Instalações Elétricas Prediais - Conceitos Fundamentais UFPB

INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS Profª Thamyres Tâmulla C Palitó Aula 1 Conceitos Fundamentais UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA CEAR CENTRO DE ENERGIAS ALTERNATIVAS E RENOVÁVEIS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Agenda Eletricidade Eletricidade O que é Eletricidade é um termo amplo que se refere a vários fenômenos referentes a presença e ou movimento de cargas elétricas A eletricidade é comumente associada à corrente elétrica uma movimentação de cargas que é estabelecida quando algum corpo é submetido a uma diferença de potencial elétrico 3 Eletricidade Motivação A eletricidade facilita o cotidiano das pessoas viabiliza iniciativas na saúde se bem empregada ajuda a conservar o meio ambiente auxilia atividades produtivas permite avanços científicos e tecnológicos entre outros Eletricidade Onde encontramos eletricidade na vida moderna a eletricidade está em tudo Eletricidade Na construção civil Acesso à eletricidade via INSTALAÇÕES ELÉTRICAS Eletricidade Aplicações Iluminação Aquecimento Resfriamento Operação de carros Eletrodomésticos Computadores 7 Essas aplicações podem ser explicadas em termos de carga elétrica tensão e corrente Eletricidade Precisamos entender o que é 8 Carga Elétrica Geração CA Corrente Tensão Potência Fator de Potência Resistor Indutor Capacitor A Natureza da Eletricidade 9 O Átomo É a unidade fundamental da matéria prótons carga positiva nêutrons neutro sem carga elétrons carga negativa A Natureza da Eletricidade 10 Origem da Carga Elétrica Quando o número de prótons é diferente do número de elétrons desequilíbrio os átomos são ditos eletricamente CARREGADOS Carga Elétrica Cargas diferentes se atraem Cargas iguais positivas se repelem Cargas iguais negativas se repelem Característica fundamental de uma carga elétrica CAPACIDADE DE EXERCER UMA FORÇA SOBRE OUTRAS CARGAS Unidade das cargas COULOMB C Símbolo típico Q ou q Carga Elétrica 12 O conceito de carga elétrica é a base para descrever os fenômenos elétrico As características de oposição fornecem um método de equilibrar uma contra a outra para explicar diferentes efeitos físicos Efeitos elétricos são atribuídos tanto à separação entre cargas quanto a cargas em movimento Na teoria de circuitos a separação entre cargas dá uma origem a uma força elétrica tensão e seu movimento dá origem a um fluxo elétrico corrente Campo Elétrico Campo elétrico é a região ao redor de uma carga positiva ou negativa na qual ao se colocar um corpo eletrizado este fica sujeito a uma força elétrica 13 Campo Elétrico Linhas de Campo Em circuitos elétricos Análise do fluxo de elétrons livres Por convenção tomaremos uma carga de prova negativa q 14 Campo Elétrico Linhas de Campo As cargas elétricas possuem a capacidade de realizar trabalho deslocando outras cargas por repulsãoatração DIFERENÇA DE POTENCIAL CONHECIDA COMO TENSÃO Potencial 16 Qualquer carga tem potencial de realizar trabalho de mover outra carga por atração ou repulsão Ao considerar duas cargas contrárias elas têm uma diferença de potencial Diferença de potencial Medida da quantidade de trabalho necessária para mover uma carga elétrica Tensão A diferença de potencial é normalmente denominada tensão Tensão é a diferença de potencial entre dois pontos e que dois terminais são necessários para uma diferença de potencial existir Símbolos típicos da Tenção V e U Unidade Volts V 1 Volt 1 Joule Coulomb Expressão Correta Tensão Alguns usam inadequadamente Voltagem 17 Ou seja uma diferença de potencial não pode existir em um só ponto Corrente Elétrica Fluxo ordenado de partículas portadoras de carga elétrica por uma determinada superfície Símbolos típicos da corrente 𝑰 ou 𝒊 Unidade Ampère 𝑨 18 Movimento desordenado Movimento ordenado BATERIA The arrows show the direction of the electrons movement Curiosidade Na época do descobrimento da eletricidade Acreditavase que as partículas móveis nos condutores metálicos eram positivas Na verdade são os elétrons que se movimentam MOVIMENTO DAS LACUNAS MOVIMENTO DOS ELÉTRONS Corrente Elétrica 21 Movimento de elétrons carregados negativamente em um fio de cobre quando colocados entre os terminais de uma bateria com uma diferença no potencial de volts V Se uma diferença de potencial for conectada nas extremidades de um fio de cobre por ex a tensão aplicada força os elétrons livres a se moverem Curiosidade Corrente contínua CC Corrente alternada CA Potência Elétrica Grandeza que determina a quantidade de energia concedida 𝑤𝑡 por uma fonte a cada elemento de tempo 𝑝𝑡 𝑑ω𝑡 𝑑𝑡 𝑝 potência em watts 𝜔 a energia em joules t o tempo em segundos Em eletricidade Símbolo típico 𝑷 Potência Ativa Unidade watts W 23 𝑝 𝑡 𝑣 𝑡 𝑖 𝑡 𝑑ω 𝑑𝑞 𝑑𝑞 𝑑𝑡 𝑑ω 𝑑𝑡 Potência Elétrica 24 𝑝 𝑣𝑖 Energia Elétrica Energia W é a potência realizada ao longo do tempo 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 න 𝑃 𝑡 𝑑𝑡 Unidade Joule J Em Eletricidade a energia elétrica é expressa em wattshora Wh 1Wh 3600 J Nas contas de luz O quilowatthora é a unidade que exprime o consumo de energia Cobrança por quilowatthora 25 Energia Elétrica R 28540 16062020 Mai2020 300 kWh Resistência Elétrica Resistência é a capacidade dos materiais de impedir o fluxo de corrente ou mais especificamente o fluxo de carga elétrica 27 O elemento de circuito usado para modelar esse comportamento é o resistor R Símbolo R Unidade Ohm Ω Resistência Elétrica As duas principais características de um resistor são Resistência 𝑅 em 𝑜ℎ𝑚𝑠 Ω Potência 𝑃 em 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠 𝑊 Define a potência consumo de energia máxima que o resistor dissipa sem aquecimento excessivo 28 Resistência Elétrica e Lei de Ohm A relação entre tensão corrente e resistência foi descoberta em 1826 por Georg Simon Ohm conhecida como lei de Ohm A quantidade de corrente 𝐼 é diretamente proporcional à tensão 𝑉 e inversamente proporcional à resistência 𝑅 𝑉 𝑅𝐼 𝑉 29 Resistência Elétrica e Lei de Ohm 𝑉 𝑅𝐼 𝑉 A corrente e a resistência podem ser determinadas em função das outras grandezas 𝐼 𝑉 𝑅 𝐴 𝑜𝑢 𝑅 𝑉 𝐼 Ω 30 Resistência Elétrica e Lei de Ohm 31 Lei de Ohm Se o fluxo de corrente no resistor estiver na direção da queda da tensão que lhe é aplicada então 𝑣 𝑖𝑅 Se o fluxo de corrente no resistor estiver na direção da elevação da tensão que lhe é aplicada então 𝑣 𝑖𝑅 Lei de Ohm Gráfico da Lei de Ohm 32 Lei de Ohm Gráfico VI mostrando que quanto menor for a resistência maior será a inclinação da reta 33 Fonte BOYLESTAD 2018 Potência em um Resistor 34 Combinando a equação de potência 𝑝 𝑣𝑖 com a lei de Ohm podemos determinar a potência absorvida por um resistor Potência em um resistor em termos de corrente 𝑝 𝑖2𝑅 Potência em um resistor em termos de tensão 𝑝 𝑣2 𝑅 Resistoress Simbologia Comum Alta Potência Potenciômetro Termistor LDR Trimpot Resistores Energia Elétrica Resistor Calor Resistor Resistores 37 Resistor variável Se um dispositivo de três terminais é utilizado para controlar níveis de tensão comumente ele é denominado potenciômetro Fonte BOYLESTAD 2018 Lei de Ohm Exemplo Calcule a corrente que passa pelo circuito 38 I 𝑉 𝑅 𝐼 3 𝑉 6 Ω 𝐼 05 𝐴 Lei de Ohm Exemplo Calcule a potência no resistor 39 𝐼 𝑉 𝑅 05𝐴 𝑉 𝐼 𝑅 𝑉 05 6 𝑉 3𝑉 𝑃 𝐼2𝑅 𝑃 052 6 𝑃 15𝑊 Exercícios Exercícios 1 Um aquecedor com resistência de 8 Ω está conectado em uma linha de alimentação de 120 V Qual o valor da corrente 𝐼 2 Uma pequena lâmpada com uma resistência de 2400 Ω é conectada na mesma linha de alimentação de 120 V Qual a intensidade da corrente 𝐼 40 Exercícios Exercícios 3 Uma torradeira consome 10 𝐴 de uma rede elétrica de 120 𝑉 Qual potência é usada 4 Qual a corrente que percorre o filamento de uma lâmpada de 300 𝑊 conectada à rede elétrica de 120 𝑉 41 Condutância Quando calculamos o inverso da resistência de um material obtemos uma medida da facilidade com que o material conduz eletricidade Essa grandeza é denominada condutância cujo símbolo é G e cuja medida é dada em siemens S Na forma de equação a condutância é definida por 𝐺 1 𝑅 42 Condutância Na forma de equação a condutância é expressa por 𝐺 𝐴 𝜌𝑙 𝑆 43 Fonte Adaptado de HAYT Jr KEMMERLY DURBIM 2013 Indutores e Capacitores Elementos não lineares Para resistores lineares a tensão varia linearmente com a corrente Indutores e capacitores relação 𝑉 𝐼 é não linear Além dos elementos considerar os efeitos capacitivo e indutivo em cargas da instalação 44 Indutor O que é um indutor Dispositivo elétrico passivo que armazena energia em um campo magnético Indutor é o dispositivo e a indutância é a sua característica Simbolizado pela letra L é medido em henrys H Construção do elemento indutor Bobina de material condutor material ferromagnético 45 Indutor Conceitos Básicos Campo magnético no interior das espiras Regra da mão direita Concentração das linhas de fluxo magnético no interior da bobina Indutor Conceitos Básicos Da teoria do eletromagnetismo Uma tensão é induzida quando ocorre variação do fluxo magnético no tempo No indutor O fluxo magnético depende da corrente através da bobina CONCLUSÃO A tensão induzida nos terminais da bobina depende da variação da corrente na bobina Indutor Símbolo e Relação V x I Unidade da indutância Henry H Símbolo típico L Indutância Indutores 49 Ferrite Núcleo de ar Toroidal Cerâmico Laminado Radial Capacitor O que é um capacitor Dispositivo passivo que armazena energia em um campo elétrico Capacitor é o dispositivo e capacitância é a sua característica É representado pela letra C medido em Farads F Construção do Capacitor Duas placas condutoras eletrodos carregadas compotenciais distintos dielétrico isolante entre as placas 50 C Capacitor inicialmente se encontra no estado ELETRICAMENTE NEUTRO Ao aplicar uma TENSÃO cargas se deslocam em relação à sua POSIÇÃO DE EQUILÍBRIO Uma vez que as cargas se organizam NÃO EXISTE CORRENTE visto que o dielétrico é ISOLANTE No entanto sempre que ocorre uma variação da tensão ocorrerá um DESLOCAMENTO DE CARGAS Considerando uma SEÇÃO TRANSVERSAL no dielétrico quando a TENSÃO VARIA no tempo a POSIÇÃO DAS CARGAS TAMBÉM VARIA no tempo A VARIAÇÃO DA POSIÇÃO DE CARGAS implica no FLUXO DE CARGAS resultando em uma CORRENTE CORRENTE DE DESLOCAMENTO Símbolo e Relação I x V Unidade da capacitância Farads F Símbolo típico C Capacitores Indutores x Capacitores Indutor Projetado para estabelecer um forte campo magnético envolvendo a unidade Precisa de corrente para armazenar energia Capacitor Projetado para estabelecer um forte campo elétrico entre as placas Precisa de tensão para armazenar energia Indutores e capacitores são elementos passivos eles podem armazenar e fornecer energia mas não geram nem dissipam energia 55 Referências BOYLESTAD R L Introdução à Análise de Circuitos 13 Edição São Paulo Pearson 2018 NILSSON J W RIEDEL S A Circuitos Elétricos 10 Edição São Paulo Pearson 2015 ALEXANDER C K SADIKU M Fundamentos de Circuitos Elétricos 5 Edição Porto Alegre AMGH 2013 HAYT Jr W H KEMMERLY J E DURBIN S M Análise de circuitos em engenharia 8 Edição São Paulo McGrawHill 2014 Notas de Aulas do Prof Felipe Lopes DEEUFPB 56