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Projeto Elétrico Predial e Industrial
Prof. Dorival Rosa Brito
Conceitos Fundamentais
Vitória- ES - 2020
AULA 02
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TópicosEnergia elétricaFontes de eletricidadeFontes de tensão e correnteGeração de tensão e correnteTransformadoresCircuitos monofásicos e trifásicosPotência ativa, reativa e aparenteFator de potência e eficiência
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POTÊNCIA
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Potência
][. WIVP =
RVIRP
22. ==
Geral
Resistor
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ENERGIA
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Energia
][. kWhtPE =
TempoPotência
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FONTES DE ELETRICIDADE
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Fontes de Eletricidade
Convertem energia química em energia elétrica
Baterias e pilhas
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Fontes de Eletricidade
A tensão é produzida a partir da rotação de bobinas através de um campo magnético estacionário
Geradores (síncronos)
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Fontes de Eletricidade
A força da água faz mover as pás de uma turbina (geradores síncronos)
Energia hidráulica
Usina de Itaipu Usina de Tucuruí
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Fontes de Eletricidade
Carvão, óleo ou gás natural são queimados para gerar calor
Energia térmica
Usina de Candiota - RS
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Fontes de Eletricidade
A energia do vento faz mover as pás de uma turbina (aerogerador)
Energia eólica
Osório - RS
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Fontes de Eletricidade
O calor é obtido a partir de uma reação nuclear (fissão nuclear) e depois convertido em energia elétrica
Energia nuclear
Fukushima - JapãoChernobyl - Ucrânia Angra - Brasil
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Fontes de Eletricidade
Convertem energia luminosa em energia elétrica
Células solares
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TIPOS DE FONTES
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Tipos de FonteFontes de tensão e corrente:
Corrente Contínua (CC)Corrente Alternada (CA)
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Tipos de CircuitosCircuitos de:
Corrente Contínua (análise temporal)Corrente Alternada (análise espectral)
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GERAÇÃO CC/CA
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Motor: é uma máquina que converteenergia elétrica em energia mecânicaPresente em:
Motores e Geradores
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Gerador: é uma máquina que converte energiamecânica de rotação em energia elétricaA energia mecânica pode ser fornecida por umaqueda-d’água, vapor vento, gasolina ou óleodiesel ou por um motor
Motores e Geradores
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Tipos de MotoresClassificação
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GERADOR CC
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Gerador CCGerador CC simples
Imã
FioEixo
Comutador
Escova
Lâmpada
Imã
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Gerador CC
Gerador CC: princípio de funcionamentoPrincipais partes:
EscovasArmaduraComutadorEnrolamento de campo
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Gerador CCComponentes
Estator Rotor
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GERADOR CA
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Gerador CAGerador CA simplesPrincipais partes:
Campo magnéticoEscovas e anéis de contatoCondutores que giram através do campo
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Gerador CAGerador CA simples: funcionamento
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Gerador CAGeradores CA também são chamados dealternadores (presente em automóveis)
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Gerador CAPrincipais componentes
Estator Rotor
Escovas
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Gerador CAEspecificações
WEG
3600 RPM
2 Pólos 60Hz 3 fases ligação em estrela para 13800 volts
15625KVA 12500kW 0,80 FP
60 0C
Fabricante
Rotação
Número de pólos, frequência de saída, número de fases, tipo de ligação e tensão
fornecida
Potência
Temperatura
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Motor CAMotor de indução: é o tipo de motor CA maisusado na prática
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Motor de InduçãoPrincipais componentes:
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Motor de Corrente AlternadaLei de Ampére
André-Marie Ampère (1775 à 1836) foi um físico, filósofo, cientista e matemático francês que fez importantes contribuições para o estudo do eletromagnetismo
A lei de Ampére diz basicamente o seguinte: um fio ao conduzir uma corrente elétrica, gera um campo magnético, com linhas de força perpendiculares a ele
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Motor de Corrente AlternadaPrincipais partes:
Estator (parte estacionária)Rotor (parte rotativa)
Princípio de funcionamento:Quando o enrolamento do estator é energizadoatravés de uma alimentação, cria-se um campomagnético rotativo. À medida que o campo varre oscondutores do rotor, é induzida uma fem nessescondutores ocasionando o aparecimento de um fluxode corrente nos condutores. Esta interação provoca oaparecimento de um torque sobre o rotor
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Geração de Energia Energia elétrica
Geração deEnergia elétrica
EquipamentosAparelhosMotores(cargas)
Potência(V,I)
(transmissão)
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CargasEquipamentos e aparelhos
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CargasMotores (eletrodomésticos)
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CargasMotores (Engenharia)
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TRANSFORMADORES
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TransformadoresEquipamento formado por duas bobinasisoladas eletricamente em torno de umnúcleo comumA energia elétrica de uma bobina étransferida para a outra através doacoplamento magnético
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TransformadoresBaixa potência (monofásicos)
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TransformadoresMédia potência (trifásicos)
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TransformadoresMédia potência
Sistemas de distribuição de energia elétrica
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TransformadoresAlta potência
Subestações de energia
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Transformadores
Bobinas Bobinas
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Transformador
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Relação de Tensão
s
p
s
p
NN
VV
=
Vp – tensão na bobina do primárioVs – tensão na bobina do secundárioNp – número de espiras da bobina do primárioNs – número de espiras da bobina do secundário
![Page 49: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/49.jpg)
Relação de Corrente
p
s
s
p
II
VV
=
Ip – corrente na bobina do primárioIs – corrente na bobina do secundário
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Relação de Espiras
espirasderelaçãoNN
s
p =
1:4 (elevador)
4:1 (abaixador)
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Eficiência
entradasaída
PPE
p
sf ==
Ps – potência de saída do secundárioPp – potência de entrada no primário
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Circuitos Monofásicos e Trifásicos
![Page 53: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/53.jpg)
Circuito MonofásicoFontes em fase
![Page 54: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/54.jpg)
Circuito TrifásicoFontes defasadas (120 graus)
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Circuito TrifásicoUm circuito trifásico pode ser visto como acombinação de 3 circuitos monofásicos
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PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
A potência, geralmente, é fornecida por umgerador de CA que produz 3 tensões iguais,cada uma delas defasada de 1200 das demais
Vp = Tensão de Pico
Vp
-Vp
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PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
A potência, geralmente, é fornecida por umgerador de CA que produz 3 tensões iguais,cada uma delas defasada de 1200 das demais
Vp = Tensão de Pico
EFp VV 2=
Vp
-Vp
VEF = Tensão Eficaz 127V (POA), 220V (RS)
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PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
A potência, geralmente, é fornecida por umgerador de CA que produz 3 tensões iguais,cada uma delas defasada de 1200 das demais
Tensão Eficaz
Vp
-Vp
![Page 59: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/59.jpg)
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
A maior parte da geração, transmissão edistribuição de tensão/corrente alternadaatualmente é trifásica
Geração DistribuiçãoTransmissão
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PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
Podem ser usados por cargas monofásicasPermitem uma maior flexibilidade na escolhae/ou determinação das tensõesOs circuitos trifásicos são mais leves do que oscircuitos monofásicos de mesma potênciaOs equipamentos trifásicos têm menoresdimensões e são mais eficientes do que osmonofásicos de mesma potência
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TENSÕES DE FASE E DE LINHA
![Page 62: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/62.jpg)
TENSÕES DE FASE E DE LINHA
Voltímetro V1 → Vfase=VF: VT, VR e VS
Voltímetro V2 → Vlinha=VL: VRS, VST e VTR
127V (POA), 220V (RS)
220V (POA), 380V (RS)
![Page 63: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/63.jpg)
POTÊNCIA
![Page 64: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/64.jpg)
Potência
IVPotência .= Aparente
A potência aparente é composta por duasparcelas:
AtivaReativa
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A potência ativa é transformada em:
Potência Ativa
Potência mecânica
Potência térmica
Potência luminosa
![Page 66: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/66.jpg)
A potência reativa é transformada em campomagnético, necessário ao funcionamento de:
Potência Reativa
Motores
Transformadores
Reatores
![Page 67: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/67.jpg)
PotênciaEm projetos de instalação elétricaresidencial os cálculos efetuados sãobaseados na potência ativa e na potênciaaparentePortanto, é importante conhecer a relaçãoentre elas para que se entenda o que éfator de potência
![Page 68: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/68.jpg)
PotênciaMonofásica
IVSsenIVQ
IVP
...cos..
===
θθ Ativa, real [W]
Reativa [VAR]
Aparente [VA]
P
QS
θ
![Page 69: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/69.jpg)
Fator de PotênciaSendo a potência ativa uma parcela dapotência aparente, pode-se dizer que elarepresenta uma porcentagem da potênciaaparente que é transformada em potênciamecânica, térmica ou luminosa
A esta porcentagem dá-se o nome de fator de potência
![Page 70: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/70.jpg)
Fator de Potência
θθ coscos===
VIVI
SPFP
Indutivo: I -> V (atraso)
Capacitivo: V -> I (avanço)FP
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Fator de Potência
1 – para iluminação (incandescente)
< 1 – para tomadas de uso geralFP
Em projetos elétricos:
Quanto menor pior! (maiores perdas nos sistemas de energia elétrica). No Brasil o limite é 0,92 (Indústria)
![Page 72: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/72.jpg)
Fator de Potência
iluminação:
Potência (aparente)
660VA * 1 = 660 W
Em projetos elétricos (exemplo) :
Fator de potência
tomadas:
Potência (aparente)
7300VA*0,8 = 5840 W
Fator de potência
![Page 73: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/73.jpg)
PotênciaTrifásica
LL
LL
LL
IVSsenIVQ
IVP
....3
cos...3
==
=
θ
θ Ativa, real [W]
Reativa [VAR]
Aparente [VA]
P
QS
θ
![Page 74: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/74.jpg)
PotênciaPotências típicas de aparelhos eletrodomésticos
![Page 75: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/75.jpg)
Relação com Outras DisciplinasFísicaEletricidade em CC e CADisciplinas do Curso Técnico emEletrotécnica
![Page 76: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/76.jpg)
Material SuplementarA. E. Fitzgerald - Máquinas Elétricas - EditoraBookman (ISBN: 8560031049)J. David Irwin - Análise de Circuitos emEngenharia - Editora Makron Books (ISBN:9788534606936)James W. Nilsson - Circuitos Elétricos - EditoraLTC (ISBN: 8521613636)
![Page 77: Projeto Elétrico Predial e Industrialdrb-m.org/pepp/aula_02_Conceitos_Fundamentais.pdf · 2020. 10. 5. · J. David Irwin -Análise de Circuitos em Engenharia -Editora Makron Books(ISBN:](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081620/611bb46076046c6be57ccff4/html5/thumbnails/77.jpg)
PotênciaEm projetos elétricos o levantamento das
potências é feito mediante uma previsão daspotências (cargas) mínimas de iluminação etomadas a serem instaladas, possibilitando,assim, determinar a potência total prevista para ainstalação elétrica residencial