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Eletrotécnica – Linha Viva

Centrais Elétricas Matogrossenses S.A

CENTRO DE TREINAMENTO – DRH – email: [email protected] 1

INDICE

Pág.

Introdução --------------------------------------------------------------------------- 02 Constituição da matéria ----------------------------------------------------------- 03 Corrente elétrica -------------------------------------------------------------------- 04 Unidade = Ampére ----------------------------------------------------------------- 05 Como obter uma corrente elétrica ------------------------------------------------ 07 Tensão elétrica---------------------------------------------------------------------- 08 Unidade de tensão elétrica -------------------------------------------------------- 09 Resistência elétrica ----------------------------------------------------------------- 10 Unidade de resistência elétrica--------------------------------------------------- 11 Lei de Ohm-------------------------------------------------------------------------- 12 Resistência de um condutor------------------------------------------------------- 13 Associação de resistências -------------------------------------------------------- 14 Potência elétrica -------------------------------------------------------------------- 19 Constituição do Wattímetro ------------------------------------------------------- 20 Magnetismo -------------------------------------------------------------------------- 21 Corrente Contínua e alternada ---------------------------------------------------- 25 Potência em C. A.------------------------------------------------------------------- 27 Tensão simples e tensão composta------------------------------------------------ 28 Circuito estrela Y ------------------------------------------------------------------- 29

Circuito triângulo ----------------------------------------------------------------- 31 Transformadores--------------------------------------------------------------------- 31




INTRODUÇÃO

Esta apostila tem por objetivo fornecer informações básicas sobre eletrotécnica. Ao fim de cada unidade são apresentados exercícios de fixação com o objetivo de melhorar o entendimento de cada unidade.




CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA Matéria é tudo aquilo que ocupa lugar no espaço. A matéria é constituída de moléculas que, por sua vez, são formadas de átomos. O átomo é a menor partícula da molécula, sendo constituído de um núcleo onde encontramos os: - Elétrons - Prótons - Nêutrons

Elétron - é a menor partícula encontrada na natureza, com carga negativa. Os

elétrons estão sempre em movimento em suas órbitas ao redor do núcleo. Próton - é a menor partícula encontrada na natureza, com carga positiva, situa-se

no núcleo do átomo. Nêutrons - são partículas eletricamente neutras, ficando também situadas no núcleo

do átomo, juntamente com os prótons.




CORRENTE ELÉTRICA Em um átomo existem várias órbitas.

Os elétrons mais próximos do núcleo têm maior dificuldade de se desprenderem de suas órbitas, devido a atração exercida pelo núcleo; assim são chamados de elétrons presos. Os elétrons mais distantes do núcleo (última camada) tem maior facilidade de se desprenderem de suas órbitas porque a atração exercida pelo núcleo é pequena; assim recebem o nome de elétrons livres; portanto, os elétrons se deslocam de um átomo para outro de forma desordenada.

Considerando-se que nos terminais do material acima temos de um lado um pólo positivo e do outro um pólo negativo, o movimento dos elétrons toma um determinado sentido, da seguinte maneira: Os elétrons (-) são atraídos pela extremidade positiva e repelidos pela negativa.

Assim, os elétrons passam a ter um movimento organizado (todos para a mesma direção). A este movimento organizado de elétrons damos o nome de CORRENTE ELÉTRICA.




NOTA: Sinais de mesmo nome se repelem.

Sinais de nomes diferentes se atraem.

UNIDADE = AMPÉRE Para se expressar a quantidade de corrente elétrica que passa por um material, foi definida a sua unidade, que é o Ampére, representado pela letra "A". Exemplo: I = 3 Ampéres I = 3 A Para correntes inferiores utilizamos o miliampére (mA). Exemplo:

I = 2mA = 0,002 A I = 6mA = 0,006 A




O aparelho utilizado para medir a intensidade de corrente elétrica (I) é o AMPERÍMETRO. O amperímetro deve ser ligado em série com o circuito; se ligarmos de outra maneira, danificaremos o aparelho.

CUIDADOS NA UTILIZAÇÃO DO AMPERÍMETRO 01 - A graduação máxima da escala deverá ser sempre maior que a corrente máxima

que se deseja medir. 02 - Procurar utilizar uma escala onde a leitura da medida efetuada seja o mais

próximo possível do meio da mesma. 03 - Ajustá-lo sempre no zero, para que a leitura seja correta (ajuste feito com

ausência de corrente). 04 - Evitar choques mecânicos com o aparelho. 05 - Não mudar a posição de utilização do amperímetro, evitando assim leituras

incorretas.

06 - Obedecer a polaridade do aparelho, se o mesmo for polarizado.




COMO OBTER UMA CORRENTE ELÉTRICA

O conjunto destes elementos constitui um CIRCUITO ELÉTRICO. Para que haja corrente elétrica (movimento organizado dos elétrons livres) num circuito elétrico, é necessário que o mesmo esteja fechado.




TENSÃO ELÉTRICA Suponhamos a instalação hidráulica mostrada na figura. O reservatório A está no mesmo nível que o reservatório B, porém ele tem maior pressão hidráulica. Ligando-se os reservatórios a e b com um cano, a pressão hidráulica de A "empurra" a água para B, até que se igualem as pressões hidráulicas.

Supondo-se agora dois corpos A e B que possuem cargas elétricas diferentes. O corpo A tem maior número de elétrons do que o corpo B; então dizemos que ele tem maior "potencial elétrico”.

Ligando-se os corpos A e B com um condutor, o “potencial elétrico" de A empurra os elétrons para B, até que se igualem os potenciais. Comparando-se os dois casos, podemos dizer que o potencial elétrico é uma "pressão elétrica” que existe nos corpos eletrizados.




Portanto dizemos que: Tensão elétrica é a pressão exercida sobre os elétrons para que estes se movimentem. O movimento dos elétrons através de um condutor é o que chamamos de corrente

elétrica. Para que haja corrente elétrica é necessário que haja uma diferença de potencial entre os pontos ligados. Os elétrons são "empurrados" do potencial negativo para o potencial positivo.

A tensão é também chamada de diferença de potencial ou voltagem (ddp).

UNIDADE DE TENSÃO ELÉTRICA VOLT é utilizado como unidade de tensão elétrica, sendo representado pela letra "V". Exemplo: 127 volts = 127 V Para tensões mais elevadas utilizamos o kilovolt (kV).

13,8 kilovolt = 13,8 kV = 13.8OOV O aparelho utilizado para medir a tensão elétrica chama-se: VOLTÍMETRO. O voltímetro deve ser instalado em paralelo com o circuito.




CUIDADOS NA UTILIZAÇÃO DO VOLTÍMETRO 01 - A graduação máxima da escala deverá ser sempre maior que a tensão máxima

que se deseja medir. 02 - Procurar fazer a leitura o mais próximo possível do meio da escala, para que

haja maior precisão. 03 - O ajuste de zero deve ser feito sempre que for necessário e com ausência de

tensão. 04 - Evitar qualquer tipo de choque mecânico. 05 - Usar o voltímetro sempre na posição correta, para que haja maior precisão nas

leituras. 06 - Caso o voltímetro tenha polaridade, o lado (+) do mesmo deve ser ligado ao pólo

positivo da tensão e o (-) do aparelho com o negativo da tensão.

RESISTÊNCIA ELÉTRICA Duas cargas são alimentadas pela mesma tensão, mas são atravessadas por intensidades de corrente diferentes. Por quê?

O valor da corrente elétrica não depende só da tensão aplicada ao circuito, vai depender também da carga, onde uma se opõe mais que a outra ao deslocamento dos elétrons.

Portanto : Resistência elétrica é a oposição que oferecem os Materiais a passagem da corrente elétrica. Símbolo de resistência




UNIDADE DE RESISTÊNCIA ELÉTRICA

OHM é utilizado como unidade de resistência elétrica, sendo representado pela letra grega ômega ( ).

Exemplo:

320 ohms = 320 Temos ainda os múltiplos e submúltiplos:

Megaohm = M

Kiloohm = k

Miliohm = m

Microohm =

O aparelho utilizado para medir resistência elétrica chama-se OHMÍMETRO. Quando se deseja medir resistência elétrica de um material, deve-se ligar os terminais do ohmimetro aos terminais do material.

CUIDADOS NA UTILIZAÇÃO DO OHMÍMETRO 01 - As leituras devem ser feitas sempre no meio da escala, para que não haja erro. 02 - Ajustar o ohmimetro a zero toda vez que se for medir uma resistência. 03 - A resistência deve ser medida sempre com ausência de corrente. 04 - Evitar choque mecânico do aparelho. 05 - Usar o aparelho sempre na posição correta, para minimizar erros de medição.




LEI DE OHM Se variarmos a tensão e mantivermos a resistência fixa, vamos verificar que a corrente varia no mesmo sentido da variação da tensão. "QUANTO MAIOR A TENSÃO, MAIOR SERÁ A CORRENTE"

Se mantivermos a tensão fixa e variarmos a resistência, vamos verificar que a corrente varia em sentido oposto à variação da resistência. "QUANTO MAIOR A RESISTÊNCIA, MENOR SERÁ A CORRENTE” Portanto: A intensidade de corrente varia diretamente proporcional a V, ou inversamente proporcional a R. Assim, escrevemos: Vv IA = ------

R A esta relação chamamos de LEI DE OHM, também escrita: V V = R x I ou R = ----- I




RESISTÊNCIA DE UM CONDUTOR 1ª. Experiência

Dois condutores, de mesmo material, mesma seção, mas de comprimentos diferentes. "QUANTO MAIOR O COMPRIMENTO DO CONDUTOR, MAIOR SERÁ A SUA RESISTÊNCIA" 2a. Experiência

Dois condutores de mesmo material, mesmo comprimento, mas de seções diferentes. "QUANTO MAIOR A SEÇÃO DO CONDUTOR, MENOR SERÁ A SUA RESISTÊNCIA" 3a. Experiência

Dois condutores, de mesmo comprimento, mesma seção, mas de materiais diferentes. "A RESISTÊNCIA DE UM CONDUTOR DEPENDE DA NATUREZA DE SEU MATERIAL"




ASSOCIAÇÃO DE RESISTÊNCIAS Classificação dos circuitos a) Circuito série b) Circuito paralelo c) circuito misto

a) Circuito série Desde que você ligue resistências, extremidade com extremidade, elas ficarão ligadas em série. Exemplo: Vagões de trem

Para que haja corrente nas resistências é necessário ligar os terminais restantes a uma fonte de tensão.

Medindo as correntes nas resistências verificamos que a corrente é a mesma em todas as resistências: It = I1 = I2 = I3 = ....




Medindo as tensões nas resistências, vamos verificar que a tensão da fonte é dividida pelas resistências, ou seja, a soma das quedas de tensão nas resistências é igual a tensão da fonte.

Vf = V1 + V2 + V3 ...

Resistência equivalente É uma única resistência que substitui todas as outras resistências do circuito.

Re = R1 + R2 + R3 + ...




Conclusão Circuito série é aquele em que a corrente possui um único caminho a seguir no circuito e a tensão da fonte se divide pelas resistências que compõem o circuito. b) Circuito paralelo Desde que liguemos resistências lado a lado com as extremidades juntas, elas estão ligadas em paralelo.

Medindo as correntes nas resistências, verificamos que a corrente é dividida pelas resistências, sendo que a soma das correntes em cada ramal é igual a corrente total do circuito.

It = I1 + I2 + I3 + ...




Medindo as tensões nas resistências, verificamos que a tensão é a mesma em todas as resistências.

Vt = V1 = V2 = V3 ...

Conclusão No circuito paralelo, a corrente se divide nos ramais, sendo a soma das mesmas igual à corrente total do circuito. A tensão é sempre a mesma em todo o circuito. Para calcularmos a resistência equivalente do circuito paralelo usamos a fórmula:

R1 x R2 Re = --------- R1 + R2

Nota: A Re de um circuito paralelo é sempre menor que a menor resistência do circuito. c) Circuito misto É aquele em que existem resistências, tanto em série como em paralelo.

Resolução do circuito acima. R1 e R2 estão em série, então:

R1 - 2 = R1 + R2




R3 e R4 estão em série, então:

R 3 - 4 = R 3 + R 4

R6 e R7 estão em série, então:

R6 - 7 = R6 + R7

R3 - 4 e R6 - 7 estão em Paralelo, então: R3 - 4 x R6 - 7 R3 - 4 e R6 - 7 = ------------------ R3 - 4 + R6 - 7




R1 - 2 , R3 - 4 - 6 - 7 e R5 estão em série, então:

Re = R1 -2 + R3 - 4 - 6 - 7 + R5

POTÊNCIA ELÉTRICA É a capacidade de produzir trabalho e é obtida pelo produto da tensão pela corrente.

P = V x I

A unidade de potência elétrica é o WATT (W).




Podemos também utilizar o wattimetro para medir potência elétrica.

CONSTITUIÇÃO DO WATTÍMETRO Uma bobina de tensão, ligada em paralelo como no voltímetro, e uma bobina de corrente, ligada em série como no amperímetro.

O wattimetro, então, pode ser considerado como sendo um voltímetro e um amperímetro agindo simultaneamente.




MAGNETISMO MAGNETISMO é a propriedade que certos materiais possuem de atrair partículas de materiais ferromagnéticos. Os materiais que possuem esta propriedade são chamados ímãs. Os ímãs são construídos em várias formas:

Esta propriedade atrativa se manifesta principalmente nas regiões situadas em suas extremidades, as quais são chamadas de pólos.

Os pólos recebem os nomes de: a) Pólo Norte b) Pólo Sul




Ação mútua entre dois ímãs. Pólos de mesmo nome se repelem.

Pólos de nomes contrários se atraem.

Colocando-se limalha de ferro sobre um plástico que esteja sobre um ímã, verificamos que são formadas linhas definidas e que constituem o espectro magnético do imã.

Essas linhas são chamadas linhas de força, e por convenção "saem" do pólo norte (N) e "entram" no pólo sul (S). Ao espaço ocupado por essas linhas de força damos o nome de campo magnético.




Uma barra de ferro quando sem magnetização pode ser considerada como tendo um grande número de pequenos imãs dispostos de maneira desordenada. Quando magnetizamos essa barra, os pequenos imãs se alinham, polarizando o material.

Quando uma corrente elétrica percorre um condutor, ela cria em torno deste um campo magnético. Este campo magnético tem forma circular e aparece em toda extensão do condutor.

Uma bússola colocada perto de um condutor percorrido por uma corrente elétrica sofrerá um deslocamento em virtude do campo magnético ao redor deste condutor. Este campo magnético tem um determinado sentido, que depende do sentido da corrente aplicada.

Podemos aumentar o campo magnético colocando um núcleo de ferro na bobina.




O campo magnético pode ser aumentado quando aumentamos a corrente.

O campo magnético pode ser aumentado, quando aumentamos o número de espiras da bobina.

Invertendo-se o sentido da corrente mudamos a polaridade do ímã.

O eletroímã só age como ímã quando percorrido por corrente.




Podemos conseguir o mesmo campo magnético de um ímã possante, utilizando um pequeno eletroímã.

CORRENTE CONTÍNUA A corrente elétrica que estudamos até agora é chamada corrente contínua (c.c.). Assim chamamos topo tipo de corrente que não muda de sentido no decorrer do tempo.

CORRENTE ALTERNADA

Uma corrente alternada é uma corrente variável que percorre os condutores, tanto em um sentido quanto no outro. No caso de geração de C.A., a forma de onda é senoidal.




Este tipo é o tipo de corrente que mais utilizamos.

O trecho A-B da figura acima tem o nome de CICLO. Freqüência da corrente gerada é o número de ciclos que se repetem em um segundo. A unidade de freqüência é o HERTZ (Hz) ou ciclo/segundo.

O tempo gasto para completar um ciclo é chamado de período (T) da onda e é medido em segundos (s).

T= 1 / f




POTÊNCIA EM C.A. Em C.A., encontramos três tipos de potência: a) Potência aparente b) Potência ativa c) Potência reativa a) Potência aparente A potência fornecida pela empresa é:

Pap = VF x I ou Pap = VF x I x 1,73 (Circuito Trifásico).

Sua unidade é o VA (volt-ampére) ou kVA (kilovolt-ampére).

1 kVA = 1.000 VA b) Potência ativa É a potência que vai ser consumida pelas cargas. A unidade de potência ativa é o watt (W).

Pativa = R x I2 ou Pativa = VFx I x FP x 1,73 (Circuito Trifásico). Fator de potência É uma relação entre as potências ativas e aparente; O fator de potência também é

representado pelo cos . Fator de potência mínimo fixado pela ANEL = 0,92 Portanto: FP = kw/ kVA

Pat = Pap x cos ou Pat = V x I x cos

O máximo cos é quando toda a potência fornecida é consumida, portanto cos = 1.

O mínimo cos é quando a potência fornecida não é consumida, portanto cos = 0.

Assim o fator de potência (cos ) varia de 0 a 1.

Baixo fator de potência significa transformar em energia, calor, ou luz, somente parte da potência total absorvida. Portanto: a) A instalação trabalha sobrecarregada. b) Há sensível queda de tensão e perdas ôhmicas nos alimentadores.




c) Paga-se uma sobretaxa à companhia fornecedora de energia.

Alto fator de potência (cos ) significa:

a) Eliminação da sobretaxa para a companhia fornecedora de energia. b) Redução das perdas ôhmicas. c) Melhoria do nível de regulação da tensão. d) Possibilidade de alimentação de novas máquinas na mesma instalação. e) Melhor aproveitamento de energia. c) Potência reativa É a parte da potência aparente que não é consumida. Da mesma maneira que a potência ativa, multiplica-se a potência aparente por um fator e como resultado nos dá a parte da potência que não é consumida.

O fator utilizado é o seno .

Pr = Pap x sen ou Pr = VF x I x sen

Preativa = (KVA )2 – (kW)2 A unidade da potência reativa é o VAr (volt-ampére-reativo).

TENSÃO SIMPLES E TENSÃO COMPOSTA Em um circuito trifásico encontramos 2 tipos de tensão: a) tensão simples (V) b) tensão composta (U). A tensão simples é encontrada entre fase e neutro. A tensão composta é encontrada entre fase e fase.




A tensão composta é 1,73 vezes maior que a tensão simples. Assim: U U = 1,73 x V e V = -------- 1,73

CIRCUITO ESTRELA Y Dizemos que um circuito está ligado em estrela, quando as cargas estão ligadas entre fase e neutro em uma tensão trifásica.




Circuito estrela equilibrado Considerando um circuito trifásico, com três cargas iguais ligadas em estrela.

Notamos que no condutor neutro não há corrente, pois as cargas são iguais. Dizemos, então, que o circuito é estrela equilibrado. Assim podemos eliminar o condutor neutro. Circuito estrela desequilibrado Considerando um circuito trifásico, com três cargas diferentes, ligadas em estrela.

Notamos que no condutor neutro há uma corrente, pois as cargas são diferentes. Dizemos então que é um circuito estrela desequilibrado. Assim, não podemos retirar o condutor neutro, pois a fase que contém menos carga sofrerá uma sobretensão e a fase com maior carga sofrerá uma subtensão.




CIRCUITO TRIÂNGULO Dizemos que um circuito está ligado em triângulo, quando as cargas estão ligadas entre fase e fase, em uma tensão trifásica.

TRANSFORMADORES Como vimos, a maior parte da corrente com que trabalhamos é alternada. A razão disso são os transformadores, pois os mesmos só funcionam com este tipo de corrente.

No trafo observamos fios de entrada e fios de saída. A entrada chamamos de primário e a saída chamamos de secundário. O trafo serve para alterar valores de corrente e tensão da seguinte maneira:




a) Eleva tensão e abaixa corrente.

b) Abaixa a tensão e eleva a corrente.

TRANSFORMADOR MONOFÁSICO

Constituição: - Um núcleo de ferro - Enrolamentos primário e secundário - Isolamento (entre o núcleo e os enrolamentos)

Alimentando a bobina do primário com C.A., esta produz um campo magnético (que é composto de linhas de força), o qual será conduzido pelo núcleo de ferro, fazendo com que as espiras da bobina do secundário sejam submetidas a este campo magnético variável produzido pela bobina do primário, criando, assim, uma corrente elétrica no secundário.




Para que um transformador seja elevador de tensão, é necessário que tenha maior número de espiras no secundário e menor número de espiras no primário.

Para que um trafo seja abaixador de tensão é necessário que tenha maior número de espiras no primário e menor número de espiras no secundário.

Assim, temos a relação entre tensão e espiras, a qual é dada pela fórmula: V1 N1 ------- = ------- V2 N2 V1 - tensão primária V2 - tensão secundária N1 - número de espiras do primário N2 - número de espiras do secundário Exemplo: Um transformador tem 550 espiras no primário e 1.100 espiras no secundário. Sua tensão de primário é de 110V. Calcular a tensão do secundário.




Resolução: V1 N1 ------- = ------- V2 N2 extremos 110 550 ------- = -------- 110 : V2 = 550 : 1.100 V2 1.100 110 x 1.100 = V2 x 550 121.000 ---------- = V2

550 V2 = 220 V

TRANSFORMADOR TRIFÁSICO

Podemos utilizar três trafos monofásicos em circuitos trifásicos. Basta relembrar as ligações em circuitos trifásicos e observarmos que os enrolamentos foram ligados: - O Primário em estrela - O Secundário em triângulo

Podemos substituir os três transformadores monofásicos por um trifásico, o qual é constituído por: - 1 núcleo de ferro - 3 enrolamentos primários - 3 enrolamentos secundários - isolamento




Os trafos trifásicos da distribuição são ligados da seguinte maneira: - o primário em triângulo - o secundário em estrela para que possamos ter o condutor neutro na saída do trafo.

TRANSFORMADOR DE POTENCIAL (TP) O TP é um equipamento destinado a reduzir a tensão a valores convenientes à medição e proteção, isolando os equipamentos da AT.

Ligação - em paralelo no circuito.

TRANSFORMADOR DE CORRENTE (TC) O TC é um equipamento destinado a reduzir a corrente a valores de medição e proteção. Um exemplo prático de TC é o alicate volt-amperímetro, onde a bobina do primário é o próprio condutor da rede.




Poucas espiras no primário e muitas espiras no secundário.

Ligação - Em série no circuito. Nota Importante: Ao se desligar o secundário do TC devemos curto-circuitá-lo. Se deixarmos o secundário aberto, surgirá uma AT no mesmo, pois passará a funcionar como um transformador elevador de tensão, o que pode ocasionar a morte do funcionário que está lidando com o equipamento.




BIBLIOGRAFIA CENTRO DE TREINAMENTO. Apostila 036 - Eletrotécnica. Ilha Solteira,

CESP, 1978. VAN VALKENBURGH, NOOGES & NEVILLE. Eletricidade Básica. v. 1, 2 e 3.

Rio de Janeiro, Livraria Freitas Bastos. Ed., 1972. 384p.

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