Instalações Elétricas Prediais A ENG04482

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1 Instalações Elétricas Prediais A ENG04482 Prof. Luiz Fernando Gonçalves AULA 2 Conceitos Fundamentais Porto Alegre

2 Tópicos Energia elétrica Fontes de eletricidade Fontes de tensão e corrente Geração de tensão e corrente Transformadores Circuitos monofásicos e trifásicos Potência ativa, reativa e aparente Fator de potência e eficiência

3 POTÊNCIA

4 Potência P = V. I [ W ] Geral P = 2 R. I = V 2 Resistor R

5 ENERGIA

6 Energia E = P. t [ kwh] Potência Tempo

7 FONTES DE ELETRICIDADE

8 Fontes de Eletricidade Baterias e pilhas Convertem energia química em energia elétrica

9 Fontes de Eletricidade Geradores (síncronos) A tensão é produzida a partir da rotação de bobinas através de um campo magnético estacionário

10 Fontes de Eletricidade Energia hidráulica Usina de Itaipu Usina de Tucuruí A força da água faz mover as pás de uma turbina (geradores síncronos)

11 Fontes de Eletricidade Energia térmica Usina de Candiota - RS Carvão, óleo ou gás natural são queimados para gerar calor

12 Fontes de Eletricidade Energia eólica Osório - RS A energia do vento faz mover as pás de uma turbina (aerogerador)

13 Fontes de Eletricidade Energia nuclear Chernobyl - Ucrânia Fukushima - Japão Angra - Brasil O calor é obtido a partir de uma reação nuclear (fissão nuclear) e depois convertido em energia elétrica

14 Fontes de Eletricidade Células solares Convertem energia luminosa em energia elétrica

15 TIPOS DE FONTES

16 Tipos de Fonte Fontes de tensão e corrente: Corrente Contínua (CC) Corrente Alternada (CA)!

17 Tipos de Circuitos Circuitos de: Corrente Contínua (análise temporal) Corrente Alternada (análise espectral)

18 GERAÇÃO CC/CA

19 Motores e Geradores Motor: é uma máquina que converte energia elétrica em energia mecânica Presente em:

20 Motores e Geradores Gerador: é uma máquina que converte energia mecânica de rotação em energia elétrica A energia mecânica pode ser fornecida por uma queda-d água, vapor vento, gasolina ou óleo diesel ou por um motor

21 Tipos de Motores Classificação

22 GERADOR CC

23 Gerador CC Gerador CC simples Imã Fio Eixo Escova Imã Comutador Lâmpada

24 Gerador CC Gerador CC: princípio de funcionamento Principais partes: Escovas Armadura Comutador Enrolamento de campo!

25 Gerador CC Componentes Estator Rotor

26 GERADOR CA

27 Gerador CA Gerador CA simples Principais partes: Campo magnético Escovas e anéis de contato Condutores que giram através do campo!

28 Gerador CA Gerador CA simples: funcionamento!

29 Gerador CA Geradores CA também são chamados de alternadores (presente em automóveis)

30 Gerador CA Principais componentes Escovas Estator Rotor

31 Gerador CA Especificações WEG 3600 RPM 2 Pólos 60Hz 3 fases ligação em estrela para volts 15625KVA 12500kW 0,80 FP 60 0C Fabricante Rotação Número de pólos, freqüência de saída, número de fases, tipo de ligação e tensão fornecida Potência Temperatura

32 Motor CA Motor de indução: é o tipo de motor CA mais usado na prática

33 Motor de Indução Principais componentes:

34 Motor de Corrente Alternada Lei de Ampére André-Marie Ampère (1775 à 1836) foi um físico, filósofo, cientista e matemático francês que fez importantes contribuições para o estudo do eletromagnetismo A lei de Ampére diz basicamente o seguinte: um fio ao conduzir uma corrente elétrica, gera um campo magnético, com linhas de força perpendiculares a ele

35 Motor de Corrente Alternada Principais partes: Estator (parte estacionária) Rotor (parte rotativa) Princípio de funcionamento: Quando o enrolamento do estator é energizado através de uma alimentação, cria-se um campo magnético rotativo. À medida que o campo varre os condutores do rotor, é induzida uma fem nesses condutores ocasionando o aparecimento de um fluxo de corrente nos condutores. Esta interação provoca o aparecimento de um torque sobre o rotor!

36 Geração de Energia Energia elétrica Geração de Energia elétrica (transmissão) Equipamentos Aparelhos Motores (cargas) Potência (V,I)

37 Cargas Equipamentos e aparelhos

38 Cargas Motores (eletrodomésticos)

39 Cargas Motores (Engenharia)

40 TRANSFORMADORES

41 Transformadores Equipamento formado por duas bobinas isoladas eletricamente em torno de um núcleo comum A energia elétrica de uma bobina é transferida para a outra através do acoplamento magnético!

42 Transformadores Baixa potência (monofásicos)

43 Transformadores Média potência (trifásicos)

44 Transformadores Média potência Sistemas de distribuição de energia elétrica

45 Transformadores Alta potência Subestações de energia

46 Transformadores Bobinas Bobinas

47 Transformador!

48 Relação de Tensão V p = V s N N p s V p tensão na bobina do primário V s tensão na bobina do secundário N p número de espiras da bobina do primário N s número de espiras da bobina do secundário

49 Relação de Corrente V p = V s I I s p I p corrente na bobina do primário I s corrente na bobina do secundário

50 Relação de Espiras N p = relação de espiras N s 1:4 (elevador) 4:1 (abaixador)

51 Eficiência E P = s = f P p saída entrada P s potência de saída do secundário P p potência de entrada no primário

52 Circuitos Monofásicos e Trifásicos

53 Circuito Monofásico Fontes em fase

54 Circuito Trifásico Fontes defasadas (120 graus)

55 Circuito Trifásico Um circuito trifásico pode ser visto como a combinação de 3 circuitos monofásicos

56 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS A potência, geralmente, é fornecida por um gerador de CA que produz 3 tensões iguais, cada uma delas defasada de das demais V p V p = Tensão de Pico -V p

57 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS A potência, geralmente, é fornecida por um gerador de CA que produz 3 tensões iguais, cada uma delas defasada de das demais V p V p = Tensão de Pico -V p V EF = Tensão Eficaz V p = 2 V EF 127V (POA), 220V (RS)

58 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS A potência, geralmente, é fornecida por um gerador de CA que produz 3 tensões iguais, cada uma delas defasada de das demais V p -V p Tensão Eficaz

59 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS A maior parte da geração, transmissão e distribuição de tensão/corrente alternada atualmente é trifásica Geração Transmissão Distribuição

60 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS Podem ser usados por cargas monofásicas Permitem uma maior flexibilidade na escolha e/ou determinação das tensões Os circuitos trifásicos são mais leves do que os circuitos monofásicos de mesma potência Os equipamentos trifásicos têm menores dimensões e são mais eficientes do que os monofásicos de mesma potência

61 TENSÕES DE FASE E DE LINHA

62 TENSÕES DE FASE E DE LINHA Voltímetro V 1 V fase =V F : V T, V R e V S 127V (POA), 220V (RS) Voltímetro V 2 V linha =V L : V RS, V ST e V TR 220V (POA), 380V (RS)

63 POTÊNCIA

64 Potência Potência = V. I Aparente A potência aparente é composta por duas parcelas: Ativa Reativa!

65 Potência Ativa A potência ativa é transformada em: Potência mecânica Potência térmica Potência luminosa

66 Potência Reativa A potência reativa é transformada em campo magnético, necessário ao funcionamento de: Motores Transformadores Reatores

67 Potência Em projetos de instalação elétrica residencial os cálculos efetuados são baseados na potência ativa e na potência aparente Portanto, é importante conhecer a relação entre elas para que se entenda o que é fator de potência

68 Potência Monofásica P Q S = V. I.cos = V. I. sen = V. I θ θ Ativa, real [W] Reativa [VAR] Aparente [VA] S θ P Q

69 Fator de Potência Sendo a potência ativa uma parcela da potência aparente, pode-se dizer que ela representa uma porcentagem da potência aparente que é transformada em potência mecânica, térmica ou luminosa A esta porcentagem dá-se o nome de fator de potência

70 Fator de Potência P VI cos θ FP = = = cos θ S VI Indutivo: I -> V (atraso) FP Capacitivo: V -> I (avanço)

71 Fator de Potência Em projetos elétricos: FP 1 para iluminação (incandescente) < 1 para tomadas de uso geral Quanto menor pior! (maiores perdas nos sistemas de energia elétrica). No Brasil o limite é 0,92 (Indústria)

72 Fator de Potência Em projetos elétricos (exemplo) : iluminação: 660VA * 1 = 660 W Potência (aparente) Fator de potência tomadas: 7300VA*0,8 = 5840 W Potência (aparente) Fator de potência

73 Potência Trifásica P = 3. V L. I L.cos θ Ativa, real [W] Q S = = V L 3. V. I L L. I L. sen θ Reativa [VAR] Aparente [VA] S θ Q P

74 Potência Potências típicas de aparelhos eletrodomésticos

75 Relação com Outras Disciplinas Física II ou III Eletricidade Disciplinas da Engenharia Elétrica

76 Material Suplementar A. E. Fitzgerald - Máquinas Elétricas - Editora Bookman (ISBN: ) J. David Irwin - Análise de Circuitos em Engenharia - Editora Makron Books (ISBN: ) James W. Nilsson - Circuitos Elétricos - Editora LTC (ISBN: )

77 Potência Exercício: determinar a potência ativa das cargas vistas a seguir Em projetos elétricos o levantamento das potências é feito mediante uma previsão das potências (cargas) mínimas de iluminação e tomadas a serem instaladas, possibilitando, assim, determinar a potência total prevista para a instalação elétrica residencial

78 Muito Obrigado!

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