados para evitar lesões a pessoas, danos aos equipamentos, ferramentas e dependências.
São equipamentos projetados a proteger o trabalhador dos riscos inerentes a determinada atividade.
2.1.1Equipamentos de Proteção Coletiva - EPC
São equipamentos instalados pelo empregador, nos locais de trabalho, para dar proteção a todos os que ali executam suas tarefas, preservando a integridade física do empregado no exercício das suas funções. Podemos citar entre eles:
· Fusíveis e disjuntores; · Andaimes; · Corrimão; · Placas e avisos; · Aspiradores de pó e gases; · Ventiladores e exaustores; · Tampas; · Extintores de incêndio; · Mangueira; · Hidrantes; · Guarda-corpos; · Barreira de proteção contra luminosidade e radiação; · Telas, etc.
2.1.2Equipamentos de Proteção Individual - EPI
São equipamentos de uso pessoal, cuja finalidade é proteger o trabalhador contra os efeitos incomodativos e/ou insalubres dos agentes agressivos. A NR-6 da Portaria nº 3214, de 08/06/78, do Ministério do Trabalho, regulamenta o assunto, tornando obrigatório o fornecimento gratuito do EPI pelo empregador e o uso, por parte do trabalhador, apenas para a finalidade a que se destina. Destacam-se entre eles:
Todo EPI deve ser verificado antes de ser usado (EPI defeituoso torna-se uma condição insegura). Para cada tipo de serviço existe um EPI apropriado.
2.1.3 Equipamentos de proteção individual do eletricista
Capacete contra impacto; Cinto de segurança; Botina vulcanizada para eletricista; Luvas de borracha para eletricista com luvas de cobertura; Porta-ferramentas; Óculos de segurança.
Não improvise instalações elétricas. Faça emendas resistentes e proteja-as com fita isolante, mantendo a bitola do fio. Substitua as instalações elétricas em mau estado. Recolha as instalações e equipamentos elétricos fora de uso. Faça o aterramento de todos os equipamentos. Não utilize tubulações e ferragens para o aterramento. Avise os trabalhadores antes de desligar um circuito. Verifique as instalações das máquinas e equipamentos antes do início das atividades. Conserve as suas ferramentas de trabalho em bom estado.
Choque elétrico é um estímulo rápido e acidental do sistema nervoso do corpo humano, pela passagem de uma corrente elétrica.
b – Cumpra as instruções, evite improvisar. c – Use o equipamento de proteção adequado. d – Use a ferramenta adequada e sem defeitos. e – Não brinque e não se arrisque à toa. f – Ordem, arrumação e limpeza são vitais. g – As falhas devem ser comunicadas ao chefe, se for o caso. h – Levante pesos corretamente – peça ajuda. i – Você é o responsável pela sua segurança/equipe. j – Em caso de acidente, informe à sua chefia, quando houver, ou procure socorro médico. k – Utilize a isolação ou desligue a energia.
2.7.2 Regras para o trabalho com energia elétrica
a – Todo circuito sob tensão é perigoso. b – Use os equipamentos e isolações adequados. c – Só utilize ajuste ou repare equipamentos e instalações elétricas, quando autorizado. d – Sempre que possível, desligue os circuitos antes do trabalho – use avisos e trancas. e – Antes de religar, verifique se outra pessoa não está trabalhando com o mesmo circuito.
Neste capítulo trataremos de vários circuitos utilizados em instalações elétricas residenciais e prediais, focando atividades práticas subsidiando conhecimentos e técnicas para o exercício da atividade de eletricista instalador residencial e predial.
Condutor Elétrico é todo material capaz de conduzir ou transportar a energia elétrica, na maioria dos casos o condutor elétrico é feito de cobre eletrolítico e em certos casos, de alumínio. Um condutor pode ser feito de fio maciço, rígido, ou composto de diversos fios mais finos entrelaçados formando um condutor flexível, tanto um como outro é chamado de condutor unipolar e consiste em um condutor e sua isolação. Quando temos dispostos diversos condutores, não isolados entre si, teremos um cabo unipolar, que também é composto pelo condutor (vários fios) e a isolação, podendo ainda existir uma terceira camada que tem a função de proteção mecânica(NAGEL,2008). Quando temos diversos condutores isolados entre si formaremos um cabo multipolar, que é composto por dois ou mais condutores com isolação e mais a proteção mecânica. A figura 3.1 mostra as situações:
Figura 3.1 – Condutores elétricos
Fonte: (NAGEL,2008)
Pode parecer a princípio, que um condutor é algo banal, apenas um meio de interligação da rede até a carga. Cabe lembrar, que a escolha errada do condutor (bem como dos dispositivos de proteção) pode acarretar em graves acidentes, desde a exposição acidental a choques elétricos até incêndios com prejuízos de alta monta, cabendo a responsabilidade ao projetista ou ao instalador. A principal causa dos problemas em condutores está no aquecimento, quer seja o do meio onde o condutor está, quer seja aquele imposto pela passagem da corrente. Um condutor com seção menor do que a necessária irá aquecer em demasia, assim como a utilização de condutores com a camada isolante imprópria para o meio também trará problemas(NAGEL,2008). Os dois compostos isolantes mais utilizados no Brasil são o PVC(cloreto de polivinila), o EPR(borracha etileno-propileno) e o XLPE(polietileno reticulado). Em relação à isolação, a utilização do PVC está limitada a 6 kV enquanto o EPR pode ser usado até 138 kV (o limite de isolação também depende da espessura da camada isolante).
