FIRJAN CIRJ SESI SENAI IEL

Elementos de Eletrotcnica Aplicada a Instalao Eletrica O 2002 SENAI Rio de Janeiro Diretoria de Educao

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FICHA TCNICA

Gerizcia de Ed~tcaiio Profisioi~al SEAC4I-RJ Gerncia de Produto Produo Editorial Pesquisa de Coiztedo e Reduo Reviso Pedaggica Reviso Granzatical e Editorial Reiliso Tscnica

Lus Roberto Arruda Carlos Bernardo Ribeiro Schlaepfer Vera Regina Costa Abreu Antonio Gomes de Mel10 Izabel Maria de Freitas Sodr Izabel Maria de Freitas Sodr Antonio Gomes de Mello Angela Elizabeth Denecke g-ds design Emerson Gonalves

PI-ojetoGrajico Editorao Eletrizica

Edio revista e ampliada do material Elementos de Eletrotcnica Aplicada a Instalaao Eltrica Material para fins didticos Propriedade do SENAI-RJ Reproduo total ou parcial, sob expressa autorizao

SENAI-RJGEP-Gerizcin de EdtfcnSo Profissiorznl

Rua Mari; e Barros, 678 - Tijtlca 20270-002 -Rio de Jai~eiro-RJ Tel.: (0~x21) 2587-1121 Fax: (Oxx21) 7254-2884 ii~ivii? 1j.seizai.br

Uma palavra inicial . Introduo

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.............

1.Matria e substncia .

.... ............

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Molculas e tomos . . . . . . . Prtons. nutrons e eltrons . . . . . Equilbrio de cargas eltricas . . Medida da tenso eltrica . . . Corrente eltrica . . . . . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . 20 . . . 20

. . . . . . . . . . . . . . . 21 . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.Grandezas eltricas

..

............

27

Tenso e corrente eltrica . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Amperimetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Voltimetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Sistema de medida da diferena de potencial . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Condutncia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 . . . . . . . . 37 Resistncia . . . Ohmmetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.Condutores. resistores e isolantesResistncia especfica (resistividade). Coeficiente de temperatura . . . . . .

.........

45

. . . . . . . .

. . . . 48. . . 50

4.Circuito eltrico

.................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

53. 56 . 57 . 58

Componentes do circuito Lei de Ohm . . . . . . . Circuito em srie . . . . Circuito em paralelo . . .

. 59

Resistncia equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Ligao em srie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60Ligao em paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Ligao mista .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

5.Potncia em corrente contnua

...........

65

Sistema de medida da potncia eltrica . . . . . . . . . . . . . 68 Clculo da potncia eltrica em corrente contnua . . . . . . . . 69 Clculo da potncia sendo conhecido o valor da resistncia . . . 69 Clculo da potncia sem valor de E . . . . . . . . . . . . . . . 70

6.Potncia mecnica . 7.Energia eltrica .

..................................

73 77 83

...................

8.jms e magnetismo

Campo magntico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Elefromagnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Histerese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

9.Induo eletromagntica . . . . . . . . . . . . . . 95 Lei de Lenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98Lei de Faraday . . . . . . . . . . Fora eletromotriz induzida . . . . Auto.induo . . . . . . . . . . . . . . Corrente de Foucault . . . . . . . Corrente alternada . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . 99 . . . . . . . . . . . . . . . I00. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 . . . . . . . . . . . . . . . 703 . . . . . . . . . . . . . . . 704. . . . V

1O.Resistncia. indutncia e capacitncia

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??.Defasagementre a tenso e a corrente .

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113

Reatncia indutiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 . 117 Reatncia capacitiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Impedncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 . 121 Corrente e tenso nos circuitos de CA . . . . . . . .

72.Fator de potncia

......

Potncia no circuito de CA

73.Circuito trifsicos . . . . . . Circuito estrela (Y) . . . . . . . . Circuito tringulo ou delta (A) . . . Potncia nos circuitos trifsicos . .

.

15.Transporte de energia eltrica . Bibliografia

.......

.........

lavraMeio ambiente ... Sade e segurana i10 trabalho. O que que ns temos a ver com isso? Antes de iniciarinos o estudo deste material, li dois pontos que merecem destaque: a relao entre o processo produtivo e o meio ambiente; e a questo da sade e segurana no trabalho. As indstrias e os negcios so a base da economia moderna. No s produzem os bens e servios necessrios, como do acesso a emprego e renda. Mas para atender a essas necessidades, precisam usar recursos e matrias-primas. Os impactos no meio ambiente muito frequentemente decorrem do tipo de indstria existente no local, do que ela produz e, principalmente, de conzo produz.

preciso entender que todas as atividades l~umanastrailsfoimam o ambiente. Estamos sempre retirando materiais da natureza, transfoinlando-os e depois jogando o que "sobra" de volta ao anlbiente natural. Ao retirar do meio ambiente os materiais necessrios para produzir bens, altera-se o equilbrio dos ecossistemas e arrisca-se ao esgotamento de diversos recursos naturais que no so renovveis ou, quando o so, tm sua reilovao prejudicada pela velocidade da extrao, superior i capacidade da natureza para se recompor. E necessrio fazer planos de curto e longo prazo, para diminuir os inipactos que o processo produtivo causa na natureza. Alm disso, as indstrias precisam se preocupar com a recomposio da paisagem e ter em mente a sade dos seus trabalhadores e da populao que vive ao seu redoi-.

Coin o crescimento da iiidustiializao e a sua coiicentrao em detenninadas reas, o problema da poluio aumentou e se intensificou. Em relao ao ar e gua, a questo bastante complexa, pois as emisses polueiites se espalliaiii de um poiito fixo para unla grande regio, depeiideiido dos veiltos, do curso da gua e das demais coiidies aiilbientais, tornando dificil localizar- com preciso, a origem do problema. No entanto, iniportante repetir que, ao depositarem os residuos no solo, ao lanarem efluentes sem tratamento eiii rios, lagoas e demais corpos lidricos, as indstrias causam danos ao meio ambiente.O uso indiscrimiiiado dos recursos naturais e a coiltiiua acuiii~ilaode lixo mostrain a falha bsica de nosso sistema produtivo: ele opera em linha reta. Extraem-se as matrias-primas atravs de processos de produo desperdiadores e que produzem subprodutos txicos. Fabricam-se produtos de utilidade limitada que, finalmente, vira111 lixo, o qual se acumula nos aterros. Produzir, consumir e dispensar bens desta forma, obviamente, no sustentvel.

Enquanto os resduos naturais (que no podem, proprianiente, ser clia~nados de "lixo") so absorvidos e reaproveitados pela natureza, a maioria dos resduos deixados pelas indstrias no tem aproveitai~ieiito para qualquer espcie de organismo vivo e, para alguns, pode at ser fatal. O meio ambiente pode absorver residuos, redistribu-10s e transfomi-10s. Mas, da mesma forma que a Terra possui uma capacidade limitada de produzir recursos ienovveis, sua capacidade de receber residuos tambm restrita, e a de receber resduos txicos praticamente no existe. Gaill~a fora, atualmente, a idia de que as empresas devem ter procedimentos ticos que considerem a preservao do ainbiente como unia parte de sua inisso. Isto quer dizer que se devem adotar prticas que incluanl tal preocupao, introduzindo processos que reduzam o uso de matrias-primas e energia, diminuam os residuos e impeam a poluio. Cada indstria tem suas prprias caractersticas. Mas j sabemos que a conservao de recursos inlportaiite. Deve haver crescente preocupao com a qualidade, durabilidade, possibilidade de conserto e vida til dos produtos. As eilipresas precisam no s continuar reduzindo a poluio, mas tainbin buscar novas foimas de economizar energia, melhorar os efluentes, reduzir a poluio, o lixo, o uso de matrias-primas. Reciclar e conservar energia so atitudes essenciais no mundo conte~nporiieo.

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difcil ter uma viso nica que seja til para todas as empresas. Cadaunia enfrenta desafios diferentes e pode beneficiar-se de sua prpria viso de futuro. Ao olhar para o futuro, ns (o pblico, as empresas, as cidades e as naes) podemos decidir que alteinativas so mais desejveis e trabalhar com elas.Entretanto, verdade que tanto os indivduos quanto as instituies s mudaro as suas prticas quando acreditarem que seu novo conlportanlento Ilies trar beiieficios - sejam estes financeiros, para sua reputao ou para sua segurana. A mudana nos hbitos no uma coisa que possa ser iinposta. Deve ser u~na escolha de pessoas bem informadas a favor de bens e servios sustentveis. A tarefa criar condies que inelliorem a capacidade de as pessoas escollierem, usarem e disporem de bens e servios de forma sustentvel. Alm dos impactos causados na natureza, diversos so os maleficios sade humaiia provocados pela poluio do ar, dos rios e mares, assim como so inerentes aos processos produtivos alguns riscos sade e segurana do trabalhador. Atualmente, acidente do trabalho unia questo que preocupa os empregadores, empregados e governantes, e as conseqncias acabam afetaiido a todos. De um lado, necessrio que os trabalhadores adotem uin comportamento seguro no trabalho, usando os equipanientos de proteo individual e coletiva; de outro, cabe aos enipregadores prover a empresa coin esses equipamentos, orientar quanto ao seu uso, fiscalizar as condies da cadeia produtiva e a adequao dos equipamentos de proteo. A reduo do n~nerode acidentes s ser possvel medida que cada uin - trabalhador, patro e governo - assuma, em todas as situaes, atitudes preventivas, capazes de resguardar a segurana de todos. Deve-se considerar, tambm, que cada indstria possui um sistema produtivo prprio, e, portanto, necessrio analis-lo em sua especificidade, para deteiminar seu impacto sobre o meio anibiente, sobre a sade e os riscos que o sistema oferece segurana dos trabalhadores, propondo alternativas que possam levar melhoria de condies de vida para todos. Da conscientizao, pai-timos para a ao: cresce, cada vez mais, o nmero acerca desses de pases, empresas e indivduos que, j estando co~iscientizados fatos, vm desenvolvendo aes que coiltribuem para proteger o meio anibiente e cuidar da nossa sade. Mas, isso ainda no suficiente... Faz-se preciso ainpliar tais aes, e a educao uni valioso recurso que pode e deve ser usadoSENAI-RJ

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em tal direo. Assiii~, iniciamos este material conversando com voc sobre o meio ambiente, sade e segurana no traballio, lembrando que, no seu exercicio profissional dirio, voc deve agir de foima ha~~noniosa o ambientei com zelando tanlbn~ pela segurana e sade de todos no trabalho. Tente responder pergunta que inicia este texto: ineio ambiente, a sade e a segurana no trabalho - o que que eu tenlio a ver com isso? Depois, partir para a ao. Cada um de ns responsvel. Vainos fazer a nossa parte?

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IntroduaoN

A Iiistiia da eletricidade comea com uina descoberta do filsofo e sbio grego Thales de Mileto, no sculo VI antes de Cristo. Ele ilotou que o mbar (resina fssil, slida mas frgil, proveniente de um pinheiro da poca terciria), ao ser atritado (esfregado) com u i l ~ tecido qualquer ou com a pele de u n ~ aiiimal, adquiria a propriedade de atrair pequenos fragmentos de palha, pedaciiihos de folhas secas, fios de cabelo e outros objetos leves. Foi assim, a partir de uina observao to simples e aparentemente iiisignificante, que teve incio o estudo do conjunto de fenmenos naturais que eilvolvem a existncia de cargas eltiicas estacionrias ou em movimento, fenmenos esses to presentes na nossa vida diria e ligados ao desenvol~~imentoao progresso: a e eletricidade. Entretanto as observaes sistemticas de fenmenos eltricos s comearam a ser feitas cerca de 2000 anos mais tarde, quando se destacam os trabalhos de W. Gilbert. Este mdico ingls observou, em seus estudos, o coinpoi-tamento de vrios outros corpos que, ao serem atritados, atraiam outros, como ocorria com o mbar, com a diferena de que essa atrao se manifestava sobre qualquer corpo, mesmo que no fosse leve. Hoje, dentro do mbito do conheciinento cientfico, encoi~tra-sea Eletrotciiica, cincia que estuda as leis que regem a eletricidade, bein como os processos tcnicos a empregar para produzi-la, transport-la e utiliz-la, com a maior vantagem. Este curso vai oferecer-lhe coiiliecimentos bsicos iiecessarios ao seu trabalho em instalaes eltricas. Procure tirar o maior proveito deste material. Teill~a sucesso!

Matria tudo que existe no uiliverso, ou seja, tudo o que tem massa e ocupa lugar no espao.

A madeira, o vidro, a gua so exemplos de matria. No entanto, podemos perceber diferenas nessas matrias:- o vidro transparente, a madeira no. - a gua no tem foinla prpria.Uma poro limitada de matria constitui um corpo. Os corpos so formados por tipos particulares de matria: as substncias. Assim, a diferena entre o vidro, a madeira e a gua ocorre porque cada tipo particular de matria uma substncia com caractersticas prprias.

Algumas pessoas tm dificuldades com o conceito de MASSA, porque, no uso corrente, esta palavra pode significar um tamanho fsico grande ("a massa de gua" de uma onda do mar) ou mesmo nmeros grandes (a massa de pessoas" presentes a um comcio). No uso cientfico, porem, a massa de u m objeto e uma medida direta da quantidade de matria desse objeto. Assim: um ovo de galinha tem mais massa que um ovo de codorna.O grama uma unidade de massa, no de peso.

Peso a fora de atrao gravitacional entre o objeto e a Terra. Assim, o peso de um objeto e maior no Plo Norte ou no Sul do que no equador terrestre, porque como

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a Terra e ligeiramente achatada nos plos, estes so mais prximos do centro da Terra que qualquer ponto do equador. Se no h fora de gravidade, o peso de um corpo e nulo, apesar de sua massa permanecer inalterada. Mais uma curiosidade: em portugus, o verbo pesar tanto pode significar determinar massa. como determinar peso.

Molculas e tomosMolcula a menor parte de unla substncia. As molculas so partes to pequenas, que no podem ser vistas inesnlo com o auxlio dos inicroscpios. Por exeinplo: uma inolcula de gua a menor quantidade de gua que pode existir. Ainda assim, cada molcula coiistituida de tornos.

O que caracteriza u n a molcula o tipo de tomo que a coilstitui, a quantidade deles, e o modo como so combinados para constm-Ia.Atualinente so conhecidos 103 tipos diferente de atoinos. Cada tipo recebeu um noine e tem caractersticas prprias.

Prtons, nutrons e eltronsDurante muito teinpo se acreditou que o tomo fosse a meilor parte da matria. Tailto assim que o seu prprio nome (do grego a = sem e tomo = dividir) significa "o que no se pode dividir". Atualinente, sabe-se que o to~ilose conipe de prtons, nutrons e eltrons. A estrutura do atonlo consiste em um ncleo central, foimado por dois tipos de partculas siiilples e iiidivisveis: os prtons e os nutrons. OS prtons tm carga eltrica positiva, e os nutrons no tm carga.

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Em volta desse ncleo gira umnmero varivel de partculas de carga eltrica negativa - os eltrons -que realizam millies de rotaes por segundo. prtons atrai os elementos negativos, impedindo que eles saiam de suas rbitas.-

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O ncleo positivo

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O hidrognio e o nico elemento que tem apenas um prton no ncleo e um eltron

em rbita.

Equilbrio de cargas e eltricasE importante saber que, ein condies normais, o nmero de eltronsein tomo de um ncleo sempre igual ao nmero de prtons desse ncleo, havendo, portanto, equilbrio de cargas eltricas.

possvel, porm, retirar ou acrescentar eltrons aos tomos de uin corpo. Quando isso acontece, passa a existir uma diferena de cargas eltricas no ton1o.SENAI - RJ

Dizemos, ento, qne o tomo est eletrizado ou ionizado. Quando um tomo perde ou recebe eltrons, transforma-se um on. Se ficar com falta de eltrons, ser um ion positivo ou cation. Se ficar com excesso de eltroils, ser um ion negativo ou nion. vejamos os seguintes exemplos: Para esclarecin~ento, Uin tomo de ferro tem 26 prtons e 26 eltrons. Se perder 3 eltrons, ficar com 26 prtons (carga positiva) e 23 eltrons ( carga negativa) e ser on positivo ou ction. Se o tomo de f e i ~ o receber 3 eltrons, ficar com 26 prtons (carga positiva) e 29 eltrons (carga negativa) e ser on negativo ou nion.

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H vrios processos para desequilibrar as cargas eltricas dos tomos de um corpo, criando uma diferena de potencial cuja tenso eltrica ser tanto maior quanto maior for a diferena das cargas. No decorrer do curso, analisaremos os processos industriais. Porm, estudemos agora o primeiro processo de que se tem notcia: o de eletrizao por frico.Sabe-se que, quando um corpo friccionado com outro, ambos adquirem cargas eltricas. Podemos constatar esse processo, fazelido a experincia que se segue: a - corta-se papel fino em partculas do menor tamanho possvel.b - fricciona-se o lado de um pente num pedao de flanela, seda ou l, sempre no mesmo sentido.

c - aproxima-se o pente das partculas de papel. Concluso: As partculas de papel so atradas pelo pente.

0 s avies e as espaonaves em movimento adquirem grande quantidade de carga eletrica pelo atrito entre a lataria e o ar atmosfrico. Essas cargas vo sendo descarregadas pelas vrias pontas existentes na superficie desses veiculos: o bico, as asas e diversas hastes metlicas colocadas como proteo contra o acumulo de cargas. Esse acmulo poderia fazer explodir o avio, se uma faisca produzida pelo atrito se formasse nas proximidades do tanque de combustivel, incendiando seus vapores.

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Medida da tenso eltricaViinos que, sempre que se nlodifica a estrutura dos tomos de um corpo, este fica eletrizado. Se tivermos dois corpos com cargas eltricas diferentes, haver entre eles uma diferena de potencial (d.d.p.) eltrico.

inlportante, em todos os cainpos de aplicao da eletricidade, sabeinios o valor da tenso da d. d. p. Para isso, existe a unidade de medida chanlada volt, e um instrumento para medi-la, o voltmetro.

Corrente eltricaQuando um tomo est ionizado, sua tendncia voltar ao estado de equilbrio. Evidentemente, um corpo eletrizado tende a perder sua carga, libeitando-se dos eltrons em excesso, ou procurando adquirir os eltrons que lhe faltam. Conclui-se, ento, que basta unir corpos com cargas eltricas diferentes para que se estabelea um flmo de eltrons, que chainamos corrente eltrica. Para se determinar a grandeza (intensidade) de uma corrente eltrica, tomou-se necessrio estabelecer uma unidade-padro. Falar em eltrons que passam por segundo num condutor impraticvel, pois os nmeros envolvidos nos problemas seriam enormes. A fm de se eliininar esse inconveniente, fez-se uso de i uma unidade de carga eltrica - o coulomb ( C )- que corresponde a 6,28 X 1018 eltrons.

A intensidade de corrente eltrica medida ein ampre e corresponde i quantidade de coloumbs que passa por segundo em um condutor.Uina intensidade de 1colournb por segundo equivale a 1ampre.

O instruinento que mede a intensidade de corrente oainpeimetro. Para entender o sentido da corrente eltrica, bom recapitular as condies de cargas eltricas do tomo.

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O

O06 prtons. 4 eltrons: carga positiva

6 prhtons, 8 eitrons: carga negativa

r,,, 1

Como se sabe, os prtons tm carga positiva, e os eltrons, cargas iiegativas. Se o tonio perde eltrons, ficar com carga negativa. Se coilsiderairinos as coildies de carga dos tonios apresentados na figura acima, havendo ligaes entre eles, o tomo B (-) ceder dois eltrons ao tontonloA (+). Logo, o sentido da corrente eltrica da carga negativa (-) para a carga positiva (+). Entretanto, antes de ter alcanado esses conliecimeiitos sobre os tomos, o homem j fazia uso da eletricidade, e sabia que algo se inovimentava produzindo a c o ~ ~ e i leltrica. Por uma questo de interpietao, admitiu que o sente tido da corrente eltrica fosse do positivo (+) para o negativo (-). Para evitarmos dvidas, sempre que considerarmos o sentido da corrente c01110 sendo igual ao dos eltrons, diremos sentido eletrnico e, no caso oposto, sentido convencional ou clssico.

Voc sabe por que durante uma tempestade as nuvens acumulam as cargas necessarias para produzir um raio? Qual a diferena entre raio e relmpago? O que e o trovo? A maneira pela qual uma nuvem acumula a quantidade de cargas eietricas necessrias para produzir um raio um tema que ainda no foi totalmente compreendido. Acredita-se que durante uma tempestade a queda e ascenso de partculas de gelo e goticulas de gua vo atritando as nuvens, formando em cada uma duas sees: uma com cargas eietricas positivas, outra com cargas eltricas negativas. A seo positiva fica sempre mais elevada que a negativa.

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Separadas nestas sees, as cargas eitricas vo se acumulando nas nuvens, at que o ar atmosfrico oferea condies para seu escoamento. Inicialmente, esse escoamento se da entre as duas sees de uma mesma nuvem ou entre uma seo de uma nuvem para a seo oposta de outra nuvem, fenmeno que percebemos como um claro nas nuvens, denominado relmpago. Quase simultaneamente ao relmpago, entre a nuvem mais baixa e a Terra ocorre outra descarga eltrica, em ziguezague, que o raio. isso acontece porque as nuvens mais prximas (cujas cargas negativas esto voltadas para baixo) induzem cargas positivas na superfcie da Terra; assim, nuvem a Terra passam a funcionar como duas sees de cargas opostas, at que a atmosfera propicie a descarga eletrica entre ambas. A temperatura dentro de um raio de cerca de 30.000C e aquecer o ar com tamanha intensidade que este s e expande explosivamente, criando o estrondo do trovo.

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Na realidade, a eletricidade invisvel.

O que percebemos so seus efeitos, como:

calor

choque eletrlco

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Tenso e Corrente elktricaNos fios, existein partculas invisveis chamadas eltmizs livres, que esto em constante movimento de forma desordenada. Para que estes eltrons livres passem a se inovin~entar de forina ordenada, nos fios, necessrio haver uma fora que os empune. A esta fora dado o nome de teizso eltr-ica 0. Esse movirilento ordenado dos eltroils livres nos fios, provocado pela ao da tenso, forina uma corrente de eltrons. Essa corrente de eltrons livres chamada de corrente eltrica (I). Pode-se dizer ento que:Tenso: a fora que impulsiona os eltrons livre nos fios. Sua unidade de medida o volt (V) Corrente eltrica: o movimento ordenado dos eltrons livres nos fios. Sua unidade de medida o an1pr.e (A)

AmpermetroO ampermetro (figura abaixo), um aparelho destinado a realizar medies da intensidade da corrente eltrica em ampre.

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Como a corrente eltrica pode tanlbin ser medida em microainpre, iniliampre ou quiloainpre, temos ainda:

Microarnperrnetro - destinado a realizar medies da amperagem em microampres;

Miliampermetro - destinado a realizar medies da amperagein em milianlpres;,. :...!y&j$pF..\T:.++?:?.

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Quiloampermetro - destiQuiloa nado a realizar medies da amperagem ein quiloampres.

As ilustraes a seguir mostram como se ligam os amperimetros para a medio da intensidade da corrente eltrica. Os ampermetros comuns so ligados aos condutores do circuito:

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O.OZL u Z A W OIoZWW+tNEUTRO,< 011 ..+WFASE S1O ponto comum aos trs elementos chanla-se ~zeutuo.Se, desse ponto, se tira um condutor, temos o corzclzltor tzetltro, que ein geral, ligado 2 terra. .A tenso aplicada a cada elemento (entre condutores de fase e neutro), chamada telzso defase, e a entre dois coildutores de fase, tenso de linha ou entre fases.SENAI - RJ 138A relao entre elas :Circuito tringulo ou delta(A)Neste tipo de circuito, a extremidade final de um elemento ligada i inicial do outro (Fig. l), de modo que os trs fiquem dispostos eletricainente, como lados de um tringulo equiltero (Fig. 2).Os vrtices so ligados i liiiha.Assim: E = E ,EeI=&&SENAI -RJ1390 s elementos de um receptor trifsico so representados pelos seguintes elementos: extremidades iniciais u ou 1 v ou 2 W ou 3 extremidades finais X ou 4 Y ou 5 Zou6Cada um desses elementos tem sua polaridade, que deve ser seu conservada na ligao.A distribuio de energia eltrica feita, em geral, em sistemas trifsicos, cujas redes podem ser ligadas em estrela ou em tringulo.Na rede ein Y, o neutro ligado terra, obtendo-se duas tenses, uma entre fase e neutro e outra entre fases, &vezes maior;Ex:EF = 127V (entre fase e neutro);E = 127.fi = 220V (entre fases).Em geral, as cargas monofsicas (lmpadas e pequenos motores) so ligadas tenso mais baixa, e as trifsicas (fora, aquecimento industrial) mais alta.As cargas inonofsicas, num circuito trifsico, devem ser distribudas igualmente entre as fases, para que uma no fique sobrecarregada em detrimento das outras.Potncia nos circuitos trifsicosNum circuito trifsico ligado em estrela, temos:E=E,&e I = I ~A potncia real em cada fase (PWF) ser:PwF= EF IF ' COSVSENAI - RJ-140A potncia nas 3 fases seraP,=3E,I, cos cpNum circuito em tringulo, temos: E=EF eI=IFA potncia real em cada fase (PWF)ser:PWF= EF IF cos cp. .Como temos, no circuito estrela.e no tringuloconcluimos que tanto para estrela como para tringulo a potncia real nas fases seraA potncia aparente (PA)de um sistema trifsico ser, portanto:Os alternadores (geradores de C . A.) e os transformadores tm suas potncias indicadas pelos fabricantes em 1WA.A potncia real e a potncia aparente se equivalem, quando o fator de potncia 1. Dai a convenincia de se conseguir um fator de potncia elevado nas instalaes, para melhor aproveitamento da capacidade dos transformadores.SENAI RJ141-Quando se torna necessrio modificar os valores da tenso e da corrente de uma fonte ou rede de energia eltrica, usamos um transformador.O transformador uin aparelho esttico, constitudo essencialmente de dois enrolamentos isolados entre si, montados em tomo de um ncleo de chapas de ferro.O enrolamento que se liga 'a rede ou fonte de energia chainado primrio; o outro, no qual aparecem os valores da tenso e da corrente modificados, chamado secundrio. O funcionamento dos transformadores explicado pelos princpios de induo de Faraday, j estudados. As variaes da corrente alternada aplicada ao primrio produzem um fluxo magntico variivel, que induz, no enrola-SENAI - RJ145mento secundrio, uma FEM que ser proporcional ao nn~ero espiras do de primrio (Np)e do secundrio (Ns). Essa proporo chamada relao de transfor~~zao. A tenso, a corrente e as espiras entre o primrio e o secundrio de um transfoimador so determinados pelas seguintes igualdades:sendo: E, -tenso no primrio Es - tenso no secundrio Ip- coi~ente primrio no Is - corrente no secundrio Np - niunero de espiras no primrio Ns - nil~ero espiras no secundrio deA intensidade de corrente (I) inversamente proporcional ao niiinero de espiras do primrio e do secundrio.Um trailsforn~ador no gera energia eltrica. Ele siillplesinente transfere energia de um eiirolaineilto para outro, por induo magntica. As perdas verificadas nessa transferncia so relativamente baixas, priilcipalmente nos grandes transformadores. A percentagem de rendimento de um transformador determinada pela seguinte equao:Quando desejamos comprovar a boa qualidade de um transforn~ador, deveinos submet-lo a vrios ensaios. Trataremos apenas dos e~zsaiosde funciona77zento a imzio (sem carga) e defuncio~zanzentoconz ca1.g~ total (plena carga). No ensaio de funcionamento a vazio, o priinrio do transforn~ador ligado a uma fonte com tenso e frequncia indicadas pelo fabricante. Um voltimetro ligado ao primrio e outro ao secundrio. As indicaes desses instrumentos nos daro a razo do nmero de espiras entre o primrio e o secundrio. Um anlpermetro ligado ao primrio indicar a corrente a vazio.SENAI - RJ146Como a perda IZR (perda no cobre ou perda de joule), com o trailsfornlador sem carga, menor que 11400 da perda com carga total, ela ser considerada irrelevante. A corrente indicada no ampermetro representa a perda no ncleo e nornlalmente inferior a 5% da corrente com carga total, quando o ncleo de boa qualidade. Aperda no ~zUcleo tambm chamadaperda no ferro. O ensaio do transformador coin carga total feito da seguinte maneira:1 - liga-se um ampermetro em curto-circuito ao secundrio e alimenta-se o primrio coin a fonte. 2 - utiliza-se um reostato (ou varivolt), e um voltinetro para medir a tenso aplicada ao primrio.3 - opera-se o reostato (ou varivolt), at que o ainperimetro registre a coi~entede carga total. Nessa condio, o voltimetro r . . dever indicar uma tenso de P 50-TransformadoresSENAI - RJ147Uma das grandes vantagens da energia eltrica sobre as demais formas de energia a facilidade do seu transporte a grandes distncias, sem perdas apreciveis. A energia eltrica produzida por mquinas eltricas instaladas em usinas e transportada para os centros consunlidores atravs de cabos eltricos. Essas usinas utilizam uma f o m ~ a energia - normalmente hidrulica (aproveitade mento de quedas de gua), tnllica (carvo, leo) ou nuclear (atmica) - que transfomlada por suas mquinas em energia elhica. As que funcionam com energia hidrulica so chanladas usinas hidreltricas; as que usam energia trmica, usinas tenlioeltricas; e as que usam energia atmica, usinas nucleares. As usinas ternloeltiicas e as nucleares podem ser construdas mais prximas dos centros consumidores do que as hidreltricas, mas o seu custo operacional ainda mais elevado que o destas ltimas. Elas so usadas apenas como auxiliares das hidreltricas, ou ento, em locais onde no exista potencial hidrulico.As usinas hidreltricas ficam situadas, geralrilente, em distncias supeiiores a 301~~1 centros consun~idores.Se a tenso de transinisso fosse dos a mesma da utilizao dos centros co~~sun~idores, mesino que os condutores usados fossein de sees gigantescas, as perdas seriam to grandes que o transporte da energia se tornaria iiupraticvel.SENAI - RJ151Para demoi~strari~nosimportncia da transmisso ein alta tenso, tomea mos como exemplo o problema resolvido a seguir.A distncia entre uma fonte de energia eltrica monofsica de 200V e o local de utilizao dessa energia de 6 km. A potncia por transmitir de 4 OOOW, e o condutor usado ser o cabo de 10mm2Admite-se 6% de perda na transmisso. Com a transmisso sendo feita na tenso da fonte, a perda seria: Resistncia do cabo de 10mrnZpor km = 1,3R. Para a distncia de 6km, os dois condutores teriam 12 km Logo, para R da linha teramos: 1 2 x 1,3= 15,6R.Para I da linha teriamos:A perda na iinha seria:W = IZR= 202 x 15,6 = 400 x 15,6 = 6 240WNessas condies, a transmisso seria impraticvel. perdendo-se toda a energia.A soluo para eliminar a perda seria elevar a tenso na fonte e abaix-la no localde utilizao, usando-se transformadores para reduzir a corrente (I) da iinha.A perda admitida de 6% pode ser dividida do seguinte modo:2% para cada transformador;2% para a linhaCom 2% de perda no primeiro transformador, a potncia na linha ser:SENAI - RJ 152IIPara a perda na linha teremos:Para I da linha teremos:IA tenso na linha ser:A potncia no segundo transformador ser:3 920 - 78,4 = 3 841,6WA potncia para a utilizao ser:3 841,6 - 2% da perda no segundo transformador = 3 764 WO transformador na fonte elevar a tenso para 1 700 V, e o transformador no localde utilizao abaixar para 200 V. Nos clculos, no consideramos outros fatores que contribuem para maior exatido. como F.P. dos transformadores e da carga, a reatncia e capacitncia da linha.SENAI RJ153-CURSO DE ELEMENTOS DE ELETROTCNICAERRATAP P P9Pg, 24 -onde l-se "...caga negativa", leia-se carga positiva. Pgs. 31,32 e 33 Pgs. 34 e 37- Microamperimetro - unidadepA- microampre- Microvoltimetro- unidade pV - microvolts - maior condutncia X menor resistncia - unidade pQ - microhmnPg. 38 -CONDUTNCIAoCobreoPlstico - menor condutncia X maior resistnciaPPg. 40 - Micmhmlmetro+'bPPg. 41 -onde l-se "Quando no v30 realizar...", leia-se Quando vo realizar Pgs. 42 e 43 - 1 n = 1 p n = o,OOOOOiPg. 50 -onde I-se "...equao j indicada no i". pargrafo:..." leia-se "...equao: Rt = Ro ( I+ aot )PPg. 51 - APLICAO:R3o0c= 1 0 + ( 1 0 ~ 0 , 0 0 4 2 7 ~ 3 011.28n )=PPg. 56oFonte geradora: onde l-se "6o componente onde a energia eltnca gerada.", leia-se: o componente responsvel pela gerao da energia que ir circular pelo circuitooCondutores: onde I-se "so os componentes que utilizam a corrente....", leia-se: so os componentes por onde a corrente eltrica circula da fonte geradora para os recptoresOReceptores: onde l-se produzirluz, luz, fora':leia-se: produzir energia luminosa e energia motrizPPg. 76- P = 600 JIs = 600 wattsPg. 102 - microhenv - unidade pH9Pg. 128 - APLICAO:o1 - Um motor... I HP = 746 watts P=2X746=1.492wS = Plfp = 1.492 10,8 = 1.865cp0,8 atrasado = 0,600Q = 1.865 x 0,600 = l.ll9Var indutivo9Pag. 152 - APLICAAO:oonde I-se "resistncia do cabo de 1 0 m m ~ ~ o r k m R ", leia-se: = 1,7 C2 = 1.3 1,2 x 1.7 = 20,4 C2Oonde I-se " I = W / E ", leia-se: = I = PIE, onde: I = PIE=4.0001200=20AOonde I-se " W = ?R = 202x 15,6 = 400x 15,6 = 6.240 W ", leia-se: P = I'R = 20' x 20,4 = 400 x 20,4 = 8.160 W1-HALLIDAY, D. RESNICK, R. Fsica. Rio de Janeiro: LTC, 1984. V.3.2-PARANA,Djalma Nuiies. Fisica. So Paulo: tica, 1993. V.3 Eletncidade3-SENAI-RJ. DN . Elet~,otcizica.4-WEG. Clculo defatoi depotilcia . Jaragu do Sul.FIRJAN CIRJ SESI SENAI,-.FIRJANFederao das Indstrias do Estado do Rio de JaneiroSENAIServio Nacional de Aprendizagem Industrial do Rio de JaneiroAv. Graa Aranha, 1 -Centro Rio de Janeiro RJ CEP: 20030-002 Tel.: ( 0 ~ x 2 1 2563-4526 )-Central de Atendimento: 0800-231231