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Instalações Elétricas Prediais AENG04482
Prof. Luiz Fernando Gonçalves
AULA 2 – Conceitos Fundamentais
Porto Alegre - 2012
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TópicosEnergia elétricaFontes de eletricidadeFontes de tensão e correnteGeração de tensão e correnteTransformadoresCircuitos monofásicos e trifásicosPotência ativa, reativa e aparenteFator de potência e eficiência
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POTÊNCIA
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Potência
][. WIVP =
RVIRP
22. ==
Geral
Resistor
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ENERGIA
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Energia
][. kWhtPE =
TempoPotência
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FONTES DE ELETRICIDADE
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Fontes de Eletricidade
Convertem energia química em energia elétrica
Baterias e pilhas
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Fontes de Eletricidade
A tensão é produzida a partir da rotação de bobinas através de um campo magnético estacionário
Geradores (síncronos)
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Fontes de Eletricidade
A força da água faz mover as pás de uma turbina (geradores síncronos)
Energia hidráulica
Usina de Itaipu Usina de Tucuruí
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Fontes de Eletricidade
Carvão, óleo ou gás natural são queimados para gerar calor
Energia térmica
Usina de Candiota - RS
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Fontes de Eletricidade
A energia do vento faz mover as pás de uma turbina (aerogerador)
Energia eólica
Osório - RS
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Fontes de Eletricidade
O calor é obtido a partir de uma reação nuclear (fissão nuclear) e depois convertido em energia elétrica
Energia nuclear
Fukushima - JapãoChernobyl - Ucrânia Angra - Brasil
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Fontes de Eletricidade
Convertem energia luminosa em energia elétrica
Células solares
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TIPOS DE FONTES
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Tipos de FonteFontes de tensão e corrente:
Corrente Contínua (CC)Corrente Alternada (CA)
!
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Tipos de CircuitosCircuitos de:
Corrente Contínua (análise temporal)Corrente Alternada (análise espectral)
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GERAÇÃO CC/CA
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Motor: é uma máquina que converte energia elétrica em energia mecânicaPresente em:
Motores e Geradores
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Gerador: é uma máquina que converte energia mecânica de rotação em energia elétricaA energia mecânica pode ser fornecida por uma queda-d’água, vapor vento, gasolina ou óleo diesel ou por um motor
Motores e Geradores
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Tipos de MotoresClassificação
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GERADOR CC
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Gerador CCGerador CC simples
Imã
FioEixo
Comutador
Escova
Lâmpada
Imã
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Gerador CCGerador CC: princípio de funcionamentoPrincipais partes:
Escovas ArmaduraComutadorEnrolamento de campo
!
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Gerador CCComponentes
Estator Rotor
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GERADOR CA
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Gerador CAGerador CA simplesPrincipais partes:
Campo magnéticoEscovas e anéis de contatoCondutores que giram através do campo
!
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Gerador CAGerador CA simples: funcionamento
!
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Gerador CAGeradores CA também são chamados de alternadores (presente em automóveis)
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Gerador CAPrincipais componentes
Estator Rotor
Escovas
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Gerador CAEspecificações
WEG
3600 RPM
2 Pólos 60Hz 3 fases ligação em estrela para 13800 volts
15625KVA 12500kW 0,80 FP
60 0C
Fabricante
Rotação
Número de pólos, freqüência de saída, número de fases, tipo de ligação e tensão
fornecida
Potência
Temperatura
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Motor CAMotor de indução: é o tipo de motor CA mais usado na prática
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Motor de InduçãoPrincipais componentes:
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Motor de Corrente AlternadaLei de Ampére
André-Marie Ampère (1775 à 1836) foi um físico, filósofo, cientista e matemático francês que fez importantes contribuições para o estudo do eletromagnetismo
A lei de Ampére diz basicamente o seguinte: um fio ao conduzir uma corrente elétrica, gera um campo magnético, com linhas de força perpendiculares a ele
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Motor de Corrente AlternadaPrincipais partes:
Estator (parte estacionária)Rotor (parte rotativa)
Princípio de funcionamento:Quando o enrolamento do estator é energizadoatravés de uma alimentação, cria-se um campo magnético rotativo. À medida que o campo varre os condutores do rotor, é induzida uma fem nesses condutores ocasionando o aparecimento de um fluxo de corrente nos condutores. Esta interação provoca o aparecimento de um torque sobre o rotor
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Geração de Energia Energia elétrica
Geração deEnergia elétrica
EquipamentosAparelhosMotores(cargas)
Potência(V,I)
(transmissão)
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CargasEquipamentos e aparelhos
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CargasMotores (eletrodomésticos)
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CargasMotores (Engenharia)
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TRANSFORMADORES
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TransformadoresEquipamento formado por duas bobinas isoladas eletricamente em torno de um núcleo comumA energia elétrica de uma bobina étransferida para a outra através do acoplamento magnético
!
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TransformadoresBaixa potência (monofásicos)
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TransformadoresMédia potência (trifásicos)
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TransformadoresMédia potência
Sistemas de distribuição de energia elétrica
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TransformadoresAlta potência
Subestações de energia
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Transformadores
Bobinas Bobinas
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Transformador
!
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Relação de Tensão
s
p
s
p
NN
VV
=
Vp – tensão na bobina do primárioVs – tensão na bobina do secundárioNp – número de espiras da bobina do primárioNs – número de espiras da bobina do secundário
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Relação de Corrente
p
s
s
p
II
VV
=
Ip – corrente na bobina do primárioIs – corrente na bobina do secundário
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Relação de Espiras
espirasderelaçãoNN
s
p =
1:4 (elevador)
4:1 (abaixador)
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Eficiência
entradasaída
PPE
p
sf ==
Ps – potência de saída do secundárioPp – potência de entrada no primário
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Circuitos Monofásicos e Trifásicos
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Circuito MonofásicoFontes em fase
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Circuito TrifásicoFontes defasadas (120 graus)
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Circuito TrifásicoUm circuito trifásico pode ser visto como a combinação de 3 circuitos monofásicos
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PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
A potência, geralmente, é fornecida por um gerador de CA que produz 3 tensões iguais, cada uma delas defasada de 1200 das demais
Vp = Tensão de Pico
Vp
-Vp
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PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
A potência, geralmente, é fornecida por um gerador de CA que produz 3 tensões iguais, cada uma delas defasada de 1200 das demais
Vp = Tensão de Pico
EFp VV 2=
Vp
-Vp
VEF = Tensão Eficaz 127V (POA), 220V (RS)
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PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
A potência, geralmente, é fornecida por um gerador de CA que produz 3 tensões iguais, cada uma delas defasada de 1200 das demais
Tensão Eficaz
Vp
-Vp
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PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
A maior parte da geração, transmissão e distribuição de tensão/corrente alternada atualmente é trifásica
Geração DistribuiçãoTransmissão
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PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
Podem ser usados por cargas monofásicas Permitem uma maior flexibilidade na escolha e/ou determinação das tensões Os circuitos trifásicos são mais leves do que os circuitos monofásicos de mesma potênciaOs equipamentos trifásicos têm menores dimensões e são mais eficientes do que os monofásicos de mesma potência
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TENSÕES DE FASE E DE LINHA
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TENSÕES DE FASE E DE LINHA
Voltímetro V1 → Vfase=VF: VT, VR e VS
Voltímetro V2 → Vlinha=VL: VRS, VST e VTR
127V (POA), 220V (RS)
220V (POA), 380V (RS)
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POTÊNCIA
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Potência
IVPotência .= Aparente
A potência aparente é composta por duas parcelas:
AtivaReativa
!
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A potência ativa é transformada em:
Potência Ativa
Potência mecânica
Potência térmica
Potência luminosa
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A potência reativa é transformada em campo magnético, necessário ao funcionamento de:
Potência Reativa
Motores
Transformadores
Reatores
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PotênciaEm projetos de instalação elétrica residencial os cálculos efetuados são baseados na potência ativa e na potência aparentePortanto, é importante conhecer a relação entre elas para que se entenda o que éfator de potência
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PotênciaMonofásica
IVSsenIVQ
IVP
...cos..
===
θθ Ativa, real [W]
Reativa [VAR]
Aparente [VA]
P
QS
θ
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Fator de PotênciaSendo a potência ativa uma parcela da potência aparente, pode-se dizer que ela representa uma porcentagem da potência aparente que é transformada em potência mecânica, térmica ou luminosa
A esta porcentagem dá-se o nome de fator de potência
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Fator de Potência
θθ coscos===
VIVI
SPFP
Indutivo: I -> V (atraso)
Capacitivo: V -> I (avanço)FP
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Fator de Potência
1 – para iluminação (incandescente)
< 1 – para tomadas de uso geralFP
Em projetos elétricos:
Quanto menor pior! (maiores perdas nos sistemas de energia elétrica). No Brasil o limite é 0,92 (Indústria)
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Fator de Potência
iluminação:
Potência (aparente)
660VA * 1 = 660 W
Em projetos elétricos (exemplo) :
Fator de potência
tomadas:
Potência (aparente)
7300VA*0,8 = 5840 W
Fator de potência
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PotênciaTrifásica
LL
LL
LL
IVSsenIVQ
IVP
....3
cos...3
==
=
θ
θ Ativa, real [W]
Reativa [VAR]
Aparente [VA]
P
QS
θ
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PotênciaPotências típicas de aparelhos eletrodomésticos
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Relação com Outras DisciplinasFísica II ou IIIEletricidadeDisciplinas da Engenharia Elétrica
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Material SuplementarA. E. Fitzgerald - Máquinas Elétricas - Editora Bookman (ISBN: 8560031049) J. David Irwin - Análise de Circuitos em Engenharia - Editora Makron Books (ISBN: 9788534606936) James W. Nilsson - Circuitos Elétricos - Editora LTC (ISBN: 8521613636)
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PotênciaExercício: determinar a potência ativa das cargas vistas a seguirEm projetos elétricos o levantamento das
potências é feito mediante uma previsão das potências (cargas) mínimas de iluminação e tomadas a serem instaladas, possibilitando, assim, determinar a potência total prevista para a instalação elétrica residencial
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Muito [email protected]