Princípios Básicos e Fundamentais da Eletricidade. / NT Editora. -- Brasília: p. : il. ; 21,0 X 29,7 cm.

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3 Autor Rodrigo Otavio Moreira da Cruz Possui graduação em Engenheira Civil e Ambiental pela Universidade de Brasília (2005), graduação em Direito pelo Centro Universitário de Brasília (2007) e mestrado em Engenharia de Transportes pela Universidade de Brasília (2008). Atualmente é aluno de Doutorado no curso de Transportes na Universidade de Brasília. Na área profissional, exerce, atualmente, a função de pesquisador e consultor, atuando, principalmente, em temas ligados à transportes. Revisão NT Editora Projeto Gráfico NT Editora Editoração Eletrônica NT Editora Ilustração Daniel Motta Capa NT Editora NT Editora, uma empresa do Grupo NT SCS Q.2 Bl. D Salas 307 e 308 Ed. Oscar Niemeyer CEP Brasília DF Fone: (61) sac@grupont.com.br e Princípios Básicos e Fundamentais da Eletricidade. / NT Editora. -- Brasília: p. : il. ; 21,0 X 29,7 cm. ISBN 1. Conceitos iniciais de engenharia e arquitetura Copyright 2014 por NT Editora. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por qualquer modo ou meio, seja eletrônico, fotográfico, mecânico ou outros, sem autorização prévia e escrita da NT Editora.

4 LEGENDA ÍCONES Prezado(a) aluno(a), Ao longo dos seus estudos, você encontrará alguns ícones na coluna lateral do material didático. A presença desses ícones o ajudará a compreender melhor o conteúdo abordado e também como fazer os exercícios propostos. Conheça os ícones logo abaixo: Saiba Mais Este ícone apontará para informações complementares sobre o assunto que você está estudando. Serão curiosidades, temas afins ou exemplos do cotidiano que o ajudarão a fixar o conteúdo estudado. Importante O conteúdo indicado com este ícone tem bastante importância para seus estudos. Leia com atenção e, tendo dúvida, pergunte ao seu tutor. Dicas Este ícone apresenta dicas de estudo. Exercícios Toda vez que você vir o ícone de exercícios, responda às questões propostas. Exercícios Ao final das lições, você deverá responder aos exercícios no seu livro. Bons estudos!

5 Sumário 1. CONCEITOS INICIAIS DE ENGENHARIA E ARQUITETURA Definição da engenharia História da Engenharia Objeto da Engenharia GRANDES FEITOS DA ENGENHARIA CIVIL NA ERA MODERNA Os feitos da engenharia civil Era moderna TÉCNICAS DE CONSTRUÇÃO Técnicas de Construção Civil e Construção de Edifícios PRINCÍPIOS DA ELETRICIDADE Tensão elétrica Conceitos preliminares Circuitos elétricos Simbologia adotada em projetos de instalações elétricas...45 BIBLIOGRAFIA NT Editora

6 APRESENTAÇÃO Caro(a) aluno(a), Bem-vindo ao curso Princípios Básicos e Fundamentais da Eletricidade. Você estudará neste curso o conceito sobre Engenharia, seu histórico e objeto de atuação. Verá também quais foram os grandes feitos da engenharia civil. Identificará as técnicas de construção civil e construção de edifícios. E por fim, será abordado os princípios básicos da Eletricidade. Este curso é direcionado a você, que está ingressando ou retornando ao mercado de trabalho, e lhe mostrará diversas ferramentas que são necessárias para trilhar um grande caminho profissional e atender as demandas de mercado da indústria na construção civil e elétrica. Bom aprendizado! Princípios Básicos e Fundamentais da Eletricidade 5

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8 1. CONCEITOS INICIAIS DE ENGENHARIA E ARQUITETURA Olá, eu sou o Fred, sou um engenheiro. Estou aqui para contribuir com o seu aprendizado. Contarei e explicarei um pouco de tudo que eu sei, a fim de construirmos juntos excelentes profissionais. Vamos começar? Bons estudos! 1.1 Definição da engenharia A engenharia pode ser conceituada como: a ciência de adquirir e de aplicar os conhecimentos matemáticos, físicos, químicos, técnicos e científicos para a criação, aperfeiçoamento e implementação de unidades, ou objetos, como materiais, estruturas, máquinas, aparelhos, sistemas ou processos que realizem uma determinada função ou objetivo. A figura abaixo mostra dois objetos produzidos a partir de aplicação das técnicas da engenharia. São apresentados uma ponte e um automóvel. A primeira é uma estrutura resultante de práticas da Engenharia Civil, enquanto que o segundo é um produto da Engenharia Mecânica. Engenharia Civil Engenharia Mecânica A engenharia é uma ciência bastante abrangente que engloba uma séria de ramos mais especializados, cada qual com sua ênfase mais específica em determinados campos de aplicação e em determinados tipos de tecnologia. Princípios Básicos e Fundamentais da Eletricidade 7

9 Exercitando o conhecimento! Ligue a imagem com a informação a que for referente. É um produto da Engenharia Mecânica. É uma estrutura resultante de práticas da Engenharia Civil. O profissional que exerce a prática na engenharia é o engenheiro. Em muitos países, inclusive o Brasil, o exercício da profissão de engenheiro obriga, além de conclusão de curso superior de engenharia, a licença ou certificação profissional atribuída pelo estado, por uma associação profissional, ordem ou instituição de engenheiros. No Brasil, a entidade de que certifica e fiscaliza o profissional são os Conselhos Regionais de Engenharia e Agronomia (CREA). Normalmente, a lei restringe a prática de determinados atos de engenharia aos profissionais certificados e habilitados para tal, por exemplo, a elaboração de um projeto de um edifício, compete a um engenheiro civil ou arquiteto, não podendo um médico ou advogado ser responsável por tal feito. Estruturas civis: Como pontes e edifícios História da Engenharia O termo engenharia é recente quando comparado às práticas do homem que são considerados feitos da aplicação de técnicas de engenharia. A partir do momento em que o ser humano desenvolveu invenções como a polia, a alavanca ou a roda, por exemplo, estava desenvolvendo conhecimentos e aplicando técnicas nos diversos ramos da engenharia. Mais tarde, à medida que o projeto de estruturas civis amadureceu como uma especialidade técnica, o termo engenharia civil entrou como no vocabulário da língua portuguesa como forma de distinção entre a atividade de construção daqueles projetos não militares e a mais antiga especialidade da engenharia militar. 8 NT Editora

10 Destaca-se que durante a história diversos projetos de engenharia foram desenvolvidos: o Farol de Alexandria, as Pirâmides do Egito, os Jardins Suspensos da Babilónia, a Acrópole de Atenas, os antigos aquedutos romanos, a Via Ápia, o Coliseu de Roma, Teotihuacán e as cidades e pirâmides dos antigos Maias, Incas e Astecas, a Grande Muralha da China, entre muitas outras obras, mantêm-se como um testamento do engenho e habilidade dos antigos engenheiros militares e civis. A história aponta um homem com nome de Imhotep como o primeiro engenheiro civil. Imhotep era um dos funcionários do faraó Djoser e foi quem, provavelmente, projetou uma pirâmide de degraus em Saqqara por volta de a.c. Provavelmente, foi a primeira aplicação da coluna na arquitetura. Saqqara: Cidade egípcia. Já os gregos desenvolveram máquinas no domínio civil e militar. O primeiro computador mecânico conhecido (Máquina de Antikythera) e as invenções mecânicas de Arquimedes são exemplos da primitiva engenharia mecânica desenvolvidos pelos gregos. Estas invenções requereram um conhecimento sofisticado de engrenagens diferenciais e engrenagens planetárias, dois princípios-chave na teoria das máquinas que ajudou a projetar as máquinas utilizadas na Revolução Industrial e que ainda são amplamente utilizadas na atualidade, em diversos campos como a robótica e automobilismo. Caminhando um pouco mais afrente na linha do tempo, mais especificamente nos séculos XV e XVI, a engenharia naval surge em Portugal e Espanha. Os novos tipos de navios então desenvolvidos, como a caravela, a nau redonda e o galeão. Destaca-se que esses navios foram fundamentais nos grandes descobrimentos marítimos, que inclusive, desencadeou no descobrimento do Brasil, pelos portugueses. Nau: De acordo com o dicionário Houaiss é a designação genérica que até o século XV se aplicava a navios de grande porte, acastelados à proa e à popa, com um único mastro envergando vela redonda. Princípios Básicos e Fundamentais da Eletricidade 9

11 No ramo da engenharia elétrica, considera-se William Gilbert como o primeiro engenheiro eletrotécnico, vez que foi o autor da publicação da obra: De Magnete em 1.600, que trazia, pela primeira vez, a definição do termo eletricidade. A primeira máquina a vapor foi construída em por Thomas Savery, considerado o primeiro engenheiro mecânico moderno. O desenvolvimento deste aparelho deu origem à Revolução Industrial nas décadas seguintes, permitindo o início da produção em massa. Exercitando o conhecimento! Marque a alternativa que considerar correta. A primeira máquina a vapor foi construída em por: a) Thomas Sidiney, considerado o primeiro engenheiro civil moderno; b) Thomas Savery, considerado o primeiro engenheiro mecânico moderno; c) Thales Savery, considerado o primeiro engenheiro militar moderno Objeto da Engenharia Antigamente, a engenharia tinha como objeto apenas elementos concretos e palpáveis, como a construção e operação de máquinas, por exemplo. Ocorre que, nos dias atuais, a engenharia trata, também de elementos não palpáveis como custos, obrigações fiscais, aplicações informáticas e sistemas. Nesse sentido, os engenheiros aplicam as ciências físicas e matemáticas na busca por soluções adequadas para problemas ou no aperfeiçoamento de soluções já existentes. Assim sendo, é exigido ao engenheiro o conhecimento das ciências relevantes para a elaboração de seus projetos, o que demanda desse profissional constante aprendizado em novas matérias ao longo de toda a sua carreira. Destaca-se que esse aprendizado deve ser estendido a todos os profissionais que trabalham no ramo das engenharias e não apenas os engenheiros. A tarefa fundamental do engenheiro, que pode ser estendida aos demais profissionais do ramo de engenharia civil é identificar, compreender e interpretar as dificuldades 10 NT Editora

12 de um projeto, de modo a produzir o resultado esperado. Assim, não basta construir um produto tecnicamente bem sucedido, é preciso que ele esteja adequado aos requisitos adicionais. As dificuldades, ou obstáculos de um projeto, podem incluir as limitações em termos físicos, criativos, técnicos ou de recursos disponíveis, a flexibilidade para permitir modificações e adições futuras, além de fatores como os custos, a segurança, a atratividade comercial, a funcionalidade e a suportabilidade. A Figura mostra um incêndio possivelmente causado por um curto circuito, suspeita-se que uma fiação entrou em contato com a água, assim que a chuva começou. Assim sendo, os profissionais de engenharia devem ter ciência de suas responsabilidades para evitar que acidentes como o ilustrado aconteçam. Para tanto, esses profissionais devem sempre trabalhar com segurança. Além disso, os profissionais de engenharia trabalham com o estado de obras falhadas, vez que sua aplicação é muito importante para avaliar desastres como o colapso de pontes ou a queda de aviões, onde uma análise cuidadosa é necessária para descobrir as causas das falhas ocorridas. Ramos da Engenharia A ciência da engenharia é bastante abrangente e comumente é subdivida em diferentes ramos ou especialidades, cada uma destas preocupada com um determinado tipo de tecnologia ou campo de aplicação. Ainda que os profissionais de engenharia se formem em uma especialidade específica, é comum que ao longo de suas carreiras tornem-se polivalentes atuando em diversas áreas. Inicialmente existiam apenas as engenharias naval e militar. A partir desta último surgiu a engenharia civil, que posteriormente dividiu-se em cinco especialidades: Engenharia civil: direcionada para o projeto e construção de obras públicas e particulares, como infraestruturas, estradas, pontes e edifícios; Engenharia mecânica: direcionada para o projeto de sistemas mecânicos, como máquinas e veículos; Engenharia mecatrônica - direcionada para o projeto e o estudo de sistemas robóticos. Basicamente é a união das engenharias mecânica com eletrônica; Princípios Básicos e Fundamentais da Eletricidade 11

13 Engenharia elétrica: direcionada para o projeto e o estudo de sistemas de produção e de aplicação da eletricidade, como geradores, motores elétricos e telecomunicações; Engenharia química: direcionada para a execução de processos químicos industriais em larga escala, bem como para desenvolver novos materiais e produtos químicos; Engenharia de minas: direcionada para o estudo e o desenvolvimento de processos de extração e de processamento de minerais. Exercitando o conhecimento! Enumere a segunda coluna de acordo com a primeira. (1) Engenharia civil (2) Engenharia mecânica (3) Engenharia mecatrônica (4) Engenharia elétrica (5) Engenharia química (6) Engenharia de minas ( ) Direcionada para o projeto e o estudo de sistemas de produção e de aplicação da eletricidade. ( ) Direcionada para a execução de processos químicos industriais em larga escala. ( ) Direcionada para o projeto de sistemas mecânicos, como máquinas e veículos. ( ) Direcionada para o projeto e o estudo de sistemas robóticos. ( ) Direcionada para o estudo e o desenvolvimento de processos de extração e de processamento de minerais. ( ) Direcionada para o projeto e construção de obras públicas e particulares. Paralelamente, algumas das ciências agrárias aproximaram-se da engenharia e acabaram por nela se integrar, originando algumas especialidades. 12 NT Editora

14 Vejamos! Engenharia agronômica: direcionada para a concepção e exploração de processos agropecuários. Engenharia zootécnica: direcionada para o desenvolvimento das pecuária. Engenharia florestal: direcionada para a exploração das florestas e para a produção de produtos florestais. O prestígio da engenharia fez com que outras áreas quisessem se apropriar de seus conhecimentos e técnicas. Surgiram assim campos não convencionais de engenharia, sendo alguns exemplos a engenharia jurídica, a engenharia financeira ou a engenharia comercial. Destaca-se que existe uma considerável sobreposição de matérias comuns a todas as especialidades da engenharia. Quase todas elas, por exemplo, fazem grande aplicação da matemática, da física e da química. Exercícios Questão 1 - O profissional que exerce a prática na engenharia é o engenheiro. No Brasil é exigido desse profissional (marque a única opção correta): a) conclusão de curso superior de engenharia, a licença ou certificação profissional atribuída pelo estado, por uma associação profissional, ordem ou instituição de engenheiros; b) conclusão de curso superior de engenharia. Não sendo necessária licença ou certificação profissional; c) no Brasil, basta apenas que o profissional adquira a licença ou certificação profissional atribuída pelo estado, por uma associação profissional, ordem ou instituição de engenheiros. Não sendo necessária a conclusão de curso superior em engenharia; d) conclusão de curso superior em qualquer área relacionada às ciências exatas (como física, por exemplo), não sendo necessário que o curso seja em engenharia. Questão 2 - Sobre o objeto da engenharia assinale a alternativa correta (marque apenas uma opção): Parabéns, você finalizou esta lição! Agora responda às questões ao lado. Princípios Básicos e Fundamentais da Eletricidade 13

15 a) antigamente, a engenharia tinha como objeto apenas elementos concretos e palpáveis, como a construção e operação de máquinas, por exemplo. Nos dias atuais, a engenharia trata, também, de elementos não palpáveis como custos, obrigações fiscais, aplicações informáticas e sistemas; b) nos dias atuais, a engenharia trata apenas de elementos concretos e palpáveis. Não sendo seu objeto os elementos não palpáveis como custos, obrigações físicas, aplicações informáticas e sistemas; c) nos dias atuais, a engenharia trata apenas não palpáveis como custos, obrigações físicas, aplicações informáticas e sistemas, não sendo seu objeto elementos concretos e palpáveis como a construção de edifícios e operação de máquinas; d) a engenharia tem como objeto apenas a construção de túneis. Sendo os elementos não palpáveis como custos e obrigações fiscais objeto dos físicos e matemáticos. Questão 3 - A Revolução Industrial, ocorrida no Reino Unido, em meados do século XVIII fez com que a engenharia civil tivesse um grande impulso no desenvolvimento de técnicas e aquisição de conhecimentos. Sobre o período é correto afirmar que (assinale a única opção correta): a) a Revolução Industrial não contribuiu para a evolução dos conceitos e técnicas da engenharia civil, mas somente da engenharia química; b) invenção da máquina a vapor e a implantação das ferrovias, que constituíram uma revolução no sistema de transportes, são feitos da Revolução Industrial; c) a implantação das ferrovias não exigiu qualquer esforço para os engenheiros do século XVIII durante a Revolução Industrial, vez que a técnica era amplamente dominada e os traçados não demandavam grandes desafios; d) as ferrovias implantadas na época da Revolução Industrial não contribuíram para uma melhoria do sistema de transportes. Questão 4 - Os engenheiros aplicam as ciências físicas e matemáticas na busca por soluções adequadas para problemas ou no aperfeiçoamento de soluções já existentes. Sobre o assunto marque a alternativa ERRADA. a) É exigido ao engenheiro o conhecimento das ciências relevantes para a elaboração de seus projetos. 14 NT Editora

16 b) É exigido ao engenheiro constante aprendizado em novas matérias ao longo de toda a sua carreira. c) Cabe aos engenheiros e demais profissionais da engenharia, quando houver mais de uma solução possível, escolher a solução que melhor corresponda aos requisitos. d) O constante aprendizado em novas técnicas e matérias é uma exclusividade do engenheiro, não deve ser estendido a todos os profissionais que trabalham no ramo das engenharias. Questão 5 - Acerca do conceito de engenharia apresentado na apostila julgue os itens a seguir como verdadeiro (V) ou falso (F), em seguida marque a sequência correta. ( ) A engenharia é a ciência de adquirir e de aplicar conhecimentos matemáticos, físicos, químicos, técnicos e científicos. ( ) A engenharia não deve ser entendida como uma ciência, mas sim uma ferramenta que aplica conhecimentos químicos para a construção de edifícios e automóveis. ( ) A finalidade da engenharia está em construir prédios, apenas, não sendo, portanto finalidade o aperfeiçoamento e criação de unidades ou objetos. ( ) A engenharia tem como finalidade a criação, aperfeiçoamento e implementação de unidades, ou objetos. a) F, F, F, F. b) V, V, V, V. c) V, F, F, V. d) F, V, V, F. Princípios Básicos e Fundamentais da Eletricidade 15