Calculos e Resultados

ATIVIDADE PRÁTICA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS 2 ATIVIDADE PRÁTICA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS Após a leitura das rotas e de assistir as videoaulas você poderá realizar a atividade aqui proposta Nessa atividade utilizaremos os conhecimentos adquiridos na disciplina de Instalações Elétricas Industriais Também utilizaremos simulações online e experimentos práticos utilizando o laboratório didático no polo Você deve elaborar a atividade utilizando o modelo de relatório disponível na Aula 7 A parte prática deverá ser realizada utilizando o Laboratório Didático presente no polo você terá que agendar um horário e se dirigir ao polo Primeiramente finalize as etapas 1 e 2 da atividade para então agendar a atividade prática no polo Os consumíveis que você utilizará na atividade deverão ser comprados e levados para o polo Certifiquese de que possui esses componentes antes de ir até o polo Abaixo há algumas instruções sobre o simulador e os equipamentos que serão utilizados nas atividades Há vídeos na aula 7 da disciplina com instruções de como utilizar os equipamentos OBS Os danos que os dispositivos e componentes possam vir a sofrer por falta de leitura dos documentos aqui indicados e cumprimento das recomendações contidas nos mesmos são de total responsabilidade do aluno LABORATÓRIO VIRTUAL DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS O laboratório virtual de Instalações Elétricas Industriais é acessado através do link na Aula 7 da disciplina Leia a Apresentação o Sumário e depois passe para o Roteiro Depois do PréTeste vá para o Experimento seguindo o Roteiro USO DA FONTE DE TENSÃO Assista o vídeo da Aula 7 Como utilizar a fonte de tensão antes de realizar os experimentos 3 CONTATOR O contator é um dispositivo utilizado para lógica de comando e de acionamento em instalações elétricas O modelo de contator do LPI é o CJX2 09Z A alimentação desse contator se dá através dos contatos A1 e A2 Os contatos na parte superior são representados pela numeração 1 2 3 4 5 6 e 13 14 Esse dispositivo será fornecido pelo polo para você utilizar BOTÃO PULSADOR O botão pulsador não possui retenção e altera as condições dos contatos somente enquanto estiver pressionado O botão possui dois contatos representados pela numeração 23 24 e 11 12 Esse dispositivo será fornecido pelo polo para você utilizar ETAPAS DA ATIVIDADE 1ª etapa vale 30 pontos Nessa etapa você utilizará o laboratório virtual de Instalações Elétricas Industriais Essa etapa possui 2 passos PASSO 1 vale 15 pontos Realize o exemplo é feito no TUTORIAL VIRTUALAB o esquemático 6 para se familiarizar com o laboratório virtual Os esquemáticos podem ser acessados através do ícone na direita da tela Para esse passo você deve apresentar Explicação da função de cada um dos dispositivos utilizados no circuito com suas palavras cuidado com o copia e cola e o plágio vale 5 pontos Print do circuito montado no laboratório virtual vale 5 pontos Explicação do funcionamento do circuito vale 5 pontos PASSO 2 vale 15 pontos Agora você montará os experimentos mostrados no item 1 da AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS do roteiro os esquemáticos de 1 a 5 Para cada experimento você deve apresentar 4 Print do circuito montado no laboratório virtual vale 1 ponto por experimento Explicação do funcionamento do circuito vale 2 pontos por experimento 2ª etapa vale 20 pontos Considere uma indústria com três máquinas com as potências conforme demonstrado abaixo Figura 1 Circuito com três máquinas A Potência Ativa da primeira máquina P1 depende do seu RU P1 3 últimos números do seu RU Exemplo RU 2145575 P1 575 W Observe que a segunda máquina possui potência reativa indutiva e a terceira máquina possui potência reativa capacitiva demonstrada pelo sinal de menos A fonte possui valor eficaz de 220 V e frequência de 60 Hz Calcule a potência ativa potência reativa e potência aparente de cada uma das cargas Após calcule a potência aparente total considerando as três cargas e o fator de potência do circuito Por fim calcule o valor da capacitância do banco de capacitores a ser adicionado para aumentar o fator de potência total da indústria para FP 096 Se o FP calculado do circuito for igual ou superior a 096 o uso do banco de capacitores não é necessário Apresente todos os cálculos no relatório Resumindo na segunda etapa do projeto você deve apresentar Valor da potência ativa reativa e aparente da carga 1 com todos os cálculos vale 2 pontos 5 Valor da potência ativa reativa e aparente da carga 2 com todos os cálculos vale 4 pontos Valor da potência ativa reativa e aparente da carga 3 com todos os cálculos vale 4 pontos Potência aparente total e FP do circuito com todos os cálculos vale 5 pontos Valor da capacitância do banco de capacitores a ser adicionado com todos os cálculos vale 5 pontos 3ª etapa vale 50 pontos Essa etapa será realizada com o Laboratório Didático presente no polo de apoio presencial Antes de agendar a sua atividade prática no polo certifiquese de que Leu atentamente as instruções da etapa 3 para saber que atividade prática você irá realizar no polo entendeu as instruções e sanou dúvidas com a tutoria Você assistiu os vídeos de como utilizar o multímetro e a fonte de tensão e entendeu como proceder Os materiais que você deve levar até o polo para realizar a atividade prática estão listados abaixo Os materiais necessários para o experimento podem ser comprados em alguma eletrônica ou na loja Uninter através do site httpswwwlojaunintercom Fios para conectar fonte contator e botão Alicate caso seja necessário cortar os fios Papel com informações que você julgar necessárias para a atividade Papel para anotar as informações do experimento Celular ou outro equipamento para tirar fotos da atividade Se você já realizou todos os passos acima e adquiriu os materiais necessários para a atividade agende a atividade prática em seu polo As instruções sobre como realizar o agendamento estão disponíveis na Aula 7 Como agendar a atividade prática Instruções da etapa 3 Você irá realizar a selagem de um contator Você irá utilizar a fonte de tensão contínua de 12 V o botão pulsador e o contator do laboratório 01 Automação para a montagem e o multímetro 6 Primeiramente você irá utilizar o botão pulsador e o multímetro na função de verificar continuidade Você irá testar se os contatos do botão são normalmente abertos ou normalmente fechados Marque um X na Tabela 1 na coluna correspondente Após verifique o que acontece com o estado dos contatos quando você pressiona o botão Responda isso no relatório Após você irá utilizar o contator e o multímetro na função de verificar continuidade Você irá testar se os contatos do contator são normalmente abertos ou normalmente fechados Marque um X na Tabela 1 na coluna correspondente Verifique o que acontece com o estado dos contatos quando você pressiona o botão azul que fica em cima do contator Responda isso no relatório Tabela 1 Estado dos contatos do botão e do contator Contato aberto Contato fechado Botão 11 12 23 24 Contator 1 2 3 4 5 6 13 14 Depois de testar os contatos você irá montar o circuito abaixo utilizando os contatos do botão pulsador 23 24 os contatos do contator 13 14 e a bobina A1 e A2 Qual é a função do circuito Figura 2 Circuito para selagem de contator Após a montagem pressione o botão pulsador e observe o que acontece com o circuito 12 V S 23 24 A1 COM K A2 K 13 14 7 Resumindo na terceira etapa do projeto você deve apresentar Completar a Tabela 1 com o estado dos contatos do botão e do contator vale 7 pontos Responder a pergunta sobre o estado dos contatos do botão quando ele é pressionado vale 6 pontos Responder a pergunta sobre o estado dos contatos do contator quando o botão é pressionado vale 6 pontos Foto do circuito da Figura 2 montado com um papel com seu RU ao lado vale 7 pontos Responda as perguntas abaixo o Para que serve esse circuito O que modificou no contator depois que o botão foi pressionado vale 6 pontos o O que acontece com o contator quando o botão pulsador é pressionado E o que acontece depois que você solta o botão vale 6 pontos o Se você pressionar o botão novamente o que acontece no circuito vale 6 pontos o Se esse circuito for utilizado para acionamento de um motor quais outros elementos de proteção devem ser utilizados vale 6 pontos Obs seja o mais detalhista possível Sempre explique os passos que você realizou acrescente fotos dos experimentos Em caso de dúvidas entre em contato pela tutoria Este trabalho será entregue em uma única postagem Você deverá elaborar a atividade utilizando o modelo de relatório disponível no material complementar Caso o modelo de relatório não seja utilizado serão descontados 10 pontos de seu projeto Lembrese de salvar seu arquivo em formato PDF Algumas dicas não copie e cole textos da rota Você deve ler analisar e reescrever Caso retire algo da internet ou outro local tenha o mesmo cuidado e não esqueça de citar a fonte para não caracterizar plágio o que poderá zerar sua atividade Relatório de Análise de Potências em Circuito Monofásico Projeto Final RU364 Finalidade Cálculo das potências Ativa Reativa e Aparente de um sistema industrial trifásico simplificado modelo monofásico em paralelo e dimensionamento do banco de capacitores necessário para elevar o Fator de Potência FP total para o valor alvo de 096 conforme as especificações regulatórias e de eficiência energética Contexto Regulatório A legislação brasileira através da Agência Nacional de Energia Elétrica ANEEL estabelece que o Fator de Potência em instalações industriais deve ser mantido preferencialmente acima de 092 indutivo ou capacitivo No entanto para projetos de otimização e redução de perdas a meta de 096 é frequentemente adotada pois maximiza a utilização da capacidade instalada da rede aliviando transformadores e condutores Dados Fundamentais do Circuito Tensão Eficaz V 220 V Tensão de alimentação do sistema em regime de corrente alternada Frequência f 60 Hz Frequência padrão da rede elétrica brasileira Potência Ativa Carga 1 P1 364 W Determinada pelos últimos 3 dígitos do RU Fator de Potência Alvo FP Alvo 096 Valor mínimo exigido para o sistema final 1 Fundamentos Teóricos e Cálculo das Potências Individuais P Q S Em circuitos de corrente alternada CA o conceito de potência é vetorizado sendo composto por três grandezas que formam o Triângulo de Potências O entendimento desta relação é crucial para o dimensionamento correto dos componentes do sistema de energia Potência Ativa P Medida em Watts W representa a energia efetivamente transformada em trabalho útil calor em resistências luz em lâmpadas torque em motores É a única componente que a concessionária cobra diretamente Potência Reativa Q Medida em VoltAmpère Reativo VAr é a energia que oscila entre a fonte e as cargas sendo indispensável para a criação de campos magnéticos em indutores ou campos elétricos em capacitores Não realiza trabalho útil É positiva Indutiva consumida por motores e negativa Capacitiva injetada por capacitores Potência Aparente S Medida em VoltAmpère VA é a potência total demandada pela instalação É a referência para o dimensionamento de todos os equipamentos do sistema cabos transformadores disjuntores As relações de cálculo usadas derivadas do Triângulo de Potências são FP costheta P S Fator de Potência S RaizQuadradaP2 Q2 Potência Aparente Q S sintheta Potência Reativa 11 Análise da Carga 1 Puramente Resistiva Esta carga simula um aquecedor ou uma lâmpada incandescente onde toda a energia é dissipada como calor Dados P1 364 W FP1 1 Potência Ativa P1 P1 364 W Potência Reativa Q1 Como FP1 1 a reativa é nula Q1 0 VAr Potência Aparente S1 S1 P1 FP1 364 1 S1 364 VA Conclusão Toda a potência aparente é convertida em potência ativa útil representando a máxima eficiência 12 Análise da Carga 2 Indutiva Esta carga modela um motor de indução consumindo potência reativa indutiva positiva Dados S2 500 VA FP2 08 Potência Ativa P2 P2 S2 FP2 500 08 P2 400 W Potência Reativa Q2 Q2 RaizQuadradaS22 P22 RaizQuadrada5002 4002 Q2 300 VAr Conclusão Para entregar 400 W de trabalho útil a fonte precisa fornecer 500 VA devido aos 300 VAr de potência reativa consumida 13 Análise da Carga 3 Capacitiva Esta carga com reativa negativa representa um componente que injeta reativa capacitiva no sistema Dados Q3 40 VAr FP3 06 Cálculo de sintheta3 sintheta3 RaizQuadrada1 FP32 RaizQuadrada1 062 08 Potência Aparente S3 S3 Q3 sintheta3 40 08 S3 50 VA Potência Ativa P3 P3 S3 FP3 50 06 P3 30 W Potência Reativa Q3 Q3 40 VAr Conclusão A reativa negativa atua compensando parcialmente a reativa indutiva do sistema Sumário de Potências das Cargas Individuais P Q S O cálculo das potências individuais resultou nos seguintes valores para cada carga Carga 1 364 W Ativa 0 VAr Reativa 364 VA Aparente Carga 2 400 W Ativa 300 VAr Reativa 500 VA Aparente Carga 3 30 W Ativa 40 VAr Reativa 50 VA Aparente 2 Cálculo das Potências Totais do Circuito e Fator de Potência Inicial A soma vetorial das potências define a demanda total de energia e a eficiência do sistema 21 Potência Ativa Total PT PT P1 P2 P3 364 W 400 W 30 W PT 794 W 22 Potência Reativa Total QT A reativa total é o balanço entre as potências indutivas e capacitivas QT Q1 Q2 Q3 0 VAr 300 VAr 40 VAr QT 260 VAr O resultado positivo indica que o circuito total é predominantemente Indutivo com excesso de 260 VAr de potência indutiva 23 Potência Aparente Total ST ST RaizQuadradaPT2 QT2 RaizQuadrada7942 2602 ST RaizQuadrada698036 ST 83548 VA 24 Fator de Potência do Circuito FPcircuito FPcircuito PT ST 794 83548 FPcircuito 09503 Com FPcircuito 09503 o circuito opera abaixo do limite alvo de 096 Implicações de um Fator de Potência Baixo FP 09503 Um FP abaixo do alvo regulatório mesmo que marginalmente resulta em ineficiência e custos operacionais desnecessários Aumento da Corrente e Carga na Rede Um FP baixo aumenta a Potência Aparente S para a mesma Potência Ativa P útil Este aumento de S eleva a corrente total I SV na linha Perdas por Efeito Joule Elevadas O aumento da corrente leva a perdas por aquecimento nos condutores Pperda R I2 Isso significa que a empresa paga por mais energia S e ainda perde parte dela no caminho Redução da Capacidade de Equipamentos A capacidade máxima de transformadores geradores e quadros de distribuição é limitada pela Potência Aparente VA Um FP baixo significa que uma parcela maior dessa capacidade é consumida pela potência reativa desnecessária reduzindo a capacidade disponível para novas máquinas Risco de Multas e Taxas Embora 09503 esteja acima do limite legal de 092 manter o FP o mais próximo possível de 10 é uma prática de engenharia que garante a sustentabilidade e a economia a longo prazo 3 Dimensionamento do Banco de Capacitores para Correção do FP A correção é essencial para evitar multas futuras e garantir a máxima eficiência da infraestrutura elevando o FP de 09503 para 096 injetando uma potência reativa capacitiva QC no sistema Shutterstock 31 Potência Reativa Alvo Qf O novo ângulo de fase thetaf é determinado pelo FPalvo thetaf arccos096 1626 graus A potência reativa final desejada Qf é o valor que o QT deve atingir mantendo PT fixo Qf PT tanthetaf 794 W tan1626 graus Qf 794 02916 Qf 23152 VAr 32 Potência Reativa a ser Injetada pelo Capacitor QC A potência reativa do capacitor QC é a diferença entre a reativa total inicial QT e a reativa final desejada Qf QC QT Qf 260 VAr 23152 VAr QC 2848 VAr O valor de 2848 VAr é a capacidade mínima que o banco de capacitores deve fornecer ao sistema 33 Cálculo da Capacitância C A capacitância C é determinada pela potência reativa capacitiva QC a tensão V e a frequência f usando a fórmula C QC 2 pi f V2 Substituindo os valores C 2848 2 pi 60 2202 C 2848 182402399 C 15614 x 106 F Para fins práticos e de relatório convertemos para microfarads uF C 156 uF Nota O capacitor a ser instalado comercialmente deve ter um valor nominal próximo a 156 uF ou ligeiramente superior para garantir que o FP alvo de 096 seja atingido ou superado 4 Resultados e Implicações Técnicas da Correção Sumário dos Resultados Finais Os resultados demonstram a precisão do dimensionamento necessário para a otimização energética do circuito com os seguintes valores finais calculados A Potência Ativa Total PT é de 794 W A Potência Aparente Inicial ST é de 83548 VA O Fator de Potência Inicial FPcircuito é de 09503 Indutivo A Potência Reativa a Injetar QC é de 2848 VAr A Capacitância a ser Adicionada C é de 156 uF A implementação desta capacitância de 156 uF em paralelo garantirá que a Potência Aparente Total do sistema seja reduzida de 83548 VA para aproximadamente 8277 VA resultando em uma diminuição da corrente total na linha e aliviando a carga nos condutores O sistema passará a operar com uma eficiência ideal para as máquinas instaladas assegurando a conformidade regulatória e otimizando o consumo de energia da indústria