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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
INSTALAES ELCTRICAS
MONTAGEM E CONSERVAO DE
COMPONENTES ELCTRICOS
EM AVAC
"Aprende, e um dia quando souberes bem ensina! O conhecimento
para
ser livre, deve ser partilhado..."
Crditos:
Compilao de: Antnio Subida
Com a colaborao do amigo MO
e outras preciosas contribuies dos membros do frum
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
Objectivos:Conhecer as principais grandezas e medidas em
sistemas de AVACEfectuar medidas elctricas em sistemas de
AVACIdentificar mquinas elctricas em sistemas de AVACIdentificar
motores e tipos de ligao e arranque em AVACInstalar os componentes
elctricos do sistema AVACConservar e manter os componentes
elctricos do sistema AVAC
Contedos:
AvacConceitos gerais de AVACGrandezas fsicas utilizadas em AVAC
e suas medidasElectricidade e medidas elctricasConceitos gerais de
electricidade e circuitos elctricosEquipamentos elctricos bsicos.
Seu funcionamento e aplicaesEnergia e Potncia elctrica em CC e
CAInstrumentos a utilizar na tomada de medidasEscalas a utilizar
nas diferentes tomadas de medidasMedies em circuitosComponentes de
um circuitoSeleco de componentesPartes constituintes da mquina
elctricaSua funoFormas de ligaoSistemas de comando e controloTipos
de motores de CASistemas de comando e controloFormas de
montagemIdentificao de avarias atravs de mediesSimbologia usada nos
sistemas elctricos do AVACSeleco de componentes a partir dos
esquemas: Em sistemas de aquecimentoEm sistemas de ventilaoEm
sistemas de ar condicionadoCablagens elctricas usadas nos sistemas
de AVACConstituio tipos e funes; Cabos ignfugosLigaes elctricas dos
motores (cabos de potncia)Ligaes de comando dos motores e das
vlvulas do sistemaLigaes dos sensores e controladoresEsquemas de
instalao de cablagemQuadros elctricos em AVACDe potenciaDe
comandoDe controloDe
alarmeComissionamentoConceitosProcedimentosArranque do sistema de
AVACManutenoConceitos de manuteno preventiva, correctiva, e
preditivaResoluo das avarias de fora motrizResoluo das avarias dos
sistemas de potencia e de comandoAlarmes
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
NDICE
CAPTULO 1 ELECTRICIDADE e AVAC
Conceitos gerais de AVAC (Sistemas de Aquecimento Ventilao e Ar
condicionado)
Conceitos de Grandezas Fsicas e Medida usadas em AVAC
Electricidade, Energia e Potncia, CC e CA, Medidas Elctricas em
CA;
Equipamentos de medidas elctricas em AVAC
Mquinas elctricas : transformadores e motores tipos e funes
Aparelhagem de comando proteco e manobra de motores
Aparelhagem de comando proteco e manobra de outros
Equipamentos de AVAC
................................................................................
PAG 4
CAPTULO 2 - SIMBOLOGIA USADA NOS SUB-SISTEMAS ELCTRICOS DE
AVAC
Seleco de componentes a partir dos esquemas:
Em sistemas de aquecimento Em sistemas de ventilao Em sistemas
de ar condicionado
..................................................................
PAG 83
CAPITULO 3 - CABLAGENS ELCTRICAS USADAS EM AVAC
Constituio tipos e funes;
Cabos ignfugos
Ligaes elctricas dos motores (cabos de potncia)
Ligaes de comando dos motores e das vlvulas do sistema
Ligaes dos sensores e controladores
Instalao de cablagem
.....................................................................................
PAG 92
CAPITULO 4 - QUADROS ELCTRICOS EM AVAC
De potencia, de comando, de controlo e alarme;
Tipos constituio e organizao
.............................................................. PAG
100
CAPITULO 5 - TESTE DE FUNCIONAMENTO (COMISSIONAMENTO)
Conceitos e procedimentos de arranque do sistema
......................................... PAG 105
CAPTULO 6 - MANUTENO
Resoluo das avarias de fora motriz
Resoluo das avarias dos sistemas de comando
Alarmes
........................................................................................................
PAG 112
CAPTULO 7 -
ANEXOS.......................................................
........................... PAG 133
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
CAPTULO 1 ELECTRICIDADE e AVAC
NOES GERAIS DE AVAC
AVAC a sigla para o conjunto de sistemas e equipamentos de um
edifcio destinados a produzir Aqueci -mento, Ventilao e Ar
Condicionado ou seja os sistemas que permitem controlar os valores
mximos e m -nimos da temperatura e da humidade relativa bem como a
qualidade do ar interior. Estes sistemas so usa-dos essencialmente
para:
Manter a temperatura e humidade a nveis de conforto para os
ocupantes Controlar odores e remoo de micro-partculas (de p e
fumos); Remover o ar contaminado; Fazer as mudanas de ar necessrias
para proteger o pessoal de microrganismos patognicos, trans-
mitidos pelo meio ambiente;Um sistema AVAC (bsico) composto
de:
Entrada de ar proveniente do exterior; Filtros; Mecanismos
modificadores de humidade (controlo de humidade de Vero,
humidificao no Inverno); Equipamento de aquecimento e refrigerao;
Ventiladores; Condutas; Sistemas de exausto, incluindo os
desenfumagem; Registos (comportas); Difusores para a distribuio do
ar.
Num sistema AVAC centralizado, o ar do exterior entra para o
sistema atravs de pr-filtros ou filtros de baixa eficincia para
remover as partculas de maior dimenso. Passa ao sistema de
distribuio para ser condicio-nado para a temperatura e humidade
apropriada, e depois passa por filtros de maior eficincia para
remover partculas de menor dimenso e muitos microrganismos,
seguindo atravs de condutas para ser distribudo por cada zona do
edifcio.Aps ser distribudo por cada zona, depois de utilizado entra
no sistema de exausto por onde devolvido unidade de tratamento do
ar (UTA) do sistema AVAC. Parte desse ar contaminado sai para o
exterior; outra parte misturada com a entrada de ar novo do
exterior filtrado e volta a circular no sistema.O ar de zonas
sanitrias e outras reas sujas ou passveis de contaminao, depois de
esterilizado ( por ex-emplo por intermdio de luz ultravioleta em
bancos de lmpadas) removido directamente para o exterior atravs de
um sistema de exausto separado. Em sistemas de AVAC de locais
biologicamente poludos como os hospitais todo o ar extrado lanado
no exterior (depois de esterilizado) e todo o ar insuflado novo. No
h misturas !
SUB-SISTEMAS DE AVAC
Filtragem A filtragem, forma fsica de remover partculas do ar, o
comeo para se conseguir uma boa qualidade do ar interior. A
filtragem a primeira forma de manter o ar limpo. A eficincia do
sistema de filtragem de-pende da densidade dos filtros, que pode
causar uma baixa de presso, a menos que seja compensada por mais
fortes e mais eficientes turbinas (ventiladores) para manter o
fluxo de ar. Para um rendimento ptimo, os filtros requerem inspeco
e substituio, de acordo com as recomendaes do fabricante e normas
preventivas da prtica de manuteno. A acumulao excessiva de poeira e
outras partculas re-quer mais presso para passar o ar atravs do
filtro. Os filtros requerem tambm regular inspeco para outras
causas que afectam o rendimento: espaos dentro e volta do filtro,
pedaos de terra e outros se-dimentos de resduos. O funcionamento
inapropriado dos sistemas AVAC, devido a filtros inadequados ou
instalados impropriamen-te e falta de manuteno de acordo com o
sistema instalado, afecta a qualidade de climatizao e circulao de
ar.
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
Aquecimento O aquecimento um processo de produo de calor a
partir da energia elctrica ou de outras energias. Existem
diferentes tipos de aquecimento elctrico, e alguns deles so
descritos seguidamente:
Aquecimento por resistncia elctrica Aquecimento por induo
electromagntica Aquecimento por radiao de infravermelhos
Aquecimento por bomba de calor Aquecimento solar trmico Aquecimento
coadjuvado por caldeiras (queimadores) de combustvel ou queimadoras
de pellets de
madeira
Ventilao A ventilao um processo de renovao de ar ambiente por
forma a retirar os elementos poluidores. O controlo de partculas
contaminantes do ar ambiente (microrganismos, poeiras, qumicos,
tabaco, etc.) junto ao local de produo dos mesmos atravs de uma
correcta filtragem do ar, a forma mais eficiente de manter o ar
limpo. A segunda forma mais eficiente de controlar o ar ambiente
atravs de ventilao adequada, que assim considerada quando mantm o
controlo dos nveis de cheiros e dixido de carbo-no. A ventilao pode
ser feita essencialmente de duas formas:
Ventilao natural; Ventilao forada ou mecnica.
Ventilao Natural Nalguns casos suficiente a ventilao natural que
resulta da abertura de portas e janelas, gerando-se correntes de ar
que asseguram a renovao do ar. Noutros casos a renovao do ar to
lenta que pode conduzir a situaes de desconforto, sendo ento
necessrio proceder a uma ventilao do tipo forada. Ventilao Forada
ou Mecnica A ventilao forada consiste em utilizar dispositivos
prprios (ventiladores, exaustores, extractores, etc.) que provocam
o movimento do ar entre o interior e o exterior do recinto. Nesta
forma de ventilao existe dois tipos de ventiladores: ventiladores
centrfugos, expulsam o ar em direco radial ao seu eixo, e
ventiladores helicoidais, expulsam o ar segundo o eixo do
ventilador. A poluio do ar interior muitas vezes 2 a 5 vezes
superior poluio do ar exterior. Considerando que ns, europeus,
passamos 85% a 90% do nosso tempo em ambientes fechados,
consequentemente fica-mos mais vulnerveis a alergias e infeces
pulmonares. A ventilao muito importante para o nosso bem-estar,
facilita a renovao do ar e assegura a salubridade interior dos
edifcios, evitando humidades.
Sistema de Climatizao Designa-se por sistema de climatizao o
sistema de equipamentos combinados de forma coerente com vista a
satisfazer a um ou mais dos objectivos da climatizao (ventilao,
aquecimento, arrefecimento, humidificao, desumidificao e purificao
do ar). O Ar Condicionado o processo de tratamento do ar destinado
a controlar em simultneo os objectivos referidos anteriormente.
Existem aplicaes muito es-peciais, nas quais at mesmo a presso do
ar ambiente pode vir a ser controlada. Os aparelhos de ar
con-dicionado tm a finalidade de retirar calor de um ambiente
transferindo-o para outro permitindo manter uma determinada
temperatura, renovar o ar e desumidific-lo. O ar condicionado
divide-se em quatro espcies:
a domstica, a comercial, a industrial, a de locais com condies
rigorosas como: indstria farmacutica, hospitais, e industria de
fabrica-
o de componentes electrnicosexistindo, para cada uma das espcies
diferentes tipos de equipamentos. Os factores mais importantes a
considerar para a escolha do ar condicionado so:
Potncia. Calculada atravs da rea onde de vai colocar o ar
condicionado e do tipo de utilizao. Rudo. O nvel de rudo no pode
exceder 45dB, j existem aparelhos que no excedem os 21dB. Energia.
Existem equipamentos com sistema inversor inverter que consomem
muito menos
energia, sendo possvel economizar at 40%, e que contribui para
uma casa eficiente a nvel ener -gtico j que estes equipamentos so
de classe A.
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
Filtro. Para se obter o ar mais limpo, deve-se adquirir um
aparelho que, alm de possuir o filtro normal, contenha um filtro
purificador de ar. Os filtros purificadores captam poeiras,
pequenas par-tculas e plen ( 0,01 mcrones), e impedem a propagao de
bactrias e vrus. So subdivididos em dois, um filtro electrosttico
de limpeza do ar e um filtro desodorizante.
Manuteno Um factor muito importante. No relevante ter um bom
filtro se no existir uma boa manuteno. Limpar e substituir os
filtros preferencialmente, de 2 em 2 semanas e de 3 em 3 meses,
respectivamente.
Tipo de Sistema: centralizado, de um split, multi-split, VRV
(VRF). Um sistema split for-mado por uma unidade exterior
(condensadora) e uma interior (evaporadora) enquanto que a
mul-ti-split formado por uma unidade exterior mas pode ter at oito
unidades interiores. Esta ltima permite ocupar menos espao no
exterior do edifcio ou habitao.
Os gases frigorigneos actuais tm de ser incuos para a camada de
ozono. O uso dos antigos gases R22 e R11 que contribuam para a
destruio da camada do ozono assim como vrios outros halogneos est
proibido, da o uso de gases de substituio como o R410A e R407C.
NORMATIVO A legislao que regulamenta o sector :
SCE-QAI Sistema Nacional de Certificao Energtica e da Qualidade
do Ar Interior nos Edifcios,RCCTEO Decreto-Lei 80/2006, de 4 de
Abril, Regulamento das Caractersticas de Comportamento Trmico dos
Edif-cios (RCCTE) estabelece requisitos de qualidade para os novos
edifcios de habitao e de pequenos edifci-os de servios sem sistemas
de climatizao, nomeadamente ao nvel das caractersticas da
envolvente, limi -tando as perdas trmicas e controlando os ganhos
solares excessivos. Este regulamento impe limites aos consumos
energticos para climatizao e produo de guas quentes, num claro
incentivo utilizao de sistemas eficientes e de fontes energticas
com menor impacte em termos de energia primria. Esta legisla-o impe
a instalao de painis solares trmicos e valoriza a utilizao de
outras fontes de energia renov-vel.RSECEO Decreto-Lei n. 79/2006 de
4 Abril, Regulamento dos Sistemas Energticos e de Climatizao dos
Edifci-os (RSECE), que estabelece:As condies a observar no projecto
de novos sistemas de climatizao, nomeadamente os requisitos em
termos de conforto trmico, renovao, tratamento e qualidade do ar
interior, que devem ser assegurados em condies de eficincia
energtica atravs da seleco adequada de equipamentos e a sua
organizao em sistemas;Os limites mximos de consumo de energia nos
grandes edifcios de servios existentes e para todo o edif-cio, em
particular, para a climatizao, previsveis sob condies nominais de
funcionamento para edifcios novos ou para grandes intervenes de
reabilitao de edifcios existentes que venham a ter novos sistemas
de climatizao abrangidos pelo presente Regulamento, bem como os
limites de potncia aplicveis aos sis-temas de climatizao a instalar
nesses edifcios;Os termos de concepo, da instalao e do
estabelecimento das condies de manuteno a que devem obedecer os
sistemas de climatizao, para garantia de qualidade e segurana
durante o seu funcionamen-to normal, incluindo os requisitos, em
termos de formao profissional, a que devem obedecer os principais
intervenientes e a observncia dos princpios da utilizao de
materiais e tecnologias adequados em todos os sistemas energticos
do edifcio, na ptica da sustentabilidade ambiental;As condies de
monitorizao e de auditoria de funcionamento dos edifcios em termos
dos consumos de energia e da qualidade do ar interior.
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
GRANDEZAS, UNIDADES E SISTEMAS DE MEDIDA USADAS EM AVAC
Grandeza SI Indstria Europeia AVAC Inglaterra
Energia 1 Joule 1KWh=3.600.000 J1MJ=0.28 KWh
1Cal=4184 J1Frigoria=-4184 J
1BTU=1055 J
Potncia 1 Watt 1kW=1000 W 1kCal/h=1162,2 W 1BTU/h=0,293 W
Fora 1 Newton 1Kgf=9,8 N
Presso 1 Pascal 1 Bar=105 Pa 1Bar=1,02Kg/cm2 1PSI=6892
PaCapacidadeCalorfica
1 J/ Kg K 1Cal/gC=4184J/KgK
1BTU/LF= 4186,8/JKgK
Caudalm
3/s m
3/h m
3/h 1cfm=1,699 m
3/h
Temperatura Kelvin K C ou K C ou K Farenheit F
PSI Libras por polegada quadradaCfm - p cbico por minuto
MULTIPLOS
T tera10
12
G giga10
9
M mega10
6
k kilo10
3
h hecto10
2
da deca 10
SUB MULTIPLOS
d deci10
-1
c centi10
-2
m mili10
-3
u micro10
-6
na nano10
-9
p pico10
-12
f femto10
-15
a ato10
-18
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
Eficincia Energtica em AVAC O EER e o COP so ndices que nos
indicam o nvel de eficincia do equipamento de ar condicionado.O
nvel de consumo energtico depende da relao entre a quantidade de
frio (frigorias) ou calor (calorias) obtida e a energia elctrica
consumida.EER Em ingls Energy Efficiency Ratio, o ndice de
Eficincia de Energia. SEER o mesmo ndice mas sazonal . o valor da
potncia da unidade em arrefecimento dividida pela potncia elctrica
que a unida-de necessita para a execuo do trabalho. Resumindo
quanto mais alto for o valor do EER, maior ser a sua eficincia.COP
Em ingls Coefficient Of Performance, o Coeficiente de
Desempenho.Representa o rcio (quociente) entre a energia trmica
(calor) fornecida por uma bomba de calor e a energia elctrica
consumida pelo sistema. semelhana do EER, quanto maior for o COP,
mais eficiente ser o siste-ma. obrigatrio para equipamentos de ar
condicionado de fase nica para ter uma classificao de energtica. No
entanto, para os maiores sistemas, trifsicos, a rotulagem da
eficincia energtica voluntria.Como j foi referido o COP e o EER so
medidas que comprovam a eficincia energtica do sistema. Geral-mente
COP e EER significam a mesma coisa, porm o EER refere-se eficincia
dos sistemas no arrefeci-mento e COP refere-se a eficincia dos
sistemas no aquecimento.Estas medidas so calculadas dividindo o
valor da da capacidade (kW) de arrefecimento para o EER, ou de
aquecimento para o COP, pelo consumo elctrico nominal (kW).
Tabela de Classificao energtica para valores de EER e COP
Das 7 classes de eficincia energtica (A a G),a classe A
representa a mais eficiente ea classe G a menos eficiente.
Classe Energtica para Arrefecimento Classe Energtica para
Aquecimento
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
NOES GERAIS DE ELECTRICIDADE
A CORRENTE ELCTRICA
A corrente elctrica o fluxo de cargas de um ponto para outro do
espao atravs dos corpos ou do vazio.
Nos corpos slidos a corrente elctrica sempre causada pela
deslocao de electres. Nos lquidos, nos gases e no vazio a corrente
pode ser causada por electres protes ou ies (tomos que ganharam ou
per-deram electres.
Circuito elctrico
Denomina-se circuito elctrico ao circuito fsico percorrido por
uma corrente elctrica.
Os elementos bsicos de um circuito so o gerador e os
consumidores sendo estes:
(os elementos lineares ou seja que no deformam a forma de onda
da corrente o tenso de alimentao)
a resistncia
o condensador
a indutncia (bobina)
elementos no lineares (tubo fluorescente; elementos electrnicos
como o dodo, o triac ou o LED)
Os circuitos reais tm alm do gerador e dos consumidores:
Os condutores
Aparelhagem de proteco, comando, manobra e medida, como: os
interruptores, fusveis, voltme-
tros etc.
Tipos de corrente- Corrente contnua- Corrente alternada
Corrente contnua (CC ou DC)
Considera-se corrente contnua o fluxo unidireccional de cargas.
Pode ser de valor fixo ou de valor varivel ou mesmo por impulsos.
Ex: corrente de uma bateria de carro, pilha, painis fotovoltaicos,
dnamos, etc.
Corrente alternada ( CA ou AC)
Considera-se corrente alternada o fluxo bidireccional alternado
de cargas. Pode ser de valor fixo ou de valor varivel ou mesmo por
impulsos. Ex: corrente usada nas residncias.No mundo actual, a
grande maioria as aplicaes que dependem de electricidade so
alimentadas por corren-te alternada. Existem fortes motivos para
que isto acontea:
a gerao de grandes quantidades de energia mais econmica em CA do
que em CC; de facto to-das as grandes centrais elctricas produzem
tenses CA, ficando as fontes de CC para aplicaes especiais ou que
envolvam a necessidade de portabilidade;
pela mesma razo antes exposta, a alimentao por CA encontrada em
qualquer instalao elctri-ca residencial, comercial ou
industrial;
a transformao de CA em CC (rectificao) simples, barata e
eficiente; a transformao inversa (CC em CA, chamada inverso) j mais
elaborada e tem maior custo;
os motores alimentados por CA so mais baratos e tm muito menos
manuteno j que no tm es-covas, so usados em praticamente todas as
aplicaes de fora-motriz;
a alimentao em CA permite o uso de transformadores, com os quais
se podem alterar nveis de tenso ou corrente para quaisquer
valores.
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
Geralmente o uso de CC est restrito a operaes especficas (como a
electrlise), alimentao de motores de CC, alimentao de alguns
aparelhos electrnicos ou a situaes onde a portabilidade da fonte
exigida (como no caso de veculos auto-motrizes, tipo automveis,
scooters ou segways).Porm o uso de CA traz um problema inexistente
em CC: o surgimento dos fenmenos da impedncia induti-va e da
impedncia capacitiva, os quais podem produzir perdas em algumas
situaes, como nas linhas de transmisso de energia.
EFEITOS DA CORRENTE ELCTRICA
Na passagem de uma corrente por um condutor podem observar-se
alguns efeitos, como os descritos a se -guir:
a) Efeito trmico ou efeito JouleQualquer condutor sofre um
aquecimento ao ser atravessado por uma corrente elctrica.Esse
efeito a base de funcionamento dos aquecedores elctricos, chuveiros
elctricos, secadores de cabe-lo, lmpadas trmicas etc.
b) Efeito luminosoEm determinadas condies, a passagem da
corrente elctrica atravs de um gs rarefeito faz com que ele emita
luz. As lmpadas fluorescentes e os anncios luminosos. so aplicaes
desse efeito. Neles h a transformao directa de energia elctrica em
energia luminosa.
c) Efeito magnticoUm condutor percorrido por uma corrente
elctrica cria, na regio prxima a ele, um campo magntico. Este um
dos efeitos mais importantes, constituindo a base do funcionamento
dos motores, transformadores, rels etc.
d) Efeito qumicoUma soluo electroltica sofre decomposio, quando
atravessada por uma corrente elctrica. a electrli-se. Esse efeito
utilizado, por exemplo, no revestimento de metais: cromagem,
niquelagem etc.
CIRCUITOS DE CORRENTE CONTNUA - ELEMENTOS DE UM CIRCUITO
ELCTRICO
Para se estabelecer uma corrente elctrica so necessrios,
basicamente: um gerador de energia elctrica, um condutor em
circuito fechado e um elemento para utilizar a energia produzida
pelo gerador. A esse con -junto denominamos circuito elctrico.
lmpada i
interruptor fonte
a) Gerador elctrico um dispositivo capaz de transformar em
energia elctrica outra modalidade de energia. O gerador no gera ou
cria cargas elctricas. Sua funo fornecer energia s cargas elctricas
que o atravessam. Industrial -mente, os geradores mais comuns so os
qumicos, os mecnicos, os fotovoltaicos e os termoelctricos.
Qumicos: aqueles que transformam energia qumica em energia
elctrica. Exemplos: pilha e bateria. Mecnicos: aqueles que
transformam energia mecnica em elctrica. Exemplo: dnamo de motor de
auto-mvel e o alternador.. Fotovoltaicos: aqueles que transformam a
energia radiante visvel em energia elctrica Exemplo: painis so
-lares fotovoltaicos. Termoelctricos: aqueles que transformam
directamente diferenas de temperatura em energia elctrica Ex-emplo:
termopares
i
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
+ -
b) Consumidor (receptor) elctrico um dispositivo que transforma
energia elctrica em outra forma de energia, no exclusivamente
trmica. O principal receptor o motor elctrico, que transforma
energia elctrica em mecnica, alm da parcela de energia dissipada
sob a forma de calor. Tambm so consumidores os equipamentos
electrnicos domsti -cos ou industriais. Do mesmo modo so
consumidores os equipamentos produtores de luz como lmpadas de
incandescncia, lmpadas fluorescentes ou lmpadas LED.
i + -
c) Resistncia elctrica um dispositivo que transforma toda a
energia elctrica consumida integralmente em calor. Como exemplo,
podemos citar os aquecedores, o ferro elctrico, o chuveiro
elctrico, a lmpada comum e os fios condutores em geral.
d) Dispositivos de manobra ou comandoSo elementos que servem
para ligar ou desligar um circuito elctrico. Por exemplo, os
interruptores, os in -versores e os seccionadores
e) Dispositivos de seguranaSo dispositivos que, ao serem
atravessados por uma corrente de intensidade maior que a prevista,
interrom-pem a passagem da corrente elctrica, preservando da
destruio os demais elementos do circuito. Os mais comuns so os
fusveis e os disjuntores.
f) Dispositivos de controlo e medidaSo utilizados nos circuitos
elctricos para medir a intensidade da corrente elctrica ou para
medir a diferen-a de potencial existente entre dois pontos, ou,
simplesmente, para detect-las. Os mais comuns so o ampe-rmetro e o
voltmetro Ampermetro: aparelho que serve para medir a intensidade
da corrente elctrica.
Voltmetro: aparelho utilizado para medir a diferena de potencial
entre dois pontos de um circuito elctrico.
RESISTNCIAS
"Resistncias so elementos de circuito que consomem energia
elctrica, convertendo-a integralmente em energia trmica."
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A
V
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
Lei de Ohm R i
UU = R.i
U = (ddp) diferena de potencial (V)R = resistncia elctrica ( )i
= corrente elctrica (A)
No SI, a unidade de resistncia elctrica o Ohm ( )
Curva caracterstica de uma Resistncia Pura (na gria de
electricidade ohmica)
U U3 U2 U1
0 i1 i2 i3 i
Ui
=R (constante)
POTNCIA DISSIPADA NUMA RESISTNCIA
P = U.i P = R.i2 P= U2
RUnidade de potncia no SI: W (watt)
ENERGIA CONSUMIDA
E = P. t
E = energia (J, kWh)P = potncia (W) t = tempo (s)
No SI a unidade de energia o joule (J), mas tambm muito
utilizado o kWh. 1kWh a energia consumi-da, com potncia de 1kW,
durante 1 hora.
ASSOCIAO DE RESISTNCIAS
Associao de Resistncias em srie"Vrias Resistncias esto
associados em srie quando so ligados um em seguida do outro, de
modo a se-rem percorridos pela mesma corrente." i R1 R2 R3
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
U1 U2 U3
i Req
U
Req = resistncia equivalente ( )U = ddp da associao (V)
U = U1 + U2 + U3i = i1 = i2 = i3Req = R1 + R2 + R3
Associao de Resistncias em paralelo"Vrias Resistncias esto
associadas em paralelo quando so ligados pelos terminais de modo
que fiquem submetidos mesma ddp." i1 R1 i i2 R2 i3 R3
U i Req
UReq= resistncia equivalente ( )U = ddp da associao (V)U = U1 =
U2 = U3i = i1 + i2 + i3
1Req
= 1R1+ 1
R2+ 1
R3
Leituras no Ampermetro e no Voltmetro
Ampermetro ideal: no tem resistncia interna ( ligado em
srie).Voltmetro ideal: tem resistncia interna infinitamente grande
( ligado em paralelo).
Gerador elctrico"Levando-se em conta a resistncia interna do
gerador, percebemos que a ddp U entre os terminais menor do que a
fora electromotriz (fem), devido perda de ddp na resistncia
interna."
i - + r
E
U
U = E - r.i
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
Circuitos elctricos
i= E R
E = soma de todas as foras electromotrizes do circuito. R = soma
de as resistncias do mesmo circuito.
Resistncia elctrica
A resistncia uma medida da oposio que a matria oferece passagem
de corrente elctrica. Os materiais so designados por condutores,
semicondutores ou isoladores conforme a oposio que oferecem seja
reduzida, mdia e elevada. Essa oposio est relacionada com a energia
necessria em cada materi -al para fazer passar os electres da banda
de valncia para a banda de conduo.
A Lei de Ohm
v = R i(3.1)
estabelece a relao existente entre a corrente e a tenso elctrica
aos terminais de uma resistncia. O par-metro R, designado
resistncia elctrica, expresso em Ohm (note-se que na lngua inglesa
se distinguem a grandeza resistance que uma propriedade do elemento
resistor). Em Portugus usa-se o mesmo termo para designar quer o
valor da resistncia quer o objecto resistncia elctrica.
A resistncia elctrica dos materiais pode ser comparada ao atrito
existente nos sistemas mecnicos. Por exemplo, e ao contrrio da
situao no vcuo, a aplicao de um campo elctrico constante (fora
cons-tante) sobre uma carga elctrica conduz a uma velocidade
constante nos materiais, situao qual corres-ponde uma troca de
energia potencial elctrica por calor. Esta converso designada por
efeito de Joule, cuja expresso da potncia dissipada
p = Ri2(3.2).
A resistncia um dos elementos mais utilizados nos circuitos.
Existem resistncias fixas, variveis e ajustveis, resistncias
integradas e resistncias discretas, resistncias cuja funo a
converso de grande-zas no elctricas em grandezas elctricas, etc.
Relativamente a estas ltimas, existem resistncias sensveis
temperatura, como sejam as termo-resistncias e os termstores,
resistncias sensveis ao fluxo luminoso, designadas por
foto-resistncias, magneto-resistncias, piezo-resistncias,
qumio-resistncias, etc.
Resistividade
W.m, ohm-metro
se designa por resistividade elctrica do material e
W, Ohm
por resistncia elctrica do condutor. As expresses (3.9), (3,13)
e (3.14) so indistintamente designadas por Lei de Ohm.
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
De acordo com a expresso (3.16), a resistncia elctrica de um
condutor directamente proporcio-nal ao seu comprimento, e
inversamente proporcional sua seco, densidade e mobilidade das
cargas elctricas livres existentes no seu seio. Na Figura 3.3
ilustram-se alguns casos da relao existente entre a resistncia
elctrica e o comprimento, a seco e a resistividade, enquanto na
Tabela 3.1 se apresentam os valores da resistividade elctrica de
alguns materiais condutores, semicondutores e isoladores, medidos
temperatura de referncia de 20 C.
Resistncia elctrica de fios condutores com comprimentos, seces e
resistividades variadas
MATERIAL RESISTIVIDADE (@ 20C)prata 1.645*10-8 W.mcobre
1.723*10-8 W.mouro 2.443*10-8 W.malumnio 2.825*10-8 W.mtungstnio
(volfrmio) 5.485*10-8 W.mnquel 7.811*10-8 W.mferro 1.229*10-7
W.mconstantan 4.899*10-7 W.mnicrmio 9.972*10-7 W.mcarbono 3.5*10-5
W.msilcio 2.3*103 W.mpoliestireno ~ 1016 W.m
Tabela 3.1 Resistividade elctrica de diversos materiais
condutores, semicondutores e isoladores (a 20 C)
A Lei de Ohm permite trs interpretaes distintas:
b) para uma determinada tenso aplicada, a corrente inversamente
proporcional resistncia elctrica do elemento;
c) para uma determinada corrente aplicada, a tenso desenvolvida
aos terminais do elemento proporcional resistncia;
d) a resistncia de um elemento dada pelo quociente entre a tenso
e a corrente aos seus ter-minais.
IDENTIFICAO DAS RESISTNCIAS
A informao relativa ao valor nominal e tolerncia de uma
resistncia discreta encontra-se regra geral gravada no invlucro sob
a forma de nmeros, bandas ou pontos coloridos. No entanto, de todos
estes trs sistemas alternativos o das bandas coloridas aquele de
maior divulgao entre os fabricantes de com -ponentes, com terminais
para soldadura em particular nas resistncias de aglomerado de
grafite, vulgo de
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
carvo ou filme metlico. No caso dos componentes destinados a
montagem em superfcie SMD usual o uso de algarismos.
O cdigo de cores varia conforme as resistncias sejam normais ou
de preciso: as resistncias nor-mais so codificadas com quatro
bandas, ao passo que as de preciso so codificadas com base num
cdigo de cinco bandas. O significado de cada banda indicado nas
Tabelas A3.1. Convm notar que a mesma cor pode ter significados
diferentes consoante a resistncia seja de preciso ou normal.
Nas resistncias normais, o significado de cada banda o
seguinte:
a 1 e a 2 bandas indicam os dois primeiros algarismos do valor
nominal da resistncia, N1 e N2; a 3 banda indica o factor
multiplicativo do valor nominal da resistncia, que pode ser 10-2,
10-1, 1, 10, 100, . . ., 109; a 4 banda indica a tolerncia do valor
nominal da resistncia, a qual pode tomar valores tpicos de 1%, 2%,
5%, 10% e 20%.
Cor Abreviatura Valor N de zeros TolernciaPreto Pr 0 ---
---Castanho Mr 1 0 1%Vermelho Vm 2 00 2%Laranja La 3 000 ---Amarelo
Am 4 0000 20%Verde Vd 5 00000 0,5%Azul Az 6 000000 0,25%Violeta Rx
ou Vl 7 0000000 0,1%Cinza Cz 8 00000000 ---Branco Br 9 000000000
---Ouro --- --- --- 5%Prata --- --- --- 10%------ --- --- ---
20%
Tabela A3.1 Cdigo de cores das resistncias normais.
Na Figura A3.1 apresenta-se o exemplo de uma resistncia normal
cujas bandas apresentam as seguintes cores:
1 banda: verde (5)
2 banda: azul (6)
3 banda: vermelho (2)
4 banda: dourado (10%)
Estas bandas codificam a informao relativa a uma resistncia de
5,6 kW e 5 % de tolerncia, portanto com um valor nominal
compreendido entre 5,04 kW e 6,16 kW.
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Potncia elctrica
A potncia uma medida do ritmo a que se dissipa ou acumula
energia elctrica.
Por outro lado, tendo em conta as relaes entre trabalho, tenso,
carga, tempo e corrente elctrica, verifica-se que
ou seja, que a potncia mais no do que o produto da tenso pela
corrente elctrica, as duas variveis ope-rativas dos circuitos
elctricos.
Leis de Kirchhoff
As Leis de Kirchhoff regem a associao de componentes num
circuito. Ao contrrio da Lei de Ohm, cujo mbito a resistncia, as
Leis de Kirchhoff das tenses e das correntes estabelecem as regras
s quais devem respeitar as associaes de componentes: a Lei de
Kirchhoff das correntes afirma que so idnticos os somatrios das
correntes incidentes e divergentes em qualquer n de um circuito, ao
passo que a Lei das tenses afirma que nulo o somatrio das tenses
aos terminais dos componentes situados ao longo de um caminho
fechado. Uma associao de componentes elctricos constitui um
circuito quando verifica simultane-amente as Leis de Kirchhoff e as
caractersticas tenso-corrente dos componentes, que no caso
particular da resistncia se designa por Lei de Ohm. A aplicao
conjunta das Leis de Kirchhoff e de Ohm permite obter um conjunto
de equaes cuja resoluo conduz aos valores das correntes e das
tenses aos terminais dos componentes.
Para alm de permitir resolver os circuitos, as trs leis
referidas possibilitam ainda a derivao de um conjunto de regras
simplificativas da anlise dos circuitos. Designadamente, as regras
de associao em s-rie e em paralelo de resistncias, as regras dos
divisores de tenso e de corrente, as regras de transformao entre
fontes de tenso e de corrente, as regras de associao de fontes de
corrente e de tenso, etc.
Lei de Kirchhoff das Tenses ( lei das malhas)
A Lei de Kirchhoff das tenses (LKT) estabelece que nulo o
somatrio das quedas e elevaes de tenso ao longo de um caminho
fechado de um circuito elctrico
Nos circuitos representados na Figura 4.1 existem os seguintes
caminhos fechados: o caminho ao longo dos ns (a, b, c, d, e, f, a),
em 4.1.a, e os caminhos ao longo dos ns (a, b, c, d, e, a), (b, c,
d, e, b) e (a, b, e, a) em 4.1.b.
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
Figura 4.1 Lei de Kirchhoff das tenses
Por exemplo, para o caminho (a, b, c, d, e, a) vlida a
igualdade
ou ento
A relao (4.3) indica que so iguais os somatrios das quedas e das
elevaes de tenso ao longo de um caminho fechado.
Lei de Kirchhoff das Correntes ( lei dos ns)
A Lei de Kirchhoff das correntes (LKC) estabelece que nulo o
somatrio das correntes incidentes em qualquer n de um circuito
elctrico (Figura 4.2.a)
Figura 4.2 Lei de Kirchhoff das correntes
Um n um ponto de unio entre dois ou mais componentes de um
circuito, ou entre um componente e a massa. Nos circuitos
representados na Figura 4.2 existem os seguintes ns: ns a, b, c e o
n da massa, em 4.2.b, e os ns a, b, c e d em 4.2.c. A aplicao da
LKC ao n b do circuito em 4.2.c conduz igualdade
ou ento
A relao (4.6) indica que em qualquer n de um circuito so
idnticos os somatrios das correntes incidentes e divergentes.
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Divisor de Tenso
Considere-se o circuito representado na Figura 4.9.a, constitudo
por uma cadeia de resistncias liga-das em srie com uma fonte de
tenso.
Figura 4.9 Divisores de tenso (a) e de corrente (b)
A queda de tenso aos terminais de cada uma das resistncias dada
por
com j=1,2, . . . k, e em que i define a corrente comum a todas
as resistncias,
Substituindo (4.22) em (4.21), obtm-se
para a tenso aos terminais de cada uma das resistncias, expresso
que designada por regra do divisor de tenso. No caso de duas
resistncias apenas, a expresso do divisor de tenso toma a forma
particular
para a tenso aos terminais da resistncia R1, e
para a tenso aos terminais da resistncia R2. Por outro lado, a
relao entre as quedas de tenso aos termi -nais das duas resistncias
coincide com o quociente entre os valores nominais respectivos,
Divisor de Corrente
Considere-se o circuito representado na Figura 4.9.b, constitudo
por um conjunto de resistncias ligadas em paralelo com uma fonte de
corrente. A corrente em cada uma das resistncias dada por
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com j=1,2, . . . k, e em que v define a tenso comum a todas
elas
Substituindo (4.28) em (4.27), obtm-se a expresso da corrente em
cada um dos componentes
que neste caso se designa por regra do divisor de corrente. No
caso de duas resistncias, a expresso do di-visor de corrente toma a
forma particular
ou ainda
Por outro lado, a relao entre as correntes em duas resistncias
associadas em paralelo dada por
ou ainda
Teorema de Thvenin ( ou teorema da equivalncia a um circuito
srie)
O teorema de Thvenin afirma que, do ponto de vista de um
qualquer par de terminais, um circuito li-near pode sempre ser
substitudo por uma fonte de tenso com resistncia interna. Como se
verifica na Figu -ra 6.4, quando o objectivo da anlise de um
circuito se resume a identificar a corrente, a tenso ou a potncia a
jusante de um par de terminais, ento o teorema de Thvenin indica
que todo o circuito a montante pode ser reduzido a dois elementos
apenas, constituindo globalmente uma fonte de tenso com resistncia
interna. O conjunto de componentes vTh e RTh designado por
equivalente de Thvenin do circuito.
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Figura 6.4 Teorema de Thvenin
A metodologia de clculo do equivalente de Thvenin difere
consoante o tipo de fontes em presena no circuito. comum
distinguirem-se circuitos com fontes independentes (Caso 1);
circuitos com fontes inde-pendentes e dependentes (Caso 2); e
circuitos com fontes dependentes (Caso 3).
Caso 1: Equivalente de Thvenin de um Circuito com Fontes
Independentes
Considere-se o circuito representado na Figura 6.5.a,
relativamente ao qual se pretende determinar o equivalente de
Thvenin do sub-circuito esquerda dos terminais a e b indicados.
Figura 6.5 Equivalente de Thvenin de um circuito com fontes
independentes
O equivalente de Thvenin calcula-se nos seguintes dois passos
(para alm da identificao dos ter -minais e do sentido relativamente
ao qual se pretende obter o equivalente):
1. obteno da tenso em aberto (Figura 6.5.b),
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(ii)e determinao da resistncia equivalente vista dos terminais
de sada, quando se anulam todas as fontes independentes no circuito
(Figura 6.5.c),
Caso 2: Equivalente de Thvenin de um Circuito com Fontes
Independentes e Dependentes
Considere-se o circuito da Figura 6.6.a, integrando fontes
independentes e dependentes de tenso.
Figura 6.6 Equivalente de Thvenin de um circuito com fontes
independentes e dependentes
O clculo composto por trs passos:
a) determinao da tenso em aberto (Figura 6.6.b),
(ii) determinao da corrente de curto-circuito entre os terminais
especificados (Figura 6.6.c);
b) e clculo da resistncia equivalente de Thvenin atravs do
quociente entre a tenso em aberto e a corrente de
curto-circuito,
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Caso 3: Equivalente de Thvenin de um Circuito com Fontes
Dependentes
O equivalente de Thvenin de um circuito com fontes dependentes
caracteriza-se pelo valor nulo da tenso equivalente respectiva. A
metodologia de clculo da resistncia equivalente exige que se
aplique do exterior uma tenso (ou uma corrente), se mea a corrente
absorvida (a tenso gerada aos terminais) e se efectue o quociente
entre ambas. No caso da resistncia equivalente do circuito
representado na Figura 6.7.a:
(i) aplica-se uma corrente ao circuito, ix, e mede-se a tenso
aos terminais, vx (Figura 6.7.b). Em alternativa, pode aplicar-se
uma tenso aos terminais especificados, vx, e medir a corrente
absorvida pelo circuito (Figura 6.7.c);
c) e determina-se a resistncia equivalente de Thvenin atravs do
quociente
Figura 6.7 Equivalente de Thvenin de um circuito com fontes
dependentes.
Teorema de Millman-Norton
O teorema de Millman-Norton estabelece as regras de associao em
paralelo e em srie de fontes de tenso e de corrente,
respectivamente. Este tpico foi abordado anteriormente, tendo-se
ento tratado apenas o caso elementar da associao em srie e em
paralelo de conjuntos de duas fontes.
Considerem-se agora as fontes de tenso associadas em paralelo
(Figura 6.13.a). O teorema de Mill-man-Norton estabelece que o
conjunto destas fontes pode ser substitudo por uma fonte de tenso
com resis-tncia interna, cujos parmetros so dados pelas
expresses
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Figura 6.13 Teorema de Millman-Norton: associao em paralelo de
fontes de tenso (a) e associao em s-rie de fontes de corrente
(b).
e
Este resultado encontra-se demonstrado de forma grfica na
Figura.6.13.a.
A associao em srie de fontes de corrente rege-se pelo dual do
teorema de Millman-Norton, de-monstrado na Figura 6.13.b. Neste
caso, a amplitude da fonte de corrente e a resistncia interna
respectiva so dadas pelas expresses
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e
CAMPO MAGNTICO
1.1.3 - MagnetismoDenomina-se magnetismo, o campo de linhas de
fora invisveis criado pelos ms naturais e pelos electro--ms. Os trs
tipos mais comuns de ims naturais so a ferradura, a barra e a
agulha de bssola. Os ms possuem duas caractersticas principais:
atraem e prendem-se ao ferro e se esto livres para se moverem como
a agulha da bssola, apontam para os plos norte e sul.
1.1.4 - Linhas do Fluxo MagnticoCada m possui dois plos, um plo
norte e um plo sul. As linhas invisveis do fluxo magntico saem do
plo norte e entram no plo sul. Mesmo que as linhas do fluxo sejam
invisveis, os efeitos do campo magnti-co gerado pelas mesmas, pode
se tornar visvel. Se colocarmos uma folha de papel sobre um m
natural ou sobre um electro-m, e despejarmos limalha de ferro sobre
essa folha, as limalhas de ferro arranjar-se-o ao longo das linhas
invisveis do fluxo.
Extraindo as linhas na maneira como as limalhas de ferro se
arranjaram, teremos a seguinte imagem:
As linhas tracejadas indicam o trajecto das linhas do fluxo
magntico. As linhas do campo existem dentro e fora do m e formam
sempre laos fechados. As linhas magnticas do fluxo saem do plo
norte e entram no plo sul, retornando ao plo norte atravs do m.
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1.1.5 - Interaco entre dois msQuando dois ms so aproximados, o
fluxo magntico em torno destes ir causar uma interaco entre os
mesmos. Se os ms forem aproximados com os plos contrrios, atraem-se
e se forem com os plos iguais repelem-se.
O campo magntico causado por correntes elctricas
Sempre que uma corrente elctrica percorre um condutor, gerado ao
seu redor um campo magntico. Os princpios do electro-magnetismo so
uma parte importante da electricidade, pois alm dos motores, os
elec-tro-ms so utilizados em vrios componentes elctricos e os
mesmos princpios permitem a construo da mquina elctrica mais
simples : o transformador
Electro-m
Uma bobina de fio condutor, percorrida por uma corrente elctrica
age como um m. As voltas individuais da bobina agem como pequenos
ms. Os campos individuais somam-se formando o campo principal. A
fora do campo pode ser aumentada adicionando mais voltas bobina ou
ainda, se ainda se aumentarmos a corrente que circula pela
mesma.
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
"Campo magntico toda regio ao redor de um im ou de um condutor
percorrido por corrente elctrica."
e) Plos magnticos de mesmo nome se repelem e de nomes contrrios
se atraem.f) Se seccionarmos um im ao meio, surgiro novos plos
norte e sul em cada um dos pedaos, constituin -
do cada um deles um novo im.
Campo magntico criado por um condutor rectilneo"Segure o
condutor com a mo direita de modo que o polegar aponte no sentido
da corrente. Os demais de -dos dobrados fornecem o sentido do
vector campo magntico, no ponto considerado. (Regra da mo direita)
"
i iB B
B B
r
B= . i2 . r
B = intensidade do vector campo magntico em um ponto (T) =
permeabilidade magntica do meio (T.m/A)0 = 4 .10-7 T.m/A (no
vcuo)
r = distncia do ponto ao fio (m)
A unidade de B no SI o Tesla (T).
Campo magntico no interior de um solenide (bobina)"Um condutor
enrolado em forma de espiras denominado bobina ou solenide."
i B i
l
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N
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B= . N . il
N = nmero de espirasl = comprimento do solenide
Fora magntica"Uma carga elctrica q lanada dentro de um campo
magntico B, com uma velocidade v, sofre a aco de uma fora F.
q
B v F
F = qvB sen
O sentido da fora dado pela regra da mo esquerda.
F (polegar)
B (indicador)
v (mdio)
g) A fora magntica sobre cargas elctricas assume valor mximo
quando elas so lanadas perpendicu-larmente direco do campo
magntico.
q
B v F
F = qvB
h) Cargas elctricas em repouso ou lanadas na mesma direco do
campo magntico no sofrem a aco da fora magntica.
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CORRENTE ALTERNADA
MATEMTICA DA CORRENTE ALTERNA - FUNES SINUSOIDAIS
As grandezas CA so funes cclicas, isto suas formas de onda
repetem-se periodicamente. Denomina-se perodo (T) ao tempo que a
funo demora para se repetir e denomina-se frequncia (f) ao nmero de
ci-clos repetidos ao longo de um segundoEnto T*f = 1 (eq.1)O perodo
expresso em segundos (s), enquanto a frequncia medida em Hertz
(Hz).Como as sinusides completam um ngulo igual a 2 radianos (360o)
num perodo, a velocidade angular dada porfTppw = 2 = 2 (eq.2)
Figura 5.1 Gerao de funes sinusoidais a partir de vectores: (a)
funo seno original; (b) funo seno adiantada de graus em relao
original.
A Figura 5.1a mostra uma sinuside gerada a partir da rotao de um
vector centrado na origem de um siste-ma de eixos coordenados. A
cada ngulo descrito pelo vector, relativamente ao eixo x, h uma
corresponden-te projeco sobre o eixo y, de maneira que se tem, na
curva a direita, pontos com coordenadas (x;y).
Na Figura 5.1b, o vector parte com um ngulo inicial e a curva
resultante assemelha-se funo seno ori-ginal puxada para a esquerda.
Na comparao entre a funo gerada pelo vector e a sinuside original
(tra-cejada na figura) diz-se que a primeira est adiantada de em
relao segunda, eis que eventos seme-lhantes (por exemplo, o
instante em que cada uma delas atinge o valor de pico) acontecem
antes com ela.
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Grandezas de CA, como as mostradas na Figura 5.1, so chamadas
funes sinusoidais, pois tm formas de onda seme-lhantes a sinusides;
so perfeitamente descritas pela equaof (t) = A sen(t + ) (eq.
5.3)onde:A = amplitude, tambm chamado valor de pico, que
corresponde ao maior valor alcanado pela funo ao longo do pero-do;
sua unidade a mesma da grandeza representada (V, A ou W); =
velocidade angular, dada em radianos por segundo (rad/s), que
expressa a velocidade com que os ciclos se repetem; = ngulo de fase
(dado em graus decimais, o), o qual determina o deslocamento da
forma de onda em relao funo seno "original".(a) (b) 30Os
instrumentos de medida de correntes e tenses CA usualmente
trabalham com o chamado valor eficaz (ou rms) dessas funes, o qual
um valor fixo e igual a Valor eficaz = 2A (5.4) tendo as mesmas
unidades da funo original.
Figura 5.2 O grfico da Figura 5.2 mostra a tenso u e a corrente
i associadas a uma carga.
Valor de pico da corrente e da tenso - v-se na Figura 5.2 que a
corrente atinge seu pico 2 quadrculas aps a ten-so; portanto, a
corrente est atrasada de 60o em relao tenso.
1.6.2 COMPORTAMENTO DOS ELEMENTOS BSICOS DE UM CIRCUITO
SUBMETIDOS A CA
importante entender o que acontece com os elementos bsicos
quando submetidos excitaes CA.As resistncias no sofrem outra
influncia que no a de sua prpria resistncia, isto , a oposio
passa-gem de corrente. Nos Resistncias, a corrente e a tenso sempre
esto em fase (Figura 5.2a)Porm indutores e condensadores sentem a
variao temporal da corrente e a desfasam em relao ten-so:
condensadores adiantam a corrente em 90o, enquanto que indutores a
atrasam pelo mesmo ngulo (Fi-guras 5.2b e c). Este comportamento
deve-se prpria natureza desses elementos, cujo funcionamento exige
o fornecimento de energia para formao de campos elctricos ou
magnticos, sem a realizao de trabalho til .
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Figura 5.3 Formas de onda de tenso U e corrente I, em CA, para
os elementos bsicos dos circuitos: (a) Resistncias; (b)
condensadores; (c) indutores.
Devido a esta reaco de condensadores e indutores passagem de CA,
estes elementos so ditos reacti-vos e caracterizados por uma
reactncia, medida em ohms (): reactncia capacitiva: XC= 1/ c = 1/
2pifC (eq.5.5) reactncia indutiva: X L= L = 2pi fL(eq.5.6)Conforme
visto anteriormente, os equipamentos e dispositivos prticos podem
ser analisados a partir de mo-delos que incorporam resistncias,
indutores e condensadores.Quando excitados por CA esses
equipamentos produzem dois efeitos:
causam oposio passagem das correntes, por causa de sua
resistncia; produzem desfasagem da corrente em relao tenso, em razo
de sua reactncia.
Como no existem indutores ou condensadores ideais, na prtica o
ngulo de desfasagem da corrente em re-lao tenso (chamado j) sempre
ser menor que 90o, em atraso (cargas indutivas) ou em avano(cargas
capacitivas).A impedncia de um dispositivo uma grandeza que agrega
esses dois aspectos, incorporando a resistncia R e a reactncia X.
Diz-se que esses "componentes" da impedncia esto "em quadratura",
isto dispostos em ngulo recto, de modo que a impedncia pode ser
representada por um tringulo rectngulo desenhado para baixo (cargas
indutivas) ou para cima (cargas capacitivas), conforme se mostra
Figura 5.4.
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Figura 5.4 Representao de impedncia: (a) carga com caracterstica
indutiva; (b) carga com caracterstica capacitiva.
A impedncia de uma carga caracterizada por dois parmetros:
mdulo, dado por Z = R2 + X2 (eq. 5.7)independente da caracterstica
(indutiva ou capacitiva) desta carga e expresso em Ohm (). Este
mdulo representa a relao entre os valores eficazes da tenso (Uef) e
da corrente (Ief), isto ef I U | Z |= (eq.5.8) ngulo, calculado
pela expresso R = tan1 X (5.9)sendo dado em graus decimais (o).
Este ngulo representa a desfasagem entre a tenso u e a corrente i
no elemento, ou seja = ng u ng i (5.10)e ser positivo no caso de
carga com caracterstica indutiva; se a carga tiver caracterstica
capacitiva o ngu-lo ser negativo.Nas situaes prticas, a maioria das
cargas tem caracterstica indutiva: o caso de motores de induo,
aparelhos de soldadura elctrica, lmpadas fluorescentes e muitas
outras. As cargas com caracterstica capa-citiva so mais raras, como
o caso de motores sncronos sobre-excitados, mas o uso de
condensadores em instalaes industriais muito comum, j que compensam
o atraso das outras cargas (indutivas) promovendo o avano da
corrente em relao tenso.
POTNCIA EM CAQuando uma tenso alternada U=Upico *sen(w t) onde
Upico sua amplitude, aplicada a uma carga, a cor-rente que circula
ser dada por I = Ip sen(wt -j) sendo Ip a corrente de pico.A
potncia instantnea p, calculada atravs da Equao 1.4 sen(2 t ) P=U
pico sen w t x Ip sen(wt -j) (eq.5.11)e resulta numa curva
semelhante mostrada na Figura 5.5
Figura 5.5 Curvas de tenso (U), corrente (I) e potncia
instantnea (Pinst) em uma impedncia Z = |Z|.
O significado desta curva importante: ela mostra que a carga
absorve a potncia fornecida pela fonte de ali-mentao (a potncia
positiva, indicada pelo sinal + na Figura 5.3) durante certo
intervalo de tempo; a seguir,
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parte dessa potncia fornecida pela carga, ou seja, devolvida a
fonte (potncia negativa). A potncia for-necida pela fonte usada
pela carga de 2 formas distintas:
uma parte transformada em trabalho til (como o aquecimento de
uma resistncia ou a rotao de um motor)
outra parte utilizada para a formao de campos elctricos e/ou
magnticos relacionados aos ele-mentos reactivos da carga; como no
transformada em trabalho til e devolvida a fonte (intervalo na
Figura 5.3).
A potncia mdia P dada pela integral da Equao 5.11 e resulta em :
P =UI cos (5.12)onde U e I so valores eficazes de tenso e de
corrente, respectivamente. Esta a potncia activa (tambm chamada
real), capaz de realizar trabalho til; sua unidade o Watt (W). A
energia relativa a esta potncia registada nos medidores de energia
(em kWh) existentes nas instalaes e constitui-se na base para o
clculo da conta de luz paga mensalmente.
A potncia reactiva (Q) aquela usada apenas para a formao de
campos elctricos ou magnticos nos ele-mentos reactivos dada por: Q
=UIsen (eq.5.13) e sua unidade o Volt-Ampere reactivo (VAr). A
energia relativa a esta potncia no computada nos medi-dores de kWh,
de forma que no pode se cobrada (pelo menos directamente) pela
concessionria.Denomina-se potncia aparente (S) quela que engloba as
duas anteriores, sendo dada porS = P2 + Q2 (eq. 5.14) e tendo por
unidade o Volt-Ampere (VA). Ento S = (UIcos)2 + (UIsen)2 = (UI)2
(cos2 + sen2) S = UI (eq.5.15)A potncia aparente usada para
especificaes de fontes (transformadores e geradores), pois permite
de-terminar a corrente mxima para determinada tenso de
fornecimento.As expresses 5.12 at 5.14 lembram relaes
trigonomtricas de tringulo retngulo. De fato, se P e Q fo-rem
tomados como catetos, S ser a hipotenusa. A Figura 5.6 mostra como
seriam os tringulos de potncias de uma carga com caracterstica,
respectivamente, indutiva, capacitiva e puramente resistiva.
Figura 5.6 Tringulo de potncias de carga: (a) indutiva; (b)
capacitiva; (c) resistiva.
Pode-se entender melhor o significado de cada potncia examinando
o esquema mostrado na Figura 5.7. A fonte fornece s cargas a
potncia aparente S; uma parte desta transformada em potncia activa
P (como o calor gerado por um aquecedor elctrico ou o conjugado
desenvolvido por um motor assncrono) e a outra, correspondente
potncia reactiva Q, utilizada na formao de campos magnticos (cargas
indutivas) ou elctricos (cargas capacitivas). Como no transformada
em energia consumida, esta potncia reactiva de-volvida fonte
durante o restante do ciclo1. A potncia aparente S corresponde a
soma vectorial de P e Q (Equao 5.14).V-se que uma parcela de
potncia (P) efectivamente utilizada e a outra (Q) fica viajando da
fonte (trans-formador) para a carga (motor) e vice-versa. A energia
reactiva no registada nos medidores comuns de kWh, de modo que no
aparece nas contas de luz a menos que as concessionria de energia
elctrica uti-lizem um medidor especfico para tal.
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
Figura 5.7 Fluxo de potncia entre fonte e cargas.
Numa instalao elctrica podem-se encontrar todos os tipos de
carga. As potncias activa e reactiva totais
so dadas por = T i P P (5.16) e = T i ind i cap Q Q (eq.5.17)
onde Pi , Qi ind e Qi cap significam, respectivamente, os KW, kVAr
indutivos e kVAr capacitivos de cada uma das cargas que compe a
instalao. importante notar que a potncia aparente total no pode ser
obtida pela soma das potncias aparentes indi-viduais. Ela deve ser
calculada usando-se a Equao 5.15.1 Transporte este raciocnio para a
curva de potncia da Figura 6.5.
O FACTOR DE POTNCIA
O factor de potncia (FP) de uma carga igual ao cosseno do ngulo
de desfasagem () entre a tenso e a corrente associadas a esta
carga. Assim FP = cos (eq.5.18)sendo uma grandeza adimensional com
valor 0 FP 1. Considerando as Equaes 5.12 e 5.15 acha-se S FP = P
(5.19) e pode-se interpretar o FP como sendo um rendimento: o
percentual de potncia aparente S que transformado em potncia activa
P. Ento, quanto menor for o FP, maior ser a quantidade de energia
reactiva Q que fica circulando entre a carga e a fonte sem produzir
trabalho til. Por este motivo, a legislao estabelece que uma
instalao com FP inferior ao de referncia 2 deve ser sobre
taxada.Cargas com caractersticas indutivas tm FP em atraso (porque
a corrente est atrasada em relao ten-so) e compreendem a maior
parte dos equipamentos usados em instalaes, como motores
assncronos, re-actores de lmpadas de descarga e aparelhos de solda
elctrica; cargas capacitivas, como motores sncronos sobre-excitados
e bancos de condensadores, tm FP em avano, porm no so encontradas
com a mesma frequncia que as indutivas. Por fim, as cargas
puramente resistivas (como aquecedores resistivos, lmpadas
incandescentes e chuveiros elctricos) tm FP unitrio.
Alguns factores que causam baixo factor de potncia em instalaes
elctricas so: motores de induo operando a vazio (sem carga acoplada
ao eixo); motores com potncia nominal muito superior necessria para
o accionamento da carga; transformadores operando a vazio ou com
pouca carga; fornos a arco ou de induo magntica; mquinas de solda
elctrica;
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reactores de lmpadas de descarga (fluorescentes, vapor de sdio,
etc.) com baixo FP; controladores de iluminao LED nveis de tenso
superior nominal, provocando um aumento da potncia reactiva.
Entre as consequncias de baixos valores de FP das instalaes
podem-se citar: acrscimo nas contas de energia elctrica; correntes
mais elevadas, j que, para uma potncia nominal P e tenso de
alimentao U fixadas, a corrente inversamente proporcional ao FP
(Equao 5.12); necessidade de condutores com seces maiores; aumento
das perdas elctricas nos condutores por efeito Joule; necessidade
de dispositivos de manobra e proteco com maior capacidade; quedas e
flutuao de tenso nos circuitos de distribuio; sobre-dimensionamento
ou limitao da capacidade de transformadores de alimentao; maiores
riscos de acidentes.
O factor de potncia uma caracterstica que depende das
caractersticas e da forma de utilizao de uma carga. um dado
fornecido pelo fabricante do equipamento e no pode ser alterado
directamente pelo utiliza-dor; no entanto, considerando que a
maioria das cargas encontradas de natureza indutiva, podem ser
usa-dos bancos de condensadores para corrigir o FP de uma carga
individual ou de toda uma instalao. Estes bancos, especificados em
kVAr, so ligados em paralelo com as cargas e praticamente no
promovem o aumento da potncia activa da instalao. O seu
dimensionamento pode ser feito utilizando-se a Tabela 5.1, da
seguinte forma:
1. Achar a linha correspondente ao FP original;2. Achar a coluna
equivalente ao FP que se deseja;3. Determinar o valor de K, obtido
no cruzamento da linha correspondente ao FPexistente com a coluna
relativa ao FP desejado;4. Multiplicar este valor pela potncia
activa P na instalao para obter a potnciareactiva a fornecer pelo
banco de condensadores.
Exemplo 5.3 Uma instalao alimentada por 220 V possui as
seguintes cargas:
1 - Iluminao fluorescente: 1 kW, FP = 0,5 em atraso;2 - Serra:
3,0 cv, rendimento de 78% e FP = 0,85 em atraso;3 - Bobinadora: 5,0
cv, rendimento igual a 82% e FP = 0,90 em atraso4 - Estufa: 2,0 kW,
FP = 1.
Um engenheiro fez o levantamento dos perodos de funcionamento
dos equipamentos em uma tpica manh de operao. Alm de constatar que
esses equipamentos funcionam sempre a plena carga, obteve os
resulta-dos mostrados no Quadro 1 seguinte
Quadro 1 Horrio de funcionamento das cargas do Exemplo 5.3
Carga 08:00-09:00 09:00-10:00 10:00-11:00 11:00-12:00 121 X X X
X X 2 X X X X
3 X X X
4 X X
Pergunta-se:(a) se estiverem disponveis transformadores de 5,
7,5, 10 e 15 kVA, dimensionar o mais adequado com po-tncia para
alimentar a instalao?(b) qual o consumo (energia activa) da
instalao no perodo de maior carga?(c) qual a maior corrente
solicitada rede de alimentao no perodo?(d) quantos kVAr capacitivos
sero necessrios para corrigir o pior FP do perodopara 0,92 em
atraso?
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SoluoClculo das potncias individuais, anotadas no Quadro
2:Clculo de P no caso de motores (temos de considerar que a
potencia mecnica no veio o produto da po-tencia activa absorvida da
rede pelo rendimento da mquina):
P(activa) =Pmecnica/rendimento 1cv= 736 W Clculo de S (aparente)
Equao 5.19: P (activa)=S*FP
Clculo de Q Equao 5.14: Q2
= S2
P2 ou
Q=RaizQuadrada( S2 P
2 )
ou Q(reactiva)= S sen (fi) fi=ngulo de desfasagem=arc(FP)
Quadro 2 Potncias das cargas individuais do Exemplo 5.3
Carga P (kW) S (kVA) Q (kVAr) FP*
1 - Iluminao 1,00 2,00 2,24 ind 0,50 ind
2 Serra 2,83 3,33 1,75 ind 0,85 ind
3 - Bobinadora 4,49 4,99 2,18 ind 0,90 ind
4 - Estufa 2,0 2,0 0,00 1,00
Ind - indica caracterstica indutiva (em atraso).
As potncias solicitadas em cada horrio do turno so dadas no
Quadro 3:
Clculo de Ptil Ph (Equao 5.16): Clculo de Qreactiva Qh (Equao
5.17): Clculo de Spotncia aparente Sh Equao 5.14):
S2 = P
2 + Q
2
Clculo do FPh (Equao 5.19):S * FP = PClculo da corrente (Equao
5.15): U =220 V e sistema monofsico
Quadro 3 Potncias das cargas do Exemplo 5.3 por turnoTurno Ph
(kW) Qh (kVAr) Sh (kVA) Fph Ih (A)
08:00 09:00 3,83 3,99 ind 5,53 0,69 ind 25,13
09:00 10:00 5,49 4,42 ind 7,05 0,78 ind 32,05
10:00 11:00 10,32 6,17 ind 12,02 0,86 ind 54,64
11:00 12:00 5,83 3,99 ind 7,06 0,83 ind 32,09
12:00 13:00 8,32 6,17 ind 10,36 0,80 ind 47,09 * ind indica
caracterstica indutiva (em atraso).
(a) O transformador deve ter potncia (kVA) suficiente para
alimentar as cargas na situao de maior exign-cia todas as cargas
ligadas S = 2+3,33+4,99+2=12,32 kVA. Deveria ser utilizado o
transformador de 15 kVA.
(b) Consumo = P t h . Como todos os intervalos so de 1 h:Consumo
= 3,83*1 + 5,49*1 + 8,32*1 + 5,83*1 + 7,32*1 = 30,79 kWh.(c) A
maior corrente solicitada 54,64 A (turno 10:0011:00 h). Isto
significa que contra indicado alimenta-o monofsica e deveria ter-se
usado uma alimentao trifsica com as cargas distribudas
equitativamente.(d) Pior FP = 0,69 (turno 08:00-09:00 h). Entrando
com este valor como FP inicial e 0,92 como FP final na Ta-bela 5.1
encontra-se k = 0,623. De acordo com as instrues da Seco 5.5: Qcap
= k * Ph = 0,623 * 3,83 = 2,39 kVAr capacitivos.
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Tabela 5.1 Correco do factor de potnciafactor de potncia final
(FPf)
0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 0,90 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97
0,98 0,99 1,000,50 1,112 1,139 1,165 1,192 1,220 1,248 1,276 1,306
1,337 1,369 1,403 1,440 1,481 1,529 1,590 1,7320,51 1,067 1,093
1,120 1,147 1,174 1,202 1,231 1,261 1,291 1,324 1,358 1,395 1,436
1,484 1,544 1,6870,52 1,023 1,049 1,076 1,103 1,130 1,158 1,187
1,217 1,247 1,280 1,314 1,351 1,392 1,440 1,500 1,6430,53 0,980
1,007 1,033 1,060 1,088 1,116 1,144 1,174 1,205 1,237 1,271 1,308
1,349 1,397 1,458 1,6000,54 0,939 0,965 0,992 1,019 1,046 1,074
1,103 1,133 1,163 1,196 1,230 1,267 1,308 1,356 1,416 1,5590,55
0,899 0,925 0,952 0,979 1,006 1,034 1,063 1,092 1,123 1,156 1,190
1,227 1,268 1,315 1,376 1,5180,56 0,860 0,886 0,913 0,940 0,967
0,995 1,024 1,053 1,084 1,116 1,151 1,188 1,229 1,276 1,337
1,4790,57 0,822 0,848 0,875 0,902 0,929 0,957 0,986 1,015 1,046
1,079 1,113 1,150 1,191 1,238 1,299 1,4410,58 0,785 0,811 0,838
0,865 0,892 0,920 0,949 0,979 1,009 1,042 1,076 1,113 1,154 1,201
1,262 1,4050,59 0,749 0,775 0,802 0,829 0,856 0,884 0,913 0,942
0,973 1,006 1,040 1,077 1,118 1,165 1,226 1,3680,60 0,714 0,740
0,767 0,794 0,821 0,849 0,878 0,907 0,938 0,970 1,005 1,042 1,083
1,130 1,191 1,3330,61 0,679 0,706 0,732 0,759 0,787 0,815 0,843
0,873 0,904 0,936 0,970 1,007 1,048 1,096 1,157 1,2990,62 0,646
0,672 0,699 0,726 0,753 0,781 0,810 0,839 0,870 0,903 0,937 0,974
1,015 1,062 1,123 1,2650,63 0,613 0,639 0,666 0,693 0,720 0,748
0,777 0,807 0,837 0,870 0,904 0,941 0,982 1,030 1,090 1,2330,64
0,581 0,607 0,634 0,661 0,688 0,716 0,745 0,775 0,805 0,838 0,872
0,909 0,950 0,998 1,058 1,2010,65 0,549 0,576 0,602 0,629 0,657
0,685 0,714 0,743 0,774 0,806 0,840 0,877 0,919 0,966 1,027
1,1690,66 0,519 0,545 0,572 0,599 0,626 0,654 0,683 0,712 0,743
0,775 0,810 0,847 0,888 0,935 0,996 1,1380,67 0,488 0,515 0,541
0,568 0,596 0,624 0,652 0,682 0,713 0,745 0,779 0,816 0,857 0,905
0,966 1,1080,68 0,459 0,485 0,512 0,539 0,566 0,594 0,623 0,652
0,683 0,715 0,750 0,787 0,828 0,875 0,936 1,0780,69 0,429 0,456
0,482 0,509 0,537 0,565 0,593 0,623 0,654 0,686 0,720 0,757 0,798
0,846 0,907 1,0490,70 0,400 0,427 0,453 0,480 0,508 0,536 0,565
0,594 0,625 0,657 0,692 0,729 0,770 0,817 0,878 1,0200,71 0,372
0,398 0,425 0,452 0,480 0,508 0,536 0,566 0,597 0,629 0,663 0,700
0,741 0,789 0,849 0,9920,72 0,344 0,370 0,397 0,424 0,452 0,480
0,508 0,538 0,569 0,601 0,635 0,672 0,713 0,761 0,821 0,9640,73
0,316 0,343 0,370 0,396 0,424 0,452 0,481 0,510 0,541 0,573 0,608
0,645 0,686 0,733 0,794 0,9360,74 0,289 0,316 0,342 0,369 0,397
0,425 0,453 0,483 0,514 0,546 0,580 0,617 0,658 0,706 0,766
0,9090,75 0,262 0,289 0,315 0,342 0,370 0,398 0,426 0,456 0,487
0,519 0,553 0,590 0,631 0,679 0,739 0,8820,76 0,235 0,262 0,288
0,315 0,343 0,371 0,400 0,429 0,460 0,492 0,526 0,563 0,605 0,652
0,713 0,8550,77 0,209 0,235 0,262 0,289 0,316 0,344 0,373 0,403
0,433 0,466 0,500 0,537 0,578 0,626 0,686 0,8290,78 0,183 0,209
0,236 0,263 0,290 0,318 0,347 0,376 0,407 0,439 0,474 0,511 0,552
0,599 0,660 0,8020,79 0,156 0,183 0,209 0,236 0,264 0,292 0,320
0,350 0,381 0,413 0,447 0,484 0,525 0,573 0,634 0,7760,80 0,130
0,157 0,183 0,210 0,238 0,266 0,294 0,324 0,355 0,387 0,421 0,458
0,499 0,547 0,608 0,7500,81 0,104 0,131 0,157 0,184 0,212 0,240
0,268 0,298 0,329 0,361 0,395 0,432 0,473 0,521 0,581 0,7240,82
0,078 0,105 0,131 0,158 0,186 0,214 0,242 0,272 0,303 0,335 0,369
0,406 0,447 0,495 0,556 0,6980,83 0,052 0,079 0,105 0,132 0,160
0,188 0,216 0,246 0,277 0,309 0,343 0,380 0,421 0,469 0,530
0,6720,84 0,026 0,053 0,079 0,106 0,134 0,162 0,190 0,220 0,251
0,283 0,317 0,354 0,395 0,443 0,503 0,6460,85 - 0,026 0,053 0,080
0,107 0,135 0,164 0,194 0,225 0,257 0,291 0,328 0,369 0,417 0,477
0,6200,86 - - 0,027 0,054 0,081 0,109 0,138 0,167 0,198 0,230 0,265
0,302 0,343 0,390 0,451 0,5930,87 - - - 0,027 0,054 0,082 0,111
0,141 0,172 0,204 0,238 0,275 0,316 0,364 0,424 0,5670,88 - - - -
0,027 0,055 0,084 0,114 0,145 0,177 0,211 0,248 0,289 0,337 0,397
0,5400,89 - - - - - 0,028 0,057 0,086 0,117 0,149 0,184 0,221 0,262
0,309 0,370 0,5120,90 - - - - - - 0,029 0,058 0,089 0,121 0,156
0,193 0,234 0,281 0,342 0,4840,91 - - - - - - - 0,030 0,060 0,093
0,127 0,164 0,205 0,253 0,313 0,4560,92 - - - - - - - - 0,031 0,063
0,097 0,134 0,175 0,223 0,284 0,4260,93 - - - - - - - - - 0,032
0,067 0,104 0,145 0,192 0,253 0,3950,94 - - - - - - - - - - 0,034
0,071 0,112 0,160 0,220 0,3630,95 - - - - - - - - - - - 0,037 0,078
0,126 0,186 0,3290,96 - - - - - - - - - - - - 0,041 0,089 0,149
0,2920,97 - - - - - - - - - - - - - 0,048 0,108 0,2510,98 - - - - -
- - - - - - - - - 0,061 0,2030,99 - - - - - - - - - - - - - - -
0,1421,00 - - - - - - - - - - - - - - - -0Factor de potncia inicial
(Fpi)
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
CIRCUITOS TRIFSICOS
Os sistemas trifsicos so largamente usados na gerao, transmisso
e distribuio de energia elctrica em alta potncia. Algumas vantagens
desses sistemas, quando comparados aos monofsicos, so:
possibilidade de obteno de 2 tenses diferentes na mesma rede ou
fonte; alm disso, os circuitos monofsicos podem ser alimentados
pelas fases do sistema trifsico;
as mquinas trifsicas tm quase 50% a mais de potncia que as
monofsicas de mesmo peso e vo-lume;
o binrio ou torque dos motores trifsicos mais constante que o
das mquinas monofsicas; para transmitir a mesma potncia, as redes
trifsicas usam condutores de menor seco do que as
monofsicas; as correntes oriundas de redes trifsicas criam
campos magnticos girantes, utilizados pelos motores
de induo trifsicos, que so os mais baratos e robustos de todos
os motores elctricos.
Fontes Trifsicas
Uma fonte trifsica consiste em 3 fontes de CA com tenses de
mesmo mdulo, porm desfasadas de 120o (Figura 5.8 a e b); dos
terminais R, S e T so puxados condutores, que so chamadas fases,
podem ser in-terligadas de 2 maneiras
Figura 5.8 - Fontes trifsicas: (a) representao das fases da
fonte; (b) desfasagem entre as tenses; (c) liga-o em Y; (d) ligao
em delta ou tringulo .
a) Em estrela (Y)Para isto, ligam-se os terminais R, S e T
(Figura 5.8c); o ponto da conexo dos chamado neutro (N).Neste caso,
denomina-se tenso de fase (Uf) tenso entre os terminais de cada
fase (fonte), que correspon-de tenso fase-neutro e tenso de linha;
chama-se tenso de linha (UL) tenso entre duas fases.Demonstra-se
que, na conexo em YL f U = 3U (5.20)
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
Ento, as redes elctricas so especificadas atravs de suas tenses
de linha e de fase, sempre relacionadas por Raiz(3) . As redes mais
comuns so 230/400 (antigamente 220/380V).
b) Em tringulo ()Esta configurao obtida ligando-se R- S, S- T e
T- R (Figura 5.7d); neste caso, no existe neutro, de for-ma que as
tenses de linha e de fase so iguais L f U = U (5.21)Uma
caracterstica das fontes trifsicas a sequncia de fases que indica a
ordem em que as tenses apare-cem no grfico da Figura 5.7b (RST ou
RTS). A inverso da sequncia de fase pode causar alguns efeitos como
a inverso do sentido de rotao de um motor de induo ou a alterao de
nveis de tenso/corrente em certos sistemas trifsicos.
Cargas Trifsicas EquilibradasCargas trifsicas so aquelas ligadas
fontes trifsicas e, tal como estas, so constitudas por 3 circuitos
de fase, cada qual com uma impedncia de fase Zf; quando as 3 fases
da carga tm impedncia idnticas, ela dita equilibrada.
Neste manual, a menos que se diga o contrrio, todas as cargas
trifsicas so equilibradas e os valores apre-sentados para tenses e
correntes so em RMS tambm chamado Valor Eficaz. (No usamos Valor de
Pico nem Valor de Mdia. Dado que estamos a falar de sistemas
elctricos para Avac, o valor de RMS sobre o valor de media = 1,1 ,
assim como o Factor de crista =valor de pico sobre valor RMs =
1,414.) importante lembrar que as equaes que sero mostradas a
seguir referem-se somente a este tipo de carga.
Deve-se lembrar que as cargas so ligadas a fontes trifsicas,
logo as relaes vistas na Seco 5.6.1 conti-nuam vlidas. Esta conexo
entre carga e fonte far com que circulem dois tipos de corrente: a
de fase (If), que percorre cada fase da carga e a de linha (IL),
que percorre os condutores que fazem a conexo da carga fonte. Assim
como as fontes, uma carga trifsica pode ser ligada de 2 maneiras:a)
Em estrela (Y)
Esta ligao mostrada na Figura 5.9a. Considerando que:L f U = 3U
fcil constatar que neste tipo de ligaoL f I = I (5.22)No caso de
cargas equilibradas, as correntes de linha sero iguais entre si
(porm desfasadas de 120 umas das outras), o mesmo acontecendo com
as correntes de fase.3 costume dizer que a tenso de fase de uma
rede 220V, quando na verdade 230V.
Nesse caso, a corrente no neutro (IN) ser nula, portanto no h
necessidade de usar-se o neutro em cargas trifsicas
equilibradas.
Na Figura 5.9(b) mostra-se a ligao de uma carga em Y rede
trifsica. A conexo do neutro mostrada em linha tracejada para
ressaltar que desnecessria a conexo com o neutro.Cada fase da carga
ter a mesma potncia (dada pela Equao 5.12), logo a potncia activa
total P = 3U I cos f f (5.23)Porm considerando-se as Equaes 5.20 e
5.22, pode-se explicitar a potncia activa por meio dos valores de
linhaP = 3U I cos L L (5.24)Considerando a Equao 5.12, deduz-se que
a potncia aparente em uma carga trifsica dada por S = 3U I = 3U I
(5.25)A potncia reactiva pode ser calculada atravs da Equao
5.14.
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
Figura 5.9 - Carga trifsica em Y: (a) indicao das correntes de
linha, fase e neutro; (b) conexo rede trif-sica.b) Em tringulo ()A
ligao vista na Figura 5.10a. Nesse caso, em relao s tenses j se
sabe queL f U = U porm no tocante s correntes, demonstra-se que L f
I = 3I (5.26)Pelo mesmo raciocnio desenvolvido para o caso de
cargas em Y, conclui-se que as equaes 5.23, 5.24 e 2.25 so vlidas
tambm para as cargas em . Na Figura 5.10b mostrada a conexo de uma
carga em a uma rede trifsica.
Figura 5.10 - Carga trifsica em : (a) indicao das correntes de
linha e de fase; (b) conexo rede trifsica.
Cargas Trifsicas DesequilibradasTodos os equipamentos trifsicos
so equilibrados; porm a conexo de dispositivos mono e/ou trifsicos,
distribudos pelas fases de uma fonte trifsica, representa uma carga
desequilibrada (Figura 5.11)
Figura 5.11 - Representao esquemtica de cargas mono e trifsicas
ligadas a uma linha trifsica, represen-tando uma carga
desequilibrada.
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
A anlise de cargas desequilibradas pode apresentar dificuldades
s resolvidas pela aplicao de mtodos mais avanados, fora do
objectivo deste tutorial. Porm importante ressaltar, mais uma vez,
que as equa-es anteriormente vistas podem no ser aplicveis a cargas
desequilibradas.
MQUINAS ELCTRICAS
As mquinas elctricas agrupam-se em dois grandes grupos :
Transformadores (mquinas estticas sem movimento) Motores e
electro-ims (mquinas com partes mveis)
TRANSFORMADORES
Um transformador um componente relativamente complexo e vital
para transmisso de energia e uma vez instalado e com manuteno
adequada, seu ciclo de vida pode chegar a duas ou trs dcadas. As
classificaes dos transformadores so feitas quando tenso de trabalho
e quanto ao tipo construtivo. Podemos classificar os
transformadores quanto tenso e sua aplicao.Quanto tenso:
de alta tenso, mdia tenso baixa tenso
Quanto ao uso: Transformadores de potncia Transformadores de
medida ou sinal
Nos transformadores de potncia temos:
Transformadores de alta tenso
Os transformadores de alta tenso no podem ser usados
directamente pelo consumidor, mas so utilizados em aplicaes de
transmisso de energia. OS transformadores de alta tenso geralmente
lidam com energia elctrica na faixa de 60.000 a 230.000 volts.
Devido s exigncias particulares de transmisso dessas ten-ses atravs
de longas distncias, o transformador de alta tenso possui uma
arquitectura, um ncleo, um tipo de enrolamento, e mtodos de
isolamento diferentes dos transformadores de baixa tenso.
Os transformadores de alta tenso que tm a capacidade de aumentar
a tenso do primrio para o secund-rio so chamados de transformadores
elevadores step-up. Por outro lado, os transformadores de alta
tenso podem tambm ser usados para baixar a tenso do primrio para o
secundrio sendo chamados de abaixa-dores step-down, dependendo de
onde eles esto na cadeia de transmisso. Algumas das aplicaes dos
transformadores de alta tenso so no isolamento elctrico, de
instrumentao e de distribuio de energia e controle. Este tipo de
transformador tambm pode ser facilmente configurado do tipo
monofsico para trifsi-co.
Transformadores de mdia tenso
Os transformadores de mdia tenso so normalmente utilizados no
sector de distribuio local do sistema de fornecimento de energia.
So usados para fornecer energia a partir de circuitos de distribuio
local para os utilizadores finais. Quando os clientes residenciais
so o utilizador final, a tenso de sada pode ser to baixa quanto 230
volts, ou para os clientes industriais, pode ser desde 10.000 a
60.000 Volt. Este transformador pode ser visto como uma ligao do
cliente final ao prestador de servio pblico.
Estes transformadores so frequentemente montados em postes ou em
sub-estaes para conexes localiza-das em centros comerciais,
loteamentos residenciais, escolas e parques e fbricas
Transformadores de baixa tenso
So usado pelo consumidor final da rede de energia. Um
transformador de baixa tenso um transformador de distribuio com
ambos os enrolamentos primrio e secundrio projectados para operar
em tenses no sistema de classes de baixa tenso. Podem ser do tipo
de ncleo ferromagntico ou electrnicos. Normal-
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
mente, os transformadores electrnicos so de muito baixa potncia
e aplicam-se na alimentao de dispo-sitivos electrodomsticos
convertendo os 220 volts em 6 volts, 12 volts, 24 volts ou outras
tenses de usos nesses aparelhos.
Nos transformadores de medida e sinal temos:Nestes
transformadores pretende-se obter no secundrio um sinal fielmente
proporcional ao valor a medir ou a transmitir:
Transformadores de Tenso TT Transformadores de Intensidade
TI
Motor Elctrico
uma mquina que converte a energia elctrica em energia mecnica
(movimento rotativo), possui constru-o simples e custo reduzido,
alm de ser muito verstil e no poluente. O motor elctrico tornou-se
um dos mais notrios inventos do homem ao longo de seu
desenvolvimento tecnolgico como uma mquina de traba-lho que
converte energia elctrica em energia mecnica de rotao. J o gerador
uma mquina que conver-te energia mecnica de rotao em energia
elctrica.A finalidade bsica dos motores o accionamento de mquinas,
equipamentos mecnicos, electrodomsti-cos, entre outros, no menos
importantes.
Num motor elctrico, distinguem-se essencialmente duas peas: o
estator, conjunto de elementos fixados carcaa da mquina, o rotor,
conjunto de elementos fixados em torno do eixo, em regra
internamente ao estator.
Contudo em alguns tipos de motores, como os usados em
componentes informticos ou em alguns veculos elctricos o estator
interior e o rotor externo.O rotor composto de :
Eixo da Armadura: responsvel pela transmisso de energia mecnica
para fora do motor, pelo su-porte dos elementos internos do rotor e
pela fixao ao estator, por meio de rolamentos ou mancais.
Ncleo da Armadura: composta de lminas de Fe-Si, isoladas umas
das outras, com ranhuras axiais na sua periferia para a colocao dos
enrolamentos da armadura.
Enrolamento da Armadura: So bobinas isoladas entre si e
electricamente ligadas ao comutador ,no caso de motores de CC, ou
em curto circuito nos anis condutores externos nos casos dos
motores de CA de induo com rotor tipo gaiola de esquilo.
Comutador: consiste de uma anel com segmentos de cobre isolados
entre si, e electricamente ligados bobinas do enrolamento da
armadura usados nos motores de CC.
O estator composto de:
Carcaa: serve de suporte ao rotor, aos plos e de fechamento de
caminho magntico. Enrolamento de campo: so bobinas que geram um
campo magntico intenso nos plos. Plos ou sapatas polares: distribui
o fluxo magntico produzido pela bobinas de campo. Escovas: so
barras de carvo e grafite que esto em contacto permanente com o
comutador.
As mquinas elctricas no rotativas possuem praticamente os mesmos
elementos principais do motor, po-rm com diferenas importantes
entre eles. s vezes a bobina de armadura est no estator e no no
rotor, o mesmo acontecendo com a bobina de campo. Outras no possuem
escovas, outros ainda no possuem bobi-na de armadura, e assim por
diante. Porm, os nomes dados aos componentes da mquina so gerais e
va-lem para a maioria das mquinas elctricas.
De forma geral os motores elctricos so classificados em:
Motores de Corrente Contnua
Motores Srie Motores Paralelo Motores Compostos ou Mistos
Motores de Corrente Alternada
Motores Sncronos
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
Motores Assncronos Motores Especiais
Servo-motores Motores de Passo a PassoMotores UniversaisMotores
sem escovas de CC
Todo o motor apresenta suas principais caractersticas elctricas
escritas sobre o mesmo ou numa placa de identificao. Os principais
dados elctricos so: tipo de motor, tenso nominal, corrente nominal,
frequncia, potncia mecnica, velocidade nominal, esquema de ligao,
grau de proteco, temperatura mxima de fun-cionamento, factor de
potncia, etc.O motor de induo o mais usado de todos os tipos de
motores, pois combina as vantagens da utilizao de energia elctrica,
baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de
comando com a sua cons-truo simples, custo reduzido, grande
versatilidade de adaptao s cargas dos mais diversos tipos e
melho-res rendimentos.
Os tipos mais comuns de motores elctricos so:
Motores de Corrente ContnuaSo motores de custo mais elevado e,
alm disso, precisam de uma fonte de corrente contnua, ou de um
dis-positivo que converta a corrente alternada comum em contnua.
Podem funcionar com velocidade ajustvel entre amplos limites e se
prestam a controles de grande flexibilidade e preciso. Por isso,
seu uso restrito a casos especiais em que estas exigncias compensam
o custo muito mais alto da instalao.
Motores de Corrente AlternadaSo os mais utilizados, porque a
distribuio de energia elctrica feita normalmente em corrente
alternada.
Os principais tipos dos motores de corrente alternada so:
Motor sncrono: Funciona com velocidade fixa, utilizado somente
para grandes potncias (devido ao seu alto custo em tama-nhos
menores) ou quando se necessita de velocidade invarivel.
Motor de induo:Funciona normalmente com velocidade constante,
que varia ligeiramente com a carga mecnica aplicada ao eixo. Devido
a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo o motor mais
utilizado de todos, sendo ade-quado para quase todos os tipos de
mquinas accionadas, encontradas na prtica.
Actualmente possvel controlarmos a velocidade dos motores de
induo com o auxlio de variadores de frequncia.(inversores de
frequncia varivel)
Constituio de um motor de induo com rotor em gaiola de
esquilo
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
Constituio do Motor de Induo
O motor assncrono constitudo basicamente pelos seguintes
elementos: um circuito magntico esttico, constitudo por chapas
ferromagnticas empilhadas e isoladas en-
tre si, ao qual se d o nome de estator; bobinas localizadas em
cavidades abertas no estator e alimentadas pela rede de corrente
alterna-
da; um rotor constitudo por um ncleo ferromagntico, tambm
laminado, sobre o qual se encontra
um enrolamento ou um conjunto de condutores paralelos, nos quais
so induzidas correntes provo-cadas pela corrente alternada das
bobinas do estator.
O rotor apoiado num veio, que por sua vez transmite carga a
energia mecnica produzida. Oentre-ferro (distncia entre o rotor e o
estator) bastante reduzido, de forma a reduzir a corrente em vazio
e, portanto as perdas, mas tambm para aumentar o factor de potncia
em vazio.Como exemplo apresentamos a "vista explodida" dos diversos
elementos o motor assncrono de rotor em gaiola de esquilo.
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
Caixa de terminais (com ligao estrela)
Caixa de terminais (com ligao tringulo)
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TUTORIAL DE INSTALAES ELCTRICAS DE AVAC
Tipos de motores
Funcionamento de um Motor Assncrono de Induo
A partir do momento que os enrolamentos localizados nas
cavidades do estator so sujeitos a uma corrente alternada, gera-se
um campo magntico no estator, consequentemente, no rotor surge uma
fora electromo-triz induzida devido ao fluxo magntico varivel que
atravessa o rotor. A f.e.m. induzida d origem a uma cor-rente
induzida no rotor que tende a opor-se causa que lhe deu origem,
criando assim um movimento girat-rio no rotor.Como podemos
constatar o princpio de funcionamento do motor de induo baseia-se
em duas leis do Elec-tromagnetismo: a Lei de Lenz e a Lei de
Faraday.
Faraday: "Sempre que atravs da superfcie abraada por um circuito
tiver lugar uma variao de fluxo, gera-se nesse circuito uma fora
e