Curso Básico de Eletricidade Predial e Residencial PDF

Curso Básico de Eletricidade Predial e Residencial " Feliz aquele que transfere o que sabe e aprende o que ensina “ Docente. José Carlos de A. Bastos Filho 2019...

Curso Básico de Eletricidade Predial e Residencial " Feliz aquele que transfere o que sabe e aprende o que ensina “ Docente. José Carlos de A. Bastos Filho 2019 Pág. 1 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  ELETRICISTA DE INSTALAÇÕES PREDIAIS E RESIDENCIAIS “AQUI COMEÇA UM NOVO FUTURO” “Há cinco degraus para se alcançar a sabedoria: Calar, ouvir, lembrar, sair, estudar.” Pág. 2 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” CONSIDERAÇÕES Visando contribuir com o trabalho do Eletricista de Instalações Prediais e residencial, o docente deste curso elaborou o presente material educativo que consta de conceitos básicos de eletrotécnica, esquemas, dados para projetos e ligação de motores elétricos, necessários à execução de instalações elétricas predial. Este material não pretende esgotar o assunto, mas estimular estudantes e profissionais da área, para a busca da educação continuada, tornando-os mais aptos ao mercado de trabalho cada vez mais exigente. O objetivo deste curso é fornecer as informações básicas necessárias para a definição de uma instalação elétrica predial e residencial. Para informações complementares, consulte as normas NBR 5410 - Instalações elétricas BT, NR 10 - Segurança em instalações e serviços com eletricidade. Aviso: Os responsáveis por este curso não podem ser responsabilizados por quaisquer problemas, tais como perdas e danos, prejuízos e lucros cessantes decorrentes de projetos e instalações desenvolvidos por terceiros. Pág. 3 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  SUMÁRIO Pag. Fórmulas Elétricas 06 APRESENTAÇÃO............................................. 07 1. ELETRICIDADE BÁSICA.................................... 08 1º CAPÍTULO 1.1 O que é eletricidade............................... 08 1.1.1 Matéria................................................... 09 1.1.2 Composição da Matéria........................................ 09 1.1.3 Molécula, Átomos / Constituição do Átomo 10/11 1.1.4 Eletrostática atração e repulsão entre cargas..................... 11/12 1.2 ENERGIA E TRABALHO / UNIDADE DE MEDIDA.............................. 13/15 1.2.1 Múltiplos e Submúltiplos....................................... 15 1.2.2 GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA............ 16/19 1.2.3 Corrente contínua e corrente alternada............... 19 1.2.4 Tensão elétrica ou diferencial de potencial............. 20 1.3 CORRENTE ELÉTRICA..................................... 20 1.4 RESISTÊNCIA ELÉTRICA................................... 21 1.4.1 Material condutor........................................ 21 1.4.2 Material isolante......................................... 21 1.4.3 Materiais resistivos...................................... 21 1.5 CIRCUITO ELÉTRICO / CURTO CIRCUITO............................ 22 1.6 LEI DE OHM.............................................. 22/23 1.7 TIPOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS........................... 23 1.7.1 Circuito série........................................... 23 1.7.2 Circuito paralelo......................................... 24 1.7.3 Circuito misto........................................... 24 1.8 POTÊNCIA ELÉTRICA...................................... 24/25 1.9 DISJUNTORES............................................ 25/26 1.9.1 Dimensionamento de condutores........................... 26/27 1.9.2 Cálculo de condutores e disjuntores........................ 27 1.9.2.1 Cálculo de condutores pela capacidade de corrente............. 27/28 1.9.2.2 Dimensionamento de condutores pela queda de tensão......... 28/31 1.9.2.3 Cálculo dos condutores e disjuntores para ar condicionado....... 31/32 2 INTRUMENTOS DE MEDIÇÃO................................. 33 2º CAPÍTULO 2.1 Medidor de energia elétrica........................... 33/34 2.2 VOLTÍMETRO............................................ 35 2.2.1 Ligação do voltímetro..................................... 35 2.3 AMPERÍMETRO........................................... 35 2.3.1 Ligação do amperímetro.................................. 35 2.3.2 Ligação do alicate amperímetro............................ 36 2.4 OHMÍMETRO............................................. 36 2.4.1 Maneira de medir resistências em circuitos.................. 36 2.4.2 Maneira de medir resistências fora do circuito................ 36 3 TENSÃO CONTÍNUA E ALTERNADA........................... 37 3.1 Tensão Contínua...................................... 37 3.2 Tensão Alternada...................................... 37 3.3 FREQUÊNCIA.............................................. 38 4 REDES ELÉTRICAS......................................... 38 4.1 Trifásica de Corrente alternada........................ 38/39 4.2 Tensão trifásica com neutro........................... 39 4.3 Tipos de rede trifásicas de baixa tensão.............. 40 4.4 Circuitos Trifásicos.................................... 40 5 SIMBOLOGIA.............................................. 41/45 6 ILUMINAÇÃO.............................................. 46 Pág. 4 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  6.1 Iluminação incandescente.............................. 46 6.2 Iluminação Fluorescente.............................. 47 6.2.1 Ligação de lâmpadas fluorescentes......................... 47/48 6.3 Iluminação vapor de mercúrio.......................... 48 6.3.1 Funcionamento.......................................... 48 6.3.2 Constituição............................................ 49 6.4 APLICAÇÃO DE ILUMINAÇÃO............. 49 6.4.1 Incandescente para iluminação geral....................... 49 6.4.2 Fluorescente............................................ 49/50 6.4.3 Luz mista............................................... 50 6.4.4 Vapor de mercúrio...................................... 50 6.4.5 Vapor de sódio de alta pressão........................... 50 7 ESQUEMAS DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS..................... 51 7.1 Interruptor simples e Lâmpada Incandescente....... 51 7.2 Interruptor duplo ou de duas seções e Lâmpada incandescente...... 51 7.3 DISJUNTORES TERMOMAGNÉTICOS......................... 52 7.4 INTERRUPTOR DE PRESSÃO E CIGARRA..................... 52 7.5 INTERRUPTOR PARALELO (HOTEL) E LÂMPADA INCANDESCENTE..... 53 7.6 INTERRUPTOR INTERMEDIÁRIO E PARALELO (HOTEL) COM LÂMPADA 53 INCANDESCENTE.................................. 7.7 FOTOINTERRUPTOR E LÂMPADA INCANDESCENTE........... 54/65 8 DADOS PARA PROJETOS DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS......... 66 8.1 Circuito................................................. 66 8.1.1 Divisões em circuitos..................................... 66 8.1.2 Tomadas de corrente...................................... 67/68 8.2 NBR – 5410– INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE BAIXA-TENSÃO...... 69 8.2.1 Iluminação............................................. 69 8.2.2 Tomadas............................................... 69 8.2.3 Potências a serem atribuídas............................... 70 8.2.3.1 As tomadas de uso geral (TGU) – em residências deve ser previsto 70 8.2.3.2 As tomadas de uso específico (Especial – TUE)................ 70 8.2.4 Seção mínima de condutores.............................. 70 8.2.5 Limites de queda de tensão................................ 70 8.2.6 Documentação da instalação............................... 70/71 8.2.7 Capacidade de reserva.................................... 71/72 8.2.8 Proteção complementar por dispositivo de proteção a corrente diferencial – 72 residual (Dispositivos DR).......................... 8.2.9 Quadros de distribuição / Símbolos / Componentes / Exemplos................. 72/73................. 8.4 LEITURA E INTERPRETAÇÃO DE PLANTA ELÉTRICA............ 74/76 8.5 PROJETO ELÉTRICO....................................... 77/78 9 INSTALAÇÃO DE UNIDADE CONSUMIDORA.................... 79 9.1 Montagem das caixas para medidores Monofásicos.... 79 9.2 Montagem das caixas para medidores Polifásicos...... 79 9.3 Padrão de entrada com medição instalada em poste particular............... 80 9.4 Padrão de entrada com medição instalada em muro ou mureta................. 81 10 MOTORES................................................ 82 3º CAPÍTULO 10.1 Motor de fase Auxiliar................................ 82/85 10.1.1 Ligação de motor monofásico de fase auxiliar para duas tensões.... 85/86 10.2 Motor trifásico de Corrente Alternada (CA)...... 86 10.2.1 Motor assíncrono trifásico de rotor em curto (de gaiola)....... 86/90 11 COMANDOS DE MOTORES MONOFÁSICOS E TRIFÁSICOS....... 91 11.1 Comandos de Motores Monofásicos................... 91/93 Pág. 5 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  11.2 Comandos Manual de Motores Trifásicos / pós-teste e vista explodida de motores 94/98 Dicas gerais de segurança 99/102 12.Transformador / Vista explodida e simbologia................................. 103/120 BÔNUS 13. CONJUNTO DE SIMBOLOGIAS PREDIAIS 121 14. LIGAÇÕES 122/126 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 127 FórmulasFoElétricas I = Corrente elétrica (A) Ampére S = sessão do condutor (mm) U/E = tensão elétrica (V) Volts R = Resistencia elétrica (Ω) Ohms P = Potência elétrica (W) Watts HP = Horse power CV = cavalo-vapor ef. = % Eficiência cos ϕ = Fator de potência L = comprimento do cabo (Metros) Pág. 6 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” APRESENTAÇÃO A importância da eletricidade em nossas vidas é inquestionável. Ela ilumina nossos lares, movimenta nossos eletrodomésticos, permite o funcionamento dos aparelhos eletrônicos e aquece nosso banho. Por outro lado, a eletricidade quando mal-empregada, traz alguns perigos como os choques, às vezes fatais, e os curtos-circuitos, causadores de tantos incêndios. A melhor forma de convivermos em harmonia com a eletricidade é conhecê-la, tirando-lhe o maior proveito, desfrutando de todo o seu conforto com a máxima segurança. O objetivo desta publicação é o de fornecer, em linguagem simples e acessível, as informações mais importantes relativas ao que é a eletricidade, ao que é uma instalação elétrica, quais seus principais componentes, como dimensioná-los e escolhê-los. Com isto, esperamos contribuir para que nossas instalações elétricas possam ter melhor qualidade e se tornem mais seguras para todos nós. Pág. 7 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 1. ELETRICIDADE BÁSICA No presente módulo são apresentados os conceitos básicos da eletricidade, os quais são indispensáveis para o entendimento do assunto. 1.1 O que é eletricidade? Conjunto de fenômenos naturais (é um acontecimento não artificial, ou seja, que ocorre sem a intervenção humana.) que envolvem a existência de cargas elétricas estacionárias ou em movimento. (A energia elétrica foi descoberta por um filosofo grego de nome Tales de Mileto no século VI a.C. que, ao esfregar um âmbar (Resina fóssil) a um pedaço de pele de carneiro, notou certa alteração. O filosofo observou que pedaços de palhas e de madeira começaram a ser atraídas pelo âmbar.) Frequentemente usamos a palavra energia. Às vezes, ouvimos dizer que determinado alimento é rico em energia, que recebemos energia do sol ou então, que o custo da energia elétrica aumentou. Fala-se também em energia térmica, química, nuclear... A energia está presente em quase todas as atividades do homem moderno. Por isso, para o profissional da área eletroeletrônica, é primordial conhecer os segredos da energia elétrica. Neste primeiro capítulo, estudaremos algumas formas de energia que se conhece, sua conservação e unidades de medida. Pág. 8 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 1.1.1 Matéria O estudo da matéria e sua composição é fundamental para a compreensão da teoria eletrônica. Por isso, neste capítulo estudaremos o arranjo físico das partículas que compõem o átomo e a maneira como essas partículas se comportam. Isso facilitará muito o estudo dos fenômenos que produzem a eletricidade. 1.1.2 Composição da matéria Matéria é tudo aquilo que nos cerca e que ocupa um lugar no espaço. Ela se apresenta em porções limitadas que recebem o nome de corpos. Estes podem ser simples ou compostos. Observação Existem coisas com as quais temos contato na vida diária que não ocupam lugar no espaço, não sendo, portanto, matéria. Exemplos desses fenômenos são o som, o calor e a eletricidade. Corpos simples são aqueles formados por um único átomo. São também chamados de elementos. O ouro, o cobre, o hidrogênio são exemplos de elementos. Corpos compostos são aqueles formados por uma combinação de dois ou mais elementos. São exemplos de corpos compostos o cloreto de sódio (ou sal de cozinha) que é formado pela combinação de cloro e sódio, e a água, formada pela combinação de oxigênio e hidrogênio. A matéria e, consequentemente, os corpos compõem-se de moléculas e átomos. Pág. 9 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 1.1.3 Molécula, Átomos / Constituição do Átomo Molécula É um conjunto de Átomo que estabelecem ligações químicas. Molécula é a menor partícula em que se pode dividir uma substância de modo que ela mantenha as mesmas características da substância (qualquer espécie de matéria) que a originou. Tomemos como exemplo uma folha de papel: se ela for dividida continuamente, tornar-se-á cada vez menor, até chegarmos à menor partícula que conserva as características da mesma, ou seja, a molécula de papel. As moléculas se formam porque, na natureza, todos os elementos que compõem a matéria tendem a procurar um equilíbrio elétrico. Átomo Os animais, as plantas, as rochas, as águas dos rios, lagos e oceanos e tudo o que nos cerca é composto de átomos. O átomo é a menor partícula em que se pode dividir um elemento e que, ainda assim, conserva as propriedades físicas e químicas desse elemento. Um conjunto de Átomos iguais forma um elemento. Observação Os átomos são tão pequenos que, se forem colocados 100 milhões deles um ao lado do outro, formarão uma reta de apenas 10 mm de comprimento. O átomo é formado de numerosas partículas. Todavia, estudaremos somente aquelas que mais interessam à teoria eletrônica. Existem átomos de materiais como o cobre, o alumínio, o neônio, o xenônio (Gases nobres), por exemplo, que já apresentam o equilíbrio Pág. 10 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” elétrico, não precisando juntar-se a outros átomos. Esses átomos, sozinhos, são considerados moléculas também. Constituição do átomo O átomo é formado por uma parte central chamada núcleo e uma parte periférica formada pelos elétrons e denominada eletrosfera. O núcleo é constituído por dois tipos de partículas: os prótons, com carga positiva, e os nêutrons, que são eletricamente neutros. Todos os corpos são compostos de moléculas, e estas por sua vez, de átomos. Átomo é a menor porção da matéria. Cada átomo tem um núcleo, onde estão localizados os prótons e nêutrons. Em volta do núcleo giram os elétrons. Veja a representação esquemática de um átomo na ilustração a seguir. Átomo em equilíbrio Figura 1 Nêutrons: carga elétrica neutra Prótons: carga elétrica positiva Elétrons: carga elétrica negativa 1.1.4 Eletrostática Eletrostática é a parte da eletricidade que estuda a eletricidade estática. Dá-se o nome de eletricidade estática à eletricidade produzida por cargas elétricas em repouso em um corpo. Um corpo se eletriza negativamente (-) quando ganha elétrons e positivamente (+) quando perde elétrons. Pág. 11 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Entre corpos eletrizados, ocorre o efeito da atração quando as cargas elétricas têm sinais contrários. O efeito da repulsão acontece quando as cargas elétricas dos corpos eletrizados têm sinais iguais. Atração e repulsão entre cargas Figura 2 No estado natural, qualquer porção de matéria é eletricamente neutra. Isso significa que, se nenhum agente externo atuar sobre uma determinada porção da matéria, o número total de prótons e elétrons dos seus átomos será igual. Portanto, eletricidade é o efeito do movimento de elétrons de um átomo para outro em um condutor elétrico. Pág. 12 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  1.2 ENERGIA E TRABALHO A energia está sempre associada a um trabalho. Por isso, dizemos que energia é a capacidade que um corpo possui de realizar um trabalho. Como exemplo de energia, pode-se citar uma mola comprimida ou estendida, e a água, represada ou corrente. Assim como há vários modos de realizar um trabalho, também há várias formas de energia. Em nosso curso, falaremos mais sobre a energia elétrica e seus efeitos, porém devemos ter conhecimentos sobre outras formas de energia. Dentre as muitas formas de energia que existem, podemos citar: energia potencial; energia cinética; energia mecânica; energia térmica; energia química; energia elétrica. A energia é potencial quando se encontra em repouso, ou seja, armazenada em um determinado corpo. Como exemplo de energia potencial, pode-se citar um veículo no topo de uma ladeira e a água de uma represa. A energia cinética é a consequência do movimento de um corpo. Como exemplos de energia cinética pode-se citar um esqueiitista em velocidade que aproveita a energia cinética para subir uma rampa ou a abertura das comportas de uma represa que faz girarem as turbinas dos geradores das hidroelétricas. A energia mecânica é a soma da energia potencial com a energia cinética presentes em um determinado corpo. Ela se manifesta pela produção de um trabalho mecânico, ou seja, o deslocamento de um corpo. Como exemplo de energia mecânica podemos citar um operário empurrando um carrinho ou um torno em movimento. Pág. 13 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  A energia térmica se manifesta através da variação da temperatura nos corpos. A máquina a vapor, que usa o calor para aquecer a água transformando-a em vapor que acionará os pistões, pode ser citada como exemplo de energia térmica. A energia química manifesta-se quando certos corpos são postos em contato, proporcionando reações químicas. O exemplo mais comum de energia química é a pilha elétrica. A energia elétrica manifesta-se por seus efeitos magnéticos, térmicos, luminosos, químicos e fisiológicos. Como exemplo desses efeitos, podemos citar: A rotação de um motor (efeito magnético), o aquecimento de uma resistência para esquentar a água do chuveiro (efeito térmico), a luz de uma lâmpada (efeito luminoso), a eletrólise da água (efeito químico), a contração muscular de um organismo vivo ao levar um choque elétrico (efeito fisiológico). Conservação de Energia A energia não pode ser criada, nem destruída. Ela nunca desaparece, apenas se transforma, ou seja, passa de uma forma de energia para outra. Há vários tipos de transformação de energia e vamos citar os mais comuns: Transformação de energia química em energia elétrica por meio da utilização de baterias ou acumuladores que, por meio de uma reação química geram ou armazenam energia elétrica. ▪ Transformação de energia mecânica em energia elétrica, quando a água de uma represa flui através das comportas e aciona as turbinas dos geradores da hidroelétrica. ▪ Transformação de energia elétrica em mecânica que acontece nos motores elétricos que, ao receberem a energia elétrica em seu enrolamento, transformam-na em energia mecânica pela rotação de seu eixo. ▪ UNIDADES DE MEDIDA DE ENERGIA Unidades de medida. As unidades de medida são siglas utilizadas para representar quantidades específicas de determinadas grandezas físicas. Para melhor conhecermos as grandezas físicas, é necessário medi-las. Há grandezas cuja medição é muito simples. Por exemplo, para se medir o comprimento, basta apenas uma régua ou uma trena. Pág. 14 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” Outras grandezas, porém, exigem aparelhos complexos para sua medição. As unidades de medida das grandezas físicas são agrupadas em sistemas de unidades onde as medidas foram reunidas e padronizadas no Sistema Internacional de Unidades, abreviado para a sigla SI. As grandezas formadas com prefixos SI têm múltiplos e submúltiplos. Os principais são apresentados na tabela a seguir. 1.2.1 Múltiplos e submúltiplos da unidade Na matemática, um múltiplo é o produto de qualquer quantidade e um inteiro. Em eletricidade vem facilitar a quantificação de unidades expressas em valores pequenos ou elevados, simplificando a escrita e pronúncia destes valores. A tabela 1 expressa os principais múltiplos e submúltiplos da unidade. Tabela 1- Múltiplos e Submúltiplos Segue abaixo exemplos de conversão de múltiplos e submúltiplos: a) 3 kW = 3.000 (W) b) 10.000 VA = 10 (KVA) c) 88 MΩ = 88.000.000 ( Ω ) d) 5.000 mA = 5 ( A ) e) 1.000 MW = 1 ( GW ) f) 2.000 μA = 2 ( mA ) g) 1.000.000 Ω = 1 ( MΩ ) h) 500 W = 0,5 ( kW ) Pág. 15 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  1.2.2 GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Existem várias maneiras de gerar energia elétrica, dentre as formas convencionais podemos citar as fontes energéticas Hidroelétricas, Termoelétricas a Carvão, Termoelétricas a Gás, Termonucleares, Eletroquímica (portáteis). Todas se valem do movimento (energia cinética) de alguma fonte primária para acionar um gerador (alternador ou gerador síncrono) e então gerar energia elétrica. O movimento da água de um rio aciona diretamente uma turbina que por sua vez aciona o gerador de eletricidade. Figura 3 – Usina Hidroelétrica Figura 4 Usina de Itaipu-PR O carvão mineral, óleo combustível ou gás aquecem água e o vapor sob pressão gerado movimenta uma turbina que acoplada a um gerador transforma a energia cinética em energia elétrica. Pág. 16 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Figura 5 -Usina Termoelétrica Figura 6 -Usina Jorge Lacerda-SC As usinas nucleares também são termoelétricas, onde a fissão controlada do urânio é a fonte primária de calor. Figura 7 -Usina Termonuclear Figura 8 -Usina Angra 2-RJ Entre as formas alternativas de geração de energia elétrica, podemos citar: Eólica, Biomassa, solar Fotovoltaica, Geotérmica, das Marés, das Ondas,... O princípio do gerador baseia-se no princípio da indução magnética, no qual uma espira movimentando-se em um campo magnético gera uma tensão induzida através dos seus terminais: Pág. 17 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Figuras 9 -Funcionamento Gerador A quantidade de energia gerada depende do tamanho do gerador, este varia com o tamanho dos eletroímãs, diâmetro dos condutores dos enrolamentos do rotor, etc. Nas pequenas propriedades que possuem vazão suficiente para a instalação de PCH´s (pequenas centrais Hidroelétricas) encontramos geradores de pequena potência, com tensões de 127 V ou 220V. Nas grandes usinas geradoras, a tensão gerada é trifásica podendo chegar até 13,8 kV (13800V) com alta capacidade de corrente (quiloampéres - kA) e altas potências (megawatts - W). *Veremos mais adiante todos estes conceitos de grandezas elétricas, tensão, corrente, resistência e potência. A energia elétrica precisa ser distribuída aos centros consumidores que estão na maioria das vezes milhares de quilômetros distantes, ficaria inviável economicamente transportá-la com as correntes originalmente geradas. O problema estaria na secção dos condutores envolvidos no transporte da energia, no custo dos mesmos, no peso das torres de transmissão, nos equipamentos das subestações, etc..., estes custos seriam proibitivos. Para resolver este problema, próximo das unidades geradoras é construída a subestação elevadora que converte a tensão de 13,8kV para uma tensão muito maior (69kV, 138kV, 250kV, 500kV, 750kV, etc.), desta forma reduzindo a corrente nas linhas de transmissão e possibilitando o uso de fios com secção menor. Ao chegar aos grandes centros, a tensão é novamente reduzida nas subestações abaixadoras e trafega em 23,1 kV, 13,8 kV ou 69kV, desta forma possibilitando um aumento na capacidade de corrente que pode trafegar nas linhas. Pág. 18 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Geração de Energia Elétrica Térmica: Termoelétricas -Queima de combustível; Hídrica: Hidroelétricas -Potencial Hídrico Nuclear: Térmica, porém com reator nuclear. Fissão e Fusão Marés: Maremotriz - Energia dos Oceanos Eólica: Cataventos - Energia dos ventos Solar: Células Fotovoltaicas –Radiação solar Por fim, das subestações abaixadoras a energia segue até nossas residências, passando pelos transformadores instalados nos postes de distribuição, onde a tensão é reduzida para a tensão de utilização dos diversos eletrodomésticos instalados. 1.2.3 Corrente contínua e corrente alternada A energia elétrica gerada nos geradores, são produzidas em Corrente Alternada (CA), onde a amplitude da onda, alterna no decorrer do tempo, conforme Gráfico 1, estabelecendo uma forma de onda senoidal, que no nosso caso é estabelecida uma frequência de 60 Hz (ciclos por segundo). A energia que recebemos em nossa residência, comércio ou industriais, tem este formato em corrente alternada. A energia elétrica gerada por uma bateria é denominada em corrente contínua (CC), ou seja, não se alterna no decorrer do tempo. Todo equipamento eletrônico, converte a corrente alternada da rede para corrente contínua, através de suas fontes de alimentação, para poder ser utilizada em seus circuitos eletrônicos. Figura 10 -Formas de Onda CC e CA Gráfico 1 V V Vp ---- ------ 18 270 3 B - 0 6 9 0 ----- 0 0 -- t - ------------- Vp - Tensão CC Tensão CA Pág. 19 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  1.2.4 TENSÃO ELÉTRICA OU DIFERENÇA DE POTENCIAL Tensão elétrica, ou diferença de potencial, é a força que impulsiona os elétrons. Figura 11 - + ---------------- ---------------- -------- --------- Sobra de elétrons Falta de elétrons Observação: Símbolo – U e E Unidade de medida – Volts – V Instrumento de medida – voltímetro Múltiplo de volts – 1 Quilovolt – 1kV = 1000 Volts 1.3 CORRENTE ELÉTRICA Corrente elétrica é o movimento ordenado dos elétrons em um condutor elétrico. Figura 12 Observação: Símbolo – I Unidade de medida – ampère – A Instrumento de medida – amperímetro Múltiplo do ampère – 1 Quiloampère – 1ka = 1000 ampères Pág. 20 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 1.4 RESISTÊNCIA ELÉTRICA Resistência elétrica é a dificuldade que os materiais oferecem ao deslocamento (Passagem) dos elétrons. A seguir apresentamos um exemplo de resistência elétrica. Figura 13 - + Obstáculo à passagem da corrente elétrica ------ ----------------------- - - - - -- - - - - -- -- - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - -------- - -- - Falta de elétrons Sobra de elétrons Fluxo de elétrons Observação: Símbolo – R Unidade de medida – Ohm - Instrumentos de medida – Ohmímetro – Megôhmetro Múltiplo do OHM – 1 Quiloohm – 1 k Ω = 1000 Ohms Resistência elétrica depende da natureza do material. Portanto, é classificada em três grupos: 1.4.1 Material condutor Material condutor é o que possui baixíssima resistência, isto é, deixa a corrente passar facilmente. Ex: prata, cobre, alumínio, etc. 1.4.2 Material isolante O material isolante possui altíssima resistência, isto é, oferece muita dificuldade à passagem da corrente. Ex: porcelana, vidro, plástico, borracha, papel. 1.4.3 Materiais resistivos Resistivos são os materiais que oferecem resistência intermediaria. São empregados em resistores, tais como: - Resistor de aquecimento: níquel – cromo - Resistor de lâmpadas: tungstênio - Resistor para quedas de tensão: carvão Pág. 21 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 1.5 CIRCUITO ELÉTRICO / CURTO CIRCUITO Circuito elétrico é o caminho fechado por onde percorre a corrente elétrica. A seguir apresentamos um exemplo de circuito elétrico Lâmpada Curto circuito: É o aumento instantâneo de corrente elétrica em Fios um circuito elétrico (ou ponto de um circuito + - elétrico) devido a alguma falha (acidental ou proposital) que reduz a resistência do circuito Bateria tornando-a desprezível. Figura 14 Um circuito elétrico é constituído de: Fonte bateria Consumidor lâmpada Condutores fios Representação simbólica de um circuito elétrico Figura 15 I - U Legenda: + R U = tensão elétrica I = corrente elétrica R = resistência elétrica 1.6 LEI DE OHM A corrente elétrica I de um circuito é diretamente proporcional à tensão elétrica U, aplicada e inversamente proporcional à resistência elétrica R deste circuito. Observe-se a representação gráfica deste conceito: Da fórmula pode –se obter (LEI DE OHM): - Quando se deseja encontrar o valor da corrente elétrica Pág. 22 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” - Quando se deseja encontrar o valor da tensão elétrica - Quando se deseja encontrar o valor da resistência elétrica Uma fórmula prática de chegar às três fórmulas da lei de Ohm, seria utilizando o triângulo abaixo: 1.7 TIPOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 1.7.1 Circuito série Circuito série é aquele que tem dois ou mais pontos de consumo ligados um após o outro. É dependente, isto é, qualquer um dos elementos que falhar, interrompe todo o circuito. Figura 16 U No circuito série, a soma das tensões parciais é igual à tensão total aplicada. A corrente elétrica é igual em todo o circuito. Pág. 23 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  1.7.2 Circuito paralelo Circuito paralelo é aquele que tem dois ou mais pontos de consumo ligados à rede. É independente, isto é, se um dos elementos falhar, não interrompe todo o circuito. Figura 17 No circuito paralelo, a tensão em cada ponto é a mesma e igual à da fonte. A corrente elétrica é igual à soma das correntes parciais. 1.7.3 Circuito misto O circuito misto possui alguns pontos de consumo ligados em série e outros em paralelo. A seguir apresentamos o circuito misto Figura 18 1.8 POTÊNCIA ELÉTRICA Potência elétrica é a energia necessária para produzir trabalho (calor, luz, radiação, movimento, etc.). - Símbolo: W - Unidade de medida: Watt - Múltiplo da unidade: 1 Quilowatt – 1 kW = 1000 W A potência elétrica de um consumidor é o produto da tensão aplicada, multiplicado pela corrente que circula. Pág. 24 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” - Quando se deseja encontrar o valor da corrente elétrica. - Quando se deseja encontrar o valor da tensão elétrica. Uma forma prática de chegar às três fórmulas da potência elétrica, seria utilizando o triângulo a seguir: 1.9 DISJUNTORES São assim denominados os equipamentos e dispositivos que ao serem instalados, evitarão a ocorrência de danos aos demais equipamentos e dispositivos a eles conectados. Os disjuntores a serem estudados serão termomagnéticos, assim chamados por atuarem de duas maneiras: térmica e magnética. Atuação por efeito térmico: ocorre quando a corrente elétrica que passa pelo disjuntor excede o valor máximo para o qual ele foi construído, ou seja, quando ocorre sobrecarga. Atuação por efeito magnético: ocorre somente quando existir um curto – circuito. Capacidade dos disjuntores de Fabricação Eletromar: Monofásicos e Bifásicos: 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 60, 70 A Pág. 25 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Trifásicos: 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 60, 70, 90, 100, 125, 150, 175, 200, 225 e 300 A. Obs.: A capacidade de corrente do disjuntor deve ser sempre igual ou inferior à capacidade de corrente do condutor. 1.9.1 Dimensionamento de condutores Para dimensionarmos o condutor temos que: Calcular a corrente Procurar na tabela o valor que seja igual ou maior que a corrente calculada. Ver na primeira coluna da tabela, a seção do condutor. Os disjuntores têm a função de proteger o condutor (fio) ou carga. Quando protegem o condutor, o disjuntor tem que ser igual ou menor que a corrente que passa pelo condutor. Quando protege a carga, o disjuntor tem que ser igual ou o mais próximo possível da carga, (sem ultrapassar a corrente que o condutor suporta). Para efeito de cálculo em aula, vamos definir como padrão, proteger o CONDUTOR. Exemplo: Dimensionar o condutor e o disjuntor de proteção para um chuveiro de 6000W, ligado em 120 V. I = P / U = 6000 / 120 = 50 A I = 50 A Na tabela 1 encontraremos o valor 57 A, que é maior que a corrente calculada, mas é o valor que nos interessa. Neste caso, teremos condutor (fio) = 10mm². O disjuntor que protegerá este condutor será de 50 A. Pág. 26 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Tabela 1 - Principais características dos condutores com isolamento PVC, 70° Fonte: Pirelli Obs.: Padronização de cores dos condutores para instalações residenciais e comerciais: Fase: vermelho (podendo ser preto nos circuitos principais de alimentação dos QD`s.) Neutro: branco ou azul claro Terra: verde ou verde e amarelo Retorno: Preto ou demais cores. 1.9.2 Cálculo de condutores e disjuntores 1.9.2.1 Cálculo de condutores pela capacidade de corrente – a partir da fórmula da lei de Ohm, foi obtida a fórmula geral para cálculos de corrente, envolvendo equipamentos elétricos, ou seja: Para calcularmos a corrente, devemos considerar sempre a situação mais crítica, ou seja, a de maior potência que um aparelho pode consumir. Exemplo: Calcule os condutores e o disjuntor para um chuveiro de 3600 W (inverno), ligado Em 120 V. P = 3600 W V = 120 V I =? I=P/V I = 3600 / 120 = 30 A Pág. 27 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Pela tabela 1, podemos utilizar o condutor de 4mm², que suporta uma corrente de 32 A, e o disjuntor de 30 A.. Exercícios: Calcular o condutor e o disjuntor para um chuveiro de 4400 W de potência, a ser ligado em sistema monofásico em 127V? Calcule o disjuntor e o condutor para uma pequena residência, ligada em sistema monofásico em 220V? Sabendo que possui os seguintes equipamentos: Chuveiro = 2400 W Lâmpadas = 720 W Tomadas = 500 W Refrigerador = 300 W Ferro elétrico = 800 W Calcular o condutor e o disjuntor para uma estufa de 6600 W, ligada em 220 V, e em 120 V? Calcule o disjuntor e o condutor para uma carga de 5,3 kW, ligada em 220 V? Calcule o disjuntor e o condutor para um circuito com uma estufa de 1,9 kW e um ferro de passar roupas de 1kW, ligado em 120 V? Calcule o disjuntor e o condutor para uma geladeira de 300 W, um freezer de 500 W e uma batedeira de 1500 W, ligados em 220V? 1.9.2.2 Dimensionamento de condutores pela queda de tensão – neste caso, aplicaremos a seguinte fórmula: ❖ Média para ΔV em Onde: índice = nº a ser procurado na tabela Índice = ∆v um circuito ∆V = queda de tensão em volts IxD I = corrente de Ampères monofásico é entre 3 e 4% D = distância em km Exemplo: Utilizando o exemplo anterior, e considerando uma queda de tensão de 2%, e o chuveiro instalado há uma distância de 20m do QD, teremos: Pág. 28 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” P = 3600 W Tensão = 120 V D = 20m = 0,02 km I = 30 A Queda de tensão de 2% = ΔV= 2 x 120 / 100 ΔV= 2,4 V Índice = 2,4 = 2,4 = (4 V / A km Tab. 1 / Pag. 27) 30 A x 0,02 km 0,6 Da tabela, temos que: Condutor deverá ser 10mm² Disjuntor = Exercícios: 1. Determine o condutor e o disjuntor para alimentar uma residência de 2200 W, com tensão 110V, localizada a 100m de rede da QP. Considerar uma queda de tensão de 5%. 2. Determine o condutor e o disjuntor para alimentar uma secadora Enxuta de 1650 W, ligada em 110 V, sabendo que a queda de tensão admitida é de 2%, e ela está a 10m de distância do QD? 3. Determine o condutor e o disjuntor para alimentar uma estufa de 6600 W, ligada em 220V, com queda de tensão de 4% e distante 50m de um QD? Exercícios: 1. Um ferro de passar, alimentado com tensão de U = 120 V, absorve uma corrente de 5 A, qual o valor da sua resistência? R= 2. Uma lâmpada alimentada com tensão de 6V, absorve a corrente de 3 A, qual o valor da sua resistência? R= 3. Um ferro de soldar, cuja resistência é 60Ω, é alimentado com a tensão de 120 V, qual é o valor da corrente que ele absorve? I= Pág. 29 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 4. Desejamos que uma resistência de 4Ω seja atravessada pela corrente de 12 A qual a tensão que deverá ser aplicada à resistência? U= 5. Um circuito, cuja resistência é 15Ω é alimentado com a tensão de 120 V, qual será a corrente do circuito? I= 6. Com os dados dos cinco exercícios acima, calcular a Potência para cada um deles. 7. Calcule a corrente necessária para alimentar um chuveiro de 6000 W, ligado em 120 V? I= 8. Qual a potência de um ferro de passar, alimentado com tensão de 120V, e que absorve a corrente de 10 A? P= 9. Um abajur com duas lâmpadas de 60 W cada, ligado em 120 V, consome que corrente? I= 10.Dimensionar os condutores para cada um dos exercícios acima. Pág. 30 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” Informações Complementares 1 CV = 736 W 1 HP = 746 W 1 kW = 1000 W Fase: Outras cores que não sejam azul claro, verde ou verde-amarelo. Geralmente usa-se o vermelho, preto, marrom. Neutro: Azul claro Terra: Verde ou verde-amarelo (mais comum) Revisão das unidades estudadas até agora Resistência = Ohm = Ω Tensão = Volt = V Corrente = Ampère = A Potência = Watt = W 1.9.2.3 Cálculo dos condutores e disjuntores para ar condicionado Tabela 2 – Cálculo dos condutores e disjuntores Pág. 31 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” Exemplo: Deseja-se instalar um aparelho de ar condicionado de 10.000 BTU, marca Springer, numa determinada sala em Porto Alegre. Determinar os condutores e o disjuntor. Da tabela acima temos que, o aparelho consome 6 A em funcionamento normal. Note que condicionadores de ar, possuem tensão 220 V, portanto: duas fases + terra. No momento em que o aparelho for ligado, segundo o fabricante, sua corrente é multiplicada por 3,15. Logo, a corrente que está em funcionamento normal era de 6 A, passa a ser (6 x 3,15) = 18,9 A, ou seja, aproximadamente 19 A. O dimensionamento dos condutores e do disjuntor deve ser feito para este valor: 19 A? Exercícios: 1. Calcular os condutores e o disjuntor para um condicionador de ar 30.000 BTU, tensão 220 V. 2. Calcular os condutores e o disjuntor para um condicionador de ar 14.000 BTU. 3. Calcular os condutores e o disjuntor para um condicionador de ar de 21.000 BTU. 4. Calcular os condutores e o disjuntor para um condicionador de ar de 7.500 BTU. 5. Calcular os condutores e o disjuntor para um condicionador de ar de 12.000 BTU. 6. Calcular os condutores e o disjuntor para um condicionador de ar de 10.000 BTU. Pág. 32 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  2. INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO Os instrumentos de medida nos dão, sobre uma escala graduada, o valor da grandeza elétrica. Os usados comumente são descritos neste capítulo. 2.1 Medidor de energia elétrica Já sabemos que a energia é a potência dissipada ao longo do tempo, ou seja: W (E) = P x t ou P=UxIxt (E) = Energia (kWh) W= kWh P = Watts P= Potência U = Tensão t = Tempo I = Tempo Se o tempo considerado for de uma hora, a energia é expressa em watts X hora. Corno esta é uma unidade muito pequena, na prática usa-se a potência em quilowatts, e a energia será em kWh. Se em um circuito a tensão é de 110 volts, a corrente medida é de 10 amperes, o fator de potência é igual a 1 (somente resistência), em oito horas, qual a energia consumida? Exemplo: Solução: W(E)=110 X 10 X 8 = 8 800 watts-hora ou 8,8 kWh. A energia elétrica é medida por instrumentos que se chamam quilowatt-hora- metro; esses instrumentos são integradores, ou seja, somam a potência consumida ao longo do tempo, (Ver final desta seção.) O princípio de funcionamento do medidor de energia é o mesmo que o de um motor de indução, ou seja, os campos gerados pelas bobinas de corrente e de potencial induzem correntes em um disco, provocando a sua rotação (Fig. 9). Solidário com o disco existe um eixo em conexão com uma rosca sem-fim, que provoca a rotação dos registradores, os quais fornecerão a leitura. Cada fabricante tem características próprias, ou seja, o número de rotações do disco para indicar 1 kWh é variável. Pág. 33 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” Os quatro mostradores da figura indicam as diferentes grandezas de leitura, ou seja, unidades, dezenas, centenas e milhares. As companhias de eletricidade retiram mensalmente as leituras dos registradores de cada medidor, e estas leituras devem ser subtraídas das leituras do mês anterior para se ter o consumo real do mês. Figura 19 Pág. 34 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 2.2 VOLTÍMETRO Quando se quer medir a tensão de um circuito elétrico, deve-se ligar o voltímetro em paralelo com este circuito. 2.2.1 Ligação do voltímetro Figura 20 Desta maneira, sabe-se quantos volts tem este circuito. 2.3 AMPERÍMETRO Para medir a corrente de um circuito elétrico, deve-se ligar o amperímetro em série neste circuito. 2.3.1 Ligação do amperímetro Figura 21 A corrente elétrica deve passar pelo amperímetro. Desta maneira, sabe-se quantos ampères circulam no circuito. Pág. 35 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  2.3.2 Ligação do alicate amperímetro Outra maneira de medir a corrente elétrica é com alicate amperímetro, onde não é necessário abrir o circuito. Figura 22 2.4 OHMÍMETRO Quando se quer medir a resistência de componentes em algum circuito, a condição básica é que esteja desenergizado e com uma das extremidades desligadas. 2.4.1 Maneira de medir resistências em circuitos 2.4.2 Maneira de medir resistências fora do circuito Figura 23 Figura 24 Pág. 36 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  3. TENSÃO CONTÍNUA E ALTERNADA Há dois tipos básicos de corrente ou tensão elétrica de aplicação generalizada, corrente ou tensão contínua e corrente ou tensão alternada. 3.1 Tensão contínua Tensão contínua é a que não varia ao longo do tempo. Gráfico da tensão de uma bateria de automóvel de 12 volts. * A tensão contínua não tem frequência Gráfico 2 3.2 Tensões alternada Tensão alternada é a que varia ao longo do tempo. Gráfico de uma tensão alternada. Gráfico 3 -120 * A tensão alternada tem frequência. Pág. 37 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 3.3 FREQUÊNCIA A frequência que é dada em Hertz, é o número de ciclos por segundo. Símbolo da frequência – f Unidade de medida – Hertz (Hz) Nossa rede elétrica possui 60 Hertz (Hz) ou 60 ciclos / segundo. Gráfico 4 Obs: Tela do Osciloscópio 4. REDES ELÉTRICAS A distribuição de energia elétrica para os consumidores industriais e residenciais é feita através de redes elétricas em corrente alternada. 4.1 Trifásica de corrente alternada Uma rede trifásica de C.A. é constituída de três fases defasadas de 120°. Gráfico 5 Tensão e corrente alternada defasada de 1/3 de período. Pág. 38 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  A tensão de uma rede trifásica é a diferença de potencial existente entre duas fases diferentes. Esta tensão chama-se de tensão de linha (UL). Figura 25 4.2 Tensões trifásica com neutro Quando as bobinas do gerador ou transformador trifásico são ligadas em estrela, tem-se uma rede trifásica com neutro. Figura 26 Na rede trifásica com neutro, existem 2 tensões: - UL (tensão de linha): é a diferença de potencial existente entre duas fases diferentes. - UF (tensão de fase): é a diferença de potencial existente entre qualquer fase e o neutro. Pág. 39 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 4.3 Tipos de redes trifásicas de baixa tensão Figura 27 Figura 28 4.4 Circuitos Trifásicos Pág. 40 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 5. SIMBOLOGIA A fim de facilitar a elaboração de desenhos e projetos elétricos, são utilizados símbolos gráficos para a identificação dos diversos pontos de utilização abaixo relacionados. Pág. 41 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Pág. 42 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Pág. 43 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Pág. 44 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Pág. 45 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 6. ILUMINAÇÃO A melhor maneira de iluminar um local é aproveitar a luz natural emanada do sol. Isto, entretanto, nem sempre é possível, uma vez que existem a noite e os lugares em que a luz solar chega em quantidade insuficiente. Por este motivo, utiliza-se a iluminação artificial, que devem aproximar-se o mais possível da iluminação natural, sendo as lâmpadas elétricas as de melhor qualidade. 6.1 Iluminação incandescente Esta iluminação é resultante do aquecimento de um fio, pela passagem de corrente elétrica, até a incandescência. As lâmpadas incandescentes comuns, são compostas de um bulbo de vidro incolor ou leitoso, de uma base de cobre ou outras ligas, e de um conjunto de peças que contém o filamento, que é o mais importante. Os filamentos das primeiras lâmpadas eram de carvão, mas atualmente são de tungstênio, que tem um ponto de fusão de aproximadamente 3400°C. Esta temperatura não é atingida nem pela lâmpada a 1500 W (2700°C). No interior do bulbo de vidro das lâmpadas incandescentes usuais é feito o vácuo, isto é, a retirada de todo o oxigênio, a fim de que o filamento não se queime, já que o oxigênio alimenta a combustão. Também se usa substituir o oxigênio no interior da lâmpada por um gás inerte. (Nitrogênio e argônio) Figura 29 – Lâmpada incandescente Pág. 46 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 6.2 Iluminação fluorescente Esta iluminação é realizada por uma lâmpada fluorescente que utiliza a descarga elétrica através de um gás para produzir energia luminosa. Consiste em um bulbo cilíndrico de vidro, que tem em suas extremidades, eletrodos metálicos de tungstênio, por onde circula corrente elétrica. Em seu interior existe vapor de mercúrio ou argônio à baixa pressão. As paredes internas do tubo são pintadas com materiais fluorescentes, conhecidos por cristais de fósforo (Phosphor). Figura 30 Lâmpada fluorescente 6.2.1 Ligação de lâmpadas fluorescentes Na prática, denomina-se lâmpada fluorescente, um conjunto composto de lâmpada propriamente dita, reator, suporte e calha, se for de partida rápida. O tipo convencional ainda é composto por um starter. Para ligar este conjunto à rede, é necessária a interligação de seus componentes. Esta operação só será possível mediante a leitura do esquema de ligação afixado no reator, que varia conforme o tipo de reator e seu respectivo fabricante. Alguns exemplos de esquemas de ligação de reatores. Ligação de reator simples, tipo convencional Figura 31 Pág. 47 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Figura 32 Ligação de reator simples tipo partida rápida Figura 33 Ligação de reator duplo, tipo partida rápida 6.3 Iluminações vapor – mercúrio 6.3.1 Funcionamento Nas extremidades do tubo de carga estão colocados dois eletrodos, sobre as quais se aplica uma tensão, ocasionando entre eles a passagem de partículas eletricamente carregadas (elétrons). Estas partículas procedentes dos eletrodos colidem com os átomos do vapor ou gás em suspensão dentro do tubo de descarga, produzindo, temporariamente, um desequilíbrio na composição destes átomos: seus elétrons deslocam-se para níveis energéticos superiores. Como a tendência dos elétrons é voltar para suas órbitas originais, ao fazê-lo, desprendem energia em forma de radiações ultravioleta. Para aumentar a eficiência da luz emitida, reveste-se o bulbo com uma camada de pó, que irá converter a radiação ultravioleta invisível em luz visível. Pág. 48 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  6.3.2 Constituição Figura 34 6.4 APLICAÇÃO DE ILUMINAÇÃO 6.4.1 Incandescente para iluminação geral Usada em locais em que se deseja a luz dirigida, portátil e com flexibilidade de escolha de diversos ângulos de abertura de facho intenso. As lâmpadas incandescentes comuns podem ser usadas em luminárias com lâmpadas do tipo refletoras. Em residências são utilizadas na iluminação geral de ambientes ou quando se deseje efeitos especiais. Seu uso não é indicado em lojas, onde se visa destacar mercadorias ou iluminação geral. Nas indústrias são usadas na iluminação geral suplementar de máquinas de produção, em locais com problemas de vibração (lâmpadas para serviço pesado) ou, ainda, em estufas de secagem (lâmpadas infravermelhas). 6.4.2 Fluorescente Por seu ótimo desempenho, as lâmpadas fluorescentes são mais indicadas para a iluminação de interiores, como escritórios, lojas e indústrias, tendo espectros luminosos indicados para cada aplicação. São lâmpadas que não permitem o destaque perfeito das cores, porém, se for utilizada a lâmpada branca fria ou morna, é possível a razoável visualização do espectro cores. Nas residências costuma-se utilizá-las em cozinhas, banheiros, garagens e outras dependências. Pág. 49 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” Dentre as lâmpadas fluorescentes, a do tipo HO (high output) tem grande aplicação em escritórios, mercados e lojas por sua alta eficácia. É indicada por razões de economia, pois sua eficiência luminosa é muita elevada. 6.4.3 Luz mista Embora sua eficácia seja inferior à da lâmpada fluorescente, é superior á da incandescente. Em geral é usada quando se deseja melhorar o rendimento da iluminação incandescente, pois não necessita de equipamentos auxiliares; basta coloca-la no lugar da incandescente, porém exige que a tensão da rede seja de 220 volts. A luz mista é utilizada na iluminação de interiores, como indústria, galpões, postos de gasolina e iluminação externa. 6.4.4 Vapor de mercúrio As lâmpadas de vapor de mercúrio são empregadas em interiores de grandes proporções, em vias públicas e áreas externas. Pela sua vida longa, e alta eficiência, têm bom emprego em galpões de grande pé direito, onde é elevado o custo de substituição de lâmpadas e reatores. Quando se necessita melhor destaque de cores, as lâmpadas devem ser usadas com feixe corrigido. 6.4.5 Vapor de sódio de alta pressão As lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão apresentam melhor eficiência luminosa: para o mesmo nível de iluminamento pode-se economizar mais energia do que em qualquer outro tipo de lâmpada. Devido às radiações de banda quente, estas lâmpadas apresentam o aspecto de luz branco- dourada, porém, permitem a visualização de todas as cores porque reproduzem todo o espectro. São utilizadas na iluminação de ruas, áreas externas e indústrias cobertas. Vida útil em horas Pág. 50 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 7. ESQUEMAS DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS A representação de uma instalação elétrica por meio de símbolos gráficos que informam sobre o funcionamento dos circuitos de corrente elétrica e a interligação dos condutores e elementos, é conhecida como diagrama elétrico. 7.1 Interruptor simples e lâmpada incandescente O interruptor simples é um dispositivo elétrico que apresenta duas posições: ligado e desligado. Na posição ligado, lâmpada acesa; na posição desligado, lâmpada desligada. O interruptor simples pode comandar uma ou mais lâmpadas ao mesmo tempo. Figura 35 7.2 Interruptor duplo ou de duas seções e lâmpada incandescente O interruptor duplo é um dispositivo elétrico que se caracteriza por apresentar dois interruptores simples acoplados lados a lado. É utilizado para comandar dois pontos de luz independentes um do outro. Figura 36 Pág. 51 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 7.3 DISJUNTORES TERMOMAGNÉTICOS Disjuntores termomagnéticos são dispositivos de manobra e proteção, com capacidade de ligação e interrupção sob condições anormais do circuito. São dotados de um relé termomagnético: - Térmico: desarma o disjuntor por sobrecarga - Magnético: desarma o disjuntor por curto –circuito Quando montados em quadro de distribuição, os disjuntores devem conduzir somente 80% da sua capacidade. Figura 37 7.4 INTERRUPTOR DE PRESSÃO E CIGARRA O interruptor de pressão e a cigarra são ligados como interruptores simples, comandando uma lâmpada, que vai funcionar somente enquanto o interruptor de pressão estiver acionado. A incandescente. No lugar do interruptor simples, usa-se um interruptor de pressão, em vez de lâmpada incandescente. A cigarra, que vai funcionar somente enquanto o interruptor de pressão estiver acionado. Figura 38 Pág. 52 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 7.5 INTERRUPTOR PARALELO (HOTEL) E LÂMPADA INCANDESCENTE O interruptor paralelo (hotel) e a lâmpada incandescente caracterizam-se por ter a capacidade de ligar e desligar uma ou mais lâmpadas de dois pontos diferentes. São utilizados em escadas, corredores e dependências, por necessidade ou comodidade. Figura 39 7.6 INTERRUPTOR INTERMEDIÁRIO E PARALELO (HOTEL) COM LÂMPADA INCANDESCENTE Quando se quer comandar uma ou um grupo de lâmpadas de três ou mais pontos diferentes, é necessário acrescentar, além dos dois interruptores paralelos (hotel), um ou mais interruptores intermediários, conforme a necessidade. É usado em escadas, corredores e dependências, por necessidade ou comodidade. Figura 40 Representação esquemática das duas posições do interruptor intermediário Pág. 53 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 7.7 Fotointerruptor e lâmpada incandescente Este é um interruptor automático, constituído de um circuito eletrônico, que possui a propriedade de ligar uma carga quando anoitece e desliga-la quando amanhece. É largamente utilizado no comando de iluminação pública e de pátios por dispensar a operação manual de ligar e desligar. Características – os modelos projetados para redes de 110 V funcionam dentro dos limites de 60 a 140 V. Nos limites de 220 V, a tensão pode variar entre 160 e 240 V. São projetados para redes de 50 / 60 Hz, e os contatos do relé podem comandar cargas resistivas de até 10 A. Para cargas de maior intensidade de corrente, utiliza- se um contador, que fica comandado pelo fotointerruptor. Figura 41 Observação: Na instalação do fotointerruptor acionado pela luz solar, o elemento fotossensível deve ficar voltado para a nascente do sol, para desligar tão logo o dia comece a clarear. Pág. 54 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” Exercício 1 Comando de uma lâmpada incandescente através de um interruptor simples ESQUEMA MULTIFILAR 1~+N 127 ou 220V F N Lâmpada incandescente Interruptor simples ESQUEMA UNIFILAR Pág. 55 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” Exercício 2 Comando de uma lâmpada incandescente através de um interruptor simples mais uma tomada monofásica. ESQUEMA MULTIFILAR 1~+N 127 ou 220V F N Lâmpada incandescente Interruptor Tomada simples monofásica ESQUEMA UNIFILAR Pág. 56 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Exercício 3 Comando de duas lâmpadas incandescentes através de um interruptor duplo (duas teclas) ESQUEMA MULTIFILAR 1~+N 127 ou 220V F N Lâmpadas incandescentes Interruptor duplo ESQUEMA UNIFILAR Pág. 57 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” Exercício 4 Comando de duas lâmpadas incandescentes através de um interruptor duplo (duas teclas) com tomada monofásica. ESQUEMA MULTIFILAR 1~+N 127 ou 220V F N Interruptor duplo Lâmpadas Tomada incandescentes monofásica ESQUEMA UNIFILAR Pág. 58 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Exercício 5 Comando de uma cigarra através de um interruptor de pressão ESQUEMA MULTIFILAR 1~+N 127 ou 220V F N Cigarra Interruptor de pressão ESQUEMA UNIFILAR Pág. 59 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” Exercício 6 Comando de uma lâmpada incandescente através de dois interruptores hotel. ESQUEMA MULTIFILAR 1~+N 127 ou 220V F N Lâmpada incandescente Interruptor Interruptor hotel hotel ESQUEMA UNIFILAR Pág. 60 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Exercício 7 Comando de uma lâmpada incandescente através de dois interruptores hotel e um intermediário. ESQUEMA MULTIFILAR 1~+N 127 ou 220V F N Lâmpada incandescente Interruptor interruptor Interruptor hotel intermediário hotel ESQUEMA UNIFILAR Pág. 61 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” Exercício 8 Comando de uma lâmpada incandescente através de dois interruptores de pressão e uma minuteira Pág. 62 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” Exercício 9 Comando de uma lâmpada fluorescente 2x20 watts por um interruptor simples Pág. 63 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” Exercício 10 Comando de uma lâmpada incandescente através de fotointerruptor (fotocélula) ESQUEMA MULTIFILAR 1~+N 127 ou 220V F N Foto interruptor Lâmpada incandescente F NC ESQUEMA UNIFILAR FI Pág. 64 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Exercício 11 Comando de uma lâmpada vapor mercúrio com reator através de fotointerruptor (fotocélula) Pág. 65 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 8. DADOS PARA PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS Para a execução de um projeto de instalações elétricas, são necessários os seguintes requisitos: planta baixa, fins a que se destina a instalação, potência instalada e características da rede elétrica (localização, tensão, frequência). 8.1 Circuito Circuito é o conjunto de consumidores no mesmo par de condutores, ligado ao mesmo dispositivo de comando e proteção (chave ou disjuntor). 8.1.1 Divisões em circuitos Toda a instalação deve ser dividida em vários circuitos, de modo a: - Limitar as consequências de uma falta, que provocará apenas o seccionamento do circuito defeituoso; - Facilitar as verificações, ensaios e manutenção; - Evitar os perigos que podem resultar da falha de um único circuito, como por exemplo, no caso da iluminação. Os circuitos de iluminação devem ser separados dos circuitos das tomadas. Em unidades residenciais, hotéis, motéis ou similares, permitem-se pontos de iluminação e tomadas em um mesmo circuito, exceto nas cozinhas, copas e áreas de serviço, que devem constituir um ou mais circuitos independentes. Devem ser observadas as seguintes restrições em unidades residenciais, hotéis, motéis ou similares: Devem ser previstos circuitos independentes para os aparelhos de potência igual ou superior a 1500 VA (como aquecedores de água, fogões e fornos Elétricos, máquinas de lavar, aparelhos de aquecimento, etc.) ou para aparelho do mesmo tipo através de um só circuito. As proteções dos circuitos de aquecimento, ou condicionadores de ar de uma residência, podem ser agrupadas no quadro de distribuição da instalação elétrica ou num quadro separado. Quando um mesmo alimentador abastece vários aparelhos individuais de ar condicionado, deve haver uma proteção para o alimentador geral e junto a cada aparelho, caso este não possua proteção interna própria. Cada circuito deve ter seu próprio condutor neutro. Pág. 66 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” Os circuitos de distribuição devem ser instalados em número nunca inferior a: Em residências, 1 circuito para cada 60 metros quadrados ou fração; Em lojas e escritórios: 1 circuito para cada 50 metros quadrados ou fração. De acordo com NB-3, a carga de cada circuito não pode ultrapassar 1200 watts nas distribuições de 100 a 1 30 volts e 2200 watts nas de 200 a 250 volts. 8.1.2 Tomadas de corrente De acordo com NBR-5410, nas residências e acomodações de hotéis, motéis e similares devem ser previstas tomadas de corrente co a seguinte exigência mínima: Uma tomada para cada cômodo ou dependência de área igual ou inferior a 6m²; Uma tomada para cada 5m (ou fração) de perímetro de cômodos ou dependências de área superior a 6m², espaçadas tão uniformemente quanto possível, exceto em banheiros, onde deve ser obrigatoriamente prevista apenas uma tomada perto da pia. Uma tomada a cada 3,5m (ou fração) de perímetro em cozinhas, copas ou copa-cozinha, sendo que deve ser prevista pelo menos uma tomada acima de cada bancada com largura igual ou superior a 30 cm; Uma tomada em subsolos, sótãos, garagens e varandas. As tomadas para utilização específica devem ser instaladas, no máximo, a 1,5 m do local previsto para o aparelho. Devem ser distribuídas, no mínimo, as seguintes cargas para tomadas de corrente: Para utilização específica: a carga nominal de utilização; Para copas, cozinhas, copa-cozinha e áreas de serviço: 600 VA por tomada, até 3 tomadas e 100 VA por tomada para os excedentes; Para utilização geral: 100 VA Pág. 67 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Tabela 2- Secção de condutores / máxima corrente Tabela 4 - Potência média de aparelhos eletrodomésticos Tabela 3 – corrente / disjuntor / condutor Nota: Na falta das potências nominais de placa dos aparelhos, estes devem ser os valores mínimos a serem considerados. Pág. 68 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 8.2 NBR – 5410 – INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENSÃO Anotações referentes aos tópicos mais significativos: 8.2.1 Iluminação Em residências, hotéis, motéis e similares, deve ser previsto pelo menos um ponto de iluminação no teto, com potência mínima de 100 VA, comandado por interruptor de parede. Nas unidades residenciais, como alternativa para a determinação das cargas de iluminação, pode ser adotado o seguinte critério: Em cômodos ou dependências com área maior que 6m², deve ser prevista carga mínima de 100 VA; Em cômodos ou dependências com área maior que 6m², deve ser prevista carga mínima de 100 VA para os primeiros 6m², acrescidas de 60 VA para cada aumento de 4m² inteiros de área; Obs: estas potências são para efeito de dimensionamento dos circuitos e não necessariamente a potência nominal das lâmpadas. 8.2.2 Tomadas Em residências, hotéis, motéis e similares, deve ser previsto: Banheiros: pelo menos uma tomada junto ao lavatório (no volume 3); Cozinhas, copas-cozinhas, copas, área de serviço e locais análogos: pelo menos uma tomada para cada 3,5m ou fração de perímetro, sendo que, acima de bancadas com largura igual ou superior a 0,30m, deve ser prevista pelo menos uma tomada. Nos subsolos, garagens, sótão, halls de escadas e em varandas, deve ser prevista pelo menos uma tomada. No caso de varandas, quando não for possível a instalação da tomada no próprio local, esta deverá ser instalada próximo ao seu acesso. Nos demais cômodos e dependências, se a área for igual ou menor que 6m², pelo menos uma tomada; se a área for superior a 6m², pelo menos uma tomada para cada 5m ou fração de perímetro, espaçadas o mais uniforme possível. Pág. 69 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 8.2.3 Potências a serem atribuídas 8.2.3.1 As tomadas de uso geral (TUG) – em residências deve ser previsto: Banheiros, cozinhas, copas-cozinhas, copas, área de serviço, lavanderias e locais análogos, no mínimo 600 VA por tomadas e até 3 tomadas; !00 VA por tomada para os excedentes, considerando cada um dos ambientes separadamente. Nos demais cômodos ou dependências, no mínimo 100 VA por tomada. 8.2.3.2 As tomadas de uso específico (Especial – TUE) Deve ser atribuída a potência nominal do equipamento a ser alimentado. As TUE devem ser instaladas à no máximo 1,5 m do local previsto para o equipamento. 8.2.4 Seção mínima dos condutores Instalações fixas com cabos isolados: Circuitos de iluminação: fio de cobre # 1,5 mm²; fio de alumínio # 6mm² Circuitos de força: fio de cobre # 2,5 mm²; fio de alumínio # 16mm² Circuitos de sinalização e controle: fio de cobre # 0,5mm² 8.2.5 Limites de queda de tensão Em instalações alimentadas diretamente por um ramal de baixa tensão (BT) a partir de uma rede de distribuição pública de BT: Iluminação = 4% outros usos = 4% Em instalações alimentadas diretamente por uma Subestação transformadora: Iluminação = 7% outros usos = 7% Em instalações que possuírem fonte própria (geradores) Iluminação = 7% outros usos = 7% Pág. 70 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 8.2.6 Documentação da instalação A instalação deverá ser executada a partir de projeto específico, que deverá conter, no mínimo: Plantas Esquemas (unifilares e outros que se façam necessários) Detalhes de montagem, quando necessário Memorial descritivo Especificação dos componentes: descrição sucinta do componente, características nominais e norma (s) a que devam atender. *Para locais utilizados por pessoas comuns (inadvertidas), onde não haja a presença permanente de pessoal suficientemente informado ou supervisionado por pessoas qualificadas, de modo a lhes permitir evitar os perigos que a eletricidade pode apresentar (pessoal de manutenção e/ou operação, bem como engenheiros ou técnico) deverá ser elaborado um manual do usuário, que contenha no mínimo, em linguagem acessível os seguintes elementos: Esquemas dos quadros de distribuição com indicação e finalidade dos circuitos terminais e dos pontos alimentados; Potências máximas previstas nos eventuais circuitos terminais de reserva; Recomendações explícitas, ou seja, para que não sejam trocados por tipos com características diferentes os dispositivos de proteção existentes no (s) quadro (s). Obs.: são exemplos destes locais, as unidades residenciais, pequenos estabelecimentos comerciais, etc. 8.2.7 Capacidade de reserva Em função da ocupação do local e da distribuição de circuitos efetuada, deve-se prever a possibilidade de ampliações futuras com a utilização de circuitos terminais futuros. Tal necessidade, deverá se refletir ainda, na taxa de ocupação dos condutos elétricos (eletrodutos) e quadros de distribuição (QD’s). Até 06 circuitos = espaço para 02 circuitos (mínimo); De 07 a 12 circuitos = espaço para 03 circuitos (mínimo); De 13 a 30 circuitos = espaço para 04 circuitos (mínimo) Acima de 30 circuitos = espaço para 15% de circuitos (mínimo). Pág. 71 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor”  Obs.: a capacidade de reserva deverá se refletir em toda a instalação a Montante. 8.2.8 Proteção complementar por dispositivo de proteção a corrente diferencial residual (Dispositivos DR). Qualquer que seja o esquema de aterramento, deve ser objeto de proteção complementar contra contatos diretos por dispositivos, a corrente diferencial – Residual (dispositivos DR) de alta sensibilidade, isto é, com corrente diferencial - Residual igual ou inferior a 30mA: Os circuitos que sirvam a pontos situados em locais que contenham banheira ou chuveiro (com resistência blindada). Os circuitos que alimentam tomadas de corrente situadas em áreas externas à edificação; Os circuitos de tomadas de corrente situados no interior da edificação que possam vir a alimentar equipamentos no exterior; Circuitos de tomadas de corrente de cozinhas, copas – cozinhas, lavanderias, áreas de serviço, garagens e, no geral, de todo local interno, molhado em uso normal ou sujeito a lavagens. NOTAS: Excluem-se, na alínea (A), os circuitos que alimentam aparelhos de iluminação posicionados a uma altura igual ou superior a 2,5 m. Podem ser excluídas da alínea (D), as tomadas de corrente claramente destinadas a refrigeradores e congeladores, e que não fiquem diretamente acessíveis. A proteção dos circuitos pode ser realizada individualmente ou em grupos de circuitos. 8.2.9 Quadros de distribuição Instalar em local de fácil acesso; Grau de proteção adequado; Identificação externa; Identificação dos componentes. Pág. 72 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” Símbolo / Componente / Exemplo Pág. 73 Docente. José Carlos de A. Bastos Filho “Proibido a reprodução sem autorização do autor” 8.4 LEITURA E INTERPRETAÇÃO DE PLANTA ELÉTRICA 1º PAVIMENTO 3 1 1 3 Dormitório 1 3B Dormitório 3 1F 3-2x4 3 1 3 3 3 1 1 3 Dormitório 3C 1 1-2x4 2-2x6 3-2x4 4-2x6 5-2x6 2/5000W 3 1 3 2-2x6 2-2x6 1-2x4 1C 1D 3 5-2x6 BWC 3-2x4 QD-1 3 3-2x4 1 5-2x6 4-2x6 3C 5-2x6 1-2x4 1 1 serviço 1 3 3 1 1A 3 3-2x4 4/600W 4-2x6 2