UMA EXPERIÊNCIA DIDÁTICA DE ATIVIDADE EM CAMPO PARA MEDIÇÃO DE RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO

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1 UMA EXPERIÊNCIA DIDÁTICA DE ATIVIDADE EM CAMPO PARA MEDIÇÃO DE RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO Regina Maria de Lima Neta - regina.mlneta@gmail.com Alexsandro Aleixo Pereira da Silva - alexsandro.aleixo@yahoo.com.br José Moraes Gurgel Neto - neto.gurgel.moraes@gmail.com Jobson de Araújo Nascimento job.nascimento@gmail.com Thiago Luiz de Melo Moura thiago.moura.mcz@hotmail.com Ivana Carla Carneiro da Rocha ivanafisio@hotmail.com Centro Universitário Cesmac Rua Cônego Machado, 918, Farol Maceió-Alagoas Resumo: Este trabalho apresenta uma proposta para aprendizagem de medição de resistência de aterramento baseada em um experimento cujos recursos e práticas podem ser aplicadas ao ensino e aprendizagem da disciplina de Instalações Elétricas, disciplina que é comum aos diversos cursos de Engenharia. Os métodos se baseiam em aula em campo que visa a melhoria na qualidade da aprendizagem e assimilação dos conteúdos teóricos apresentados em sala de aula por meio de prática didática. Ressalta-se a importância das atividades práticas em campo como forma de aperfeiçoamento do profissional e a necessidade de adequações das aulas em campo às condições disponíveis na instituição. Palavras-chave: Resistência de Aterramento, Malha de Aterramento, Instalações Elétricas. 1. INTRODUÇÃO Um desafio constante para os docentes dos cursos de Engenharia unir a teoria com a prática nas disciplinas do curso, principalmente quando os recursos tecnológicos, na maioria das vezes, são escassos. Com a demanda para que as aulas nas instituições de ensino superior do setor privado sejam dinâmicas, com recursos tecnológicos atuais, porém gastando-se pouco, devido à crise política e financeira enfrentada pelo país nos últimos tempos, é um ponto crucial prender a atenção dos alunos e fazer com que consigam aplicar os conhecimentos que estão sendo adquiridos bem como associar com outras disciplinas através de integração multidisciplinar. A disciplina de Instalações Elétricas é comum aos diversos cursos de Engenharia sendo assim, é importante repassar informações práticas, para isso, as aulas de campo fora do ambiente escolar, proporcionam ao estudante a dimensão de sua responsabilidade no mercado de trabalho, contribuindo assim para a formação profissional do aluno. Com o intuito de fomentar o interesse dos alunos oitavo período da disciplina de instalações elétricas do curso de Engenharia Elétrica do CESMAC-AL do semestre foi

2 elaborada uma estratégia prática para dinamizar as aulas teóricas da disciplina através de uma aula experimental sobre a instalação correta e segura de uma malha de aterramento através da medição da resistência de terra. 2. SISTEMAS DE ATERRAMENTO Para que um sistema de energia elétrica opere corretamente, com continuidade do serviço, comportamento confiável dos sistemas de proteção e com os níveis de segurança pessoal garantidos, é necessário que em seu conjunto possua um sistema de aterramento. Os sistemas de aterramento foram criados para proteger pessoas, animais e materiais contra uma possível falha de um determinado sistema. Essa falha pode ser desde uma pequena fuga de corrente até um arco elétrico visível que pode vir a danificar um equipamento e ocasionar um incêndio numa situação grave (PINHEIRO, 2013). Os circuitos e condutores elétricos estão sujeitos ás perturbações comuns nos sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica, além dos curto-circuitos, sobretensões atmosféricas e sobretensões de manobras. A fim de minimizar o efeito dessas perturbações, é necessário um bom sistema de aterramento, com ligações de terra efetivas e resistência elétrica compatível, para que os potenciais desenvolvidos durante essas perturbações sejam mantidos em valores seguros. Quanto mais baixa a resistência da malha de aterramento, mais rapidamente haverá o escoamento da falta para terra. O sistema de aterramento deve ser previsto na fase de projeto da instalação elétrica, nos quais, com base em dados disponíveis e parâmetros pré-fixados, sejam consideradas todas as possíveis condições a que o sistema possa ser submetido (KINDERMANN & CAMPAGNOLO, 2011). Os objetivos principais do aterramento são: Obter uma menor resistência de aterramento possível; Manter os potenciais produzidos pelas correntes de falta dentro dos limites de segurança; Facilitar a operação dos equipamentos de proteção, fazendo com que sejam mais rapidamente sensibilizados; Proporcionar um caminho de escoamento para a terra de descargas atmosféricas; Garantir a equalização dos potenciais das carcaças dos equipamentos através do escoamento para a terra. Quanto à legislação vigente, a ABNT NBR 5410/2004 rege as instalações elétricas de baixa tensão e não especifica um valor de resistência de terra desejado, citando a equipotencialização, onde todos os elementos condutores da instalação são conectados em um único ponto, como sendo mais importante do que o valor da resistência de terra. A norma ABNT NBR 15749/2009, por sua vez, estabelece os critérios e métodos de medição de resistência em sistemas de aterramento. É importante ressaltar que o valor da resistência ôhmica do eletrodo não determina a sua integridade física, uma vez que os resultados obtidos dependem, além do eletrodo, das condições do solo em que este foi inserido.

3 2.1. Medição de Resistência de Aterramento Para determinação dos parâmetros com finalidade de pesquisa, verificação de níveis de segurança em instalações em funcionamento ou, ainda, no comissionamento de instalações elétricas novas, os ensaios de campo são uma forma eficiente para obtenção dos valores da resistência ôhmica do eletrodo de aterramento e dos valores dos potenciais de passo e toque calculados em projeto (MODENA & SUETA, 2011). A resistência do eletrodo de aterramento associada aos potenciais na superfície do solo de uma instalação elétrica são grandezas a serem medidas, visando a: Verificação da eficiência do eletrodo em dispersar a corrente elétrica no solo em que está inserido; Detecção de tensões superficiais que ofereçam riscos aos seres vivos e equipamentos; Determinação da elevação de potencial do sistema de aterramento em relação à terra de referência Método da Queda de Potencial Este método basicamente consiste em medir a resistência de aterramento de um eletrodo de dimensões conhecidas. Injeta-se tensão alternada entre os terminais do eletrodo de aterramento e o eletrodo auxiliar de corrente. Com um amperímetro bastante sensível (ma), mede-se a corrente localizando-o entre a saída da fonte de tensão e o eletrodo de corrente. Depois, a tensão entre o eletrodo de aterramento e o eletrodo de potencial é medida através de um voltímetro sensível (mv), como pode ser visto na Figura 1. Figura 1 - Método Volt-Amperimétrico para medição de resistência de aterramento A distância entre as hastes A e B para que não haja influência mútua entre elas pode ser calculada pela Equação 1: d 20 r 0 (1)

4 Onde: d distância entre as hastes A e B ; r 0 é o raio equivalente da haste de aterramento (1,1 m). A distância entre a haste principal A e a haste de potencial p, recomendada pela NBR 5410 pode ser calculada pela Equação 2: Onde: d distância entre as hastes A e B. x= 0, 618 d (2) A curva de resistência de aterramento é levantada deslocando-se a haste de potencial p entre as hastes A e B. A corrente que circula pelo circuito é constante, pois a mudança da haste p não altera a distribuição de corrente no solo. Para cada posição da haste o valor da resistência pode ser lido diretamente em Ω, pelo equipamento terrômetro ou então pode ser calculado através da Equação 2: V R= (2) Onde: V Tensão medida; I Corrente medida no circuito. I Deslocando-se a haste p em todo o percurso entre A e B tem-se a curva de resistência de aterramento em relação ao aterramento principal, como representado na Figura 2. Na região do patamar tem-se a resistência R A, que é valor da resistência de terra do sistema de aterramento principal. No ponto B, tem-se o valor da resistência e terra acumulada do aterramento principal e da haste auxiliar, isto é R A + R B. Como o objetivo é a medição da resistência R A, deve-se deslocar a haste p até a região de patamar. Figura 2 - Método Volt-Amperimétrico para medição de resistência de aterramento

5 3. ESTRATÉGIA DE APRENDIZAGEM APLICADA NA DISCIPLINA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS O experimento aconteceu na Praia da Avenida/AL onde foram analisadas duas condições diferentes do solo, na primeira situação o solo se encontrava arenoso e um pouco úmido obtendo-se, assim, uma resistividade relativamente alta, no caso 0.88 Ω.m, essas condições proporcionaria uma eficiência maior no sistema de aterramento, pois recomenda-se penetrar as hastes o mais profundo possível afim de chegar mais próximo possível dos lençóis freáticos onde o solo é mais úmido, a escala de resistência para as medições nesse caso foi de 40 Ω no equipamento terrômetro. Na segunda situação o solo já não era úmido, onde se encontrou dificuldades de penetrar as hastes e encontrar a escala de resistência correta, nesse caso 4 kω. O solo era misto, continha entulhos, areia da praia e raízes de árvores Configuração do Experimento Para simulação da malha de aterramento na aula prática, foi utilizado o eletrodo de aterramento do tipo haste vertical. É a forma mais comum de utilizar os eletrodos para os padrões de entrada em baixa tensão das concessionárias nas instalações interiores residenciais e comerciais, pois o seu custo de instalação é relativamente baixo. As hastes de aterramento são feitas de material altamente condutivo com baixa resistência, como aço ou cobre. Foi formada uma malha de aterramento quadrada com hastes de 1,1 m cuja distância entre elas foi igual à altura, como pode ser visto nas Figuras 3 e 4. Figura 3 Fixação de eletrodo de aterramento tipo haste vertical

6 Figura 4 Simulação de malha de aterramento O eletrodo de corrente do terrômetro foi localizado a 25 m de distância do eletrodo de aterramento principal da malha de aterramento. O eletrodo de potencial como definido anteriormente para ser colocado a 60% da distância total, neste experimento foi dimensionado em 15 m, como ilustrado na Figura 5. Figura 5 Eletrodo de corrente para medição

7 3.2. Equipamentos utilizados Para a medição, foram utilizados dois equipamentos terrômetros de fabricantes distantes para comparação dos resultados. O primeiro é normalmente utilizado em área residencial, pois apresenta uma margem de erro de 2%, foi utilizado por ser o equipamento disponível no laboratório da instituição. O segundo um aparelho de medição com maior precisão sendo utilizados em obras de grande e áreas industriais e que apresenta uma margem de erro de 1%, como ilustrado na Figura 6. O equipamento do laboratório utilizado foi o Terrômetro MTR-1530 da Minipa, que possui escalas de resistência de 40 Ω, 400 Ω e 4k Ω e três eletrodos: terra, potencial e corrente Resultados A resistência de terra medida no solo úmido foi de 1,0 Ω, os resultados mostraram com exatidão que os dois equipamentos evidenciavam os mesmos valores, como pode ser obervado na Figura 6. Figura 6 Equipamento terrômetro Minipa e Megabras O experimento no qual foram recolhidos os dados para a curva característica aconteceu no solo misto. Mediu-se a resistência de terra variando-se a distância entre a haste de potencial e malha de aterramento de 30 cm em 30 cm. A resistência apresentou comportamento crescente até ficar parcialmente instável entre as distâncias de 7,20 m (50% da distancia total) a 12,00 m (83.33% da distancia total), após 12,00 m a resistência aumentou gradativamente, como pode ser visto na Figura 7.

8 Figura 7 Curva característica de resistência de terra de uma malha de aterramento Neste intervalo de 7,20 a 12,00 m encontra-se a zona de potencial, que não sofre influência das demais zonas de aterramento e auxiliar, onde é possível obter a resistência do solo de 600 Ω. Levando em consideração que o solo observado possuía resistividade elevada, para a resistência medida não seria aconselhável fazer um aterramento naquele terreno. Para isso acontecer, algumas alternativas as poderiam ser tomadas visando reduzir a resistência de terra, as quais são: aprofundamento das hastes, tratamento do solo, aumento da área própria das hastes e aumento da quantidade de hastes. Quantos aos equipamentos utilizados, os valores observados foram como esperados e não houve discrepância significativa quanto ao tipo do equipamento, mostrando que atividade prática condiz com a realidade. 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS A atividade prática foi de grande importância para embasar o conhecimento adquirido em sala de aula pelos alunos de engenharia. Foi observado que ao decorrer do semestre , apesar dos desafios encontrados para elaborar um plano de ensino utilizando estratégias ativas de educação, os resultados obtidos na disciplina de Instalações Elétricas foram satisfatórios. Agradecimentos Os autores agradecem ao CESMAC-AL AL pela oportunidade de contribuir para a formação acadêmica dos discentes de Engenharia Elétrica e a confiança nos docentes para adotar estratégias ativas de educação em sala de aula.

9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS KINDERMANN, G. & CAMPAGNOLO, J. M. Aterramento Elétrico. 6. ed. Edição do Autor. Florianopólis, p. 1-19; PINHEIRO, T. F. L; Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica. Sistemas de Aterramento em Baixa Tensão, p, il. Monografia (Graduação). ATITUDE EDITORIAL. O Setor Elétrico: Capítulo VI - Métodos normalizados para medição de resistência de aterramento. Jobson Modena e Hélio Sueta. Junho, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5410: instalações elétricas de baixa tensão, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15749: Medição de resistência de aterramento e de potenciais na superfície do solo em sistemas de aterramento, A DIDACTIC EXPERIENCE OF FIELD ACTIVITY FOR MEASUREMENT OF GROUNDING RESISTANCE Abstract: This work presents a proposal for learning of measurement of resistance of ground based in an experiment whose resources and practices may be applied to the teaching and learning of the discipline of electrical installations, the discipline which is common to the various engineering courses. The methods are based on class in the field that aims to improve the quality of learning and assimilation of the theoretical content presented in the classroom through practice didactics. It is emphasized the importance of practical activities in the field as a way of improving the training and the need for adaptations of classes in field conditions available in the institution. Keywords: Grounding resistance, ground mesh, electrical installations.