Guia da Disciplina de Instalações Elétricas

PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PRÁTICA PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PRÁTICA Dr Luiz Augusto Pereira Fernandes Fernandes Dr Luiz Augusto Pereira Fernandes Fernandes GUIA DA DISCIPLINA 202 3 GUIA DA DISCIPLINA 202 3 Objetivo A disciplina tem como objetivo apresentar os princípios elétricos e o s conhecimentos práticos para elaboração de um Projeto de Instalações Elétricas Nesse estudo serão explorados conhecimentos de leitura de instrumentos elétricos Serão observadas as regras da norma NBR54102004 que trata de Projetos de Instalações Elétricas Introdução O conteúdo dessa disciplina é fundamental para as diversas áreas da engenharia no que se refere a conhecimentos referentes a Instalações Elétricas Aqui termos a oportunidade de conhecer como se computam os valores de tensão e corrente em função das alterações dos circuitos elétricos Mesmo que a habilitação do estudante não seja de engenharia elétrica permite participar das discussões e soluções para a elaboração de um Projeto de Instalações Elétricas No final deste material temos uma bibliografia para acompanhamento do curso bem como para pesquisas futuras INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO Introdução A importância de entender como são obtidos os valores de tensão e corrente além da potência são estudadas nesse item A maneira como energia elétrica vem se tornando muito importante na vida das pessoas e das empresas a cada dia justifica esse estudo Para começar vamos entender como funcionam os dispositivos de medição Cada um tem uma maneira especifica de ser instalado para podermos obter a leitura correta da variável que desejamo s Voltímetro O voltímetro analógico funciona movendo o ponteiro através de uma escala em proporção à tensão que está lendo do circuito A figura abaixo mostra um voltímetro analógico para medição de tensão alternada Já o voltímetro digital fornece uma exibição numérica do valor lido A medida é obtid a pela codificação do sinal analógico do circuito em digital para posteriormente s er exibid o no mostrador Amperímetro Similar ao voltímetro analógico o amperímetro analógico funciona movendo o ponteiro através de uma escala em proporção à corrente que está sendo lida do circuito A figura abaixo mostra um amperímetro analógico para medição de corrente alternada Da mesma maneira que o voltímetro digital o amperímetro digital fornece uma exibição numérica do valor da corrente lid a A medida é obtida pela codificação do sinal analógico do circuito em digital para posteriormente ser exibido no mostrador Ohmímetro Para medir a resistência interna de um dispositivo utilizamos o Ohmímetro A figura abaixo mostra um ohmímetro analógico Temos também esse aparelho na versão digital Multímetro Existe um equipamento chamado de multímetro que tem a capacidade de obter leitura de algumas variáveis tais como tensão corrente resistência entre outras tanto em valores contínuos como alternados Assim podemos num único aparelho obter o valor das diversas variáveis num mesmo equipamento Existe o multímetro analógico conforme mostrado na figura abaixo Existe também o multímetro digital que tem a capacidade de obter leitura as mesmas leituras do instrumento analógico e apresentar o resultado num mostrador digital A figura abaixo mostra um multímetro digital O vídeo abaixo pode ajudar você entender um pouco melhor sobre os multímetros tem muitas dicas interessantes httpswwwyoutubecomwatchv1WIWrmcrBk Wattímetro Par medição de potência ativa utilizamos um dispositivo chamado de wattímetro que tem o objetivo de medir a potência ativa Para medir a potência ativa devemos medir tensão e corrente no mesmo instrumento Ele s pode m ser analógico s ou digita is conforme mostrado abaixo Outros aparelhos Além desses temos vários outros aparelhos que medem grandezas elétricas Temos também instrumentos p ara medição do consumo de energia para fator de potência potência reativa e aparente entre outras Cada instrumento é projetado para medir uma determinada grandeza elétrica e sua utilização é bem específica Para que a leitura seja obtida da forma correta devese instalar o instrumento conforme informado pelo fabricante Exercícios Qual instrumento é utilizado só para medir corrente elétrica Voltímetro Amperímetro Wattímetro Multímetro Ohmímetro Qual instrumento é utilizado só para medir t ensão Voltímetro Amperímetro Wattímetro Multímetro Ohmímetro Qual instrumento é utilizado só para medir resistência elétrica Voltímetro Amperímetro Wattímetro Multímetro Ohmímetro Qual instrumento é utilizado só para medir potência elétrica Voltímetro Amperímetro Wattímetro Multímetro Ohmímetro Qual instrumento é tem a capacidade de medir várias grandezas elétricas Voltímetro Amperímetro Wattímetro Multímetro Ohmímetro Antes de continuar os estudos tenha certeza de que entendeu o que faz cada instrumento e como eles funcionam USO DOS INSTRUMENTOS Introdução A leitura dos instrumentos elétricos depende da maneira que são instalados assim conhecer como cada instrumento faz a leitura ajuda a entender como deve ser instalado Voltímetro O voltímetro deve ser instalado em paralelo com o ponto onde se deseja medir a tensão conforme mostrado na figura Amperímetro O amperímetro deve ser instalado em série com o circuito onde se deseja medir a corrente conforme mostrado na figura Lembrando que se a medição está ocorrendo em corrente contínua o instrumento deve estar posicionado para leitura de corrente contínua O mesmo vale para o caso de corrente alternada Wattímetro No caso do wattímetro para obter o valor da potência ativa O instrumento deve medir a tensão e a corrente O valor da potência ativa será obtido pelo produto da tensão pela corrente Então a ligação do wattímetro deverá ser feita com 4 fios conforme mostrado na figura Multímetro Para leituras no multímetro é necessário observar as instruções do fabricante para cada tipo de leitura Assim as pontas de prova devem ser instaladas em posições diferentes para cada caso Outra possibilidade é o uso de um multímetro do tipo alicate Nesse caso não é necessário que ocorra contato com o circuito elétrico apenas que o cabo passe dentro do alicate A figura a seguir mostra um multímetro alicate Para compreender melhor como são as leituras de tensão e correntes elétricas utilizaremos um simulador O próximo capítulo mostra como faremos Exercícios No circuito abaixo qual a leitura do voltímetro considerando que a tensão d a fonte é de 200 Volts e o valor da resistência é de 15 Ω Resposta No circuito abaixo qual a leitura do voltímetro considerando que a tensão do voltímetro é de 200 Volts e o valor da resistência é de 1 6 Ω Resposta No circuito abaixo qual a leitura do voltímetro Resposta MEDIÇÕES COM O AUXÍLIO DO SIMULADOR Introdução Para verificarmos como são feitas as leituras n os instrumentos elétricos utilizaremos o simulador PSIM que tem uma versão com distribuição gratuita É possível instalar esse simulador a partir do endereço abaixo Preencha o questionário antes de baixar o instalador Esse simulador está disponível nas versões 32 e 64 bits Escolha de acordo com a versão do seu sistema operacional httpspowersimtechcomproductspsimpsimpricingandlicensingdownloaddemo Após a instalação siga o roteiro para realizar as simulações Medidas de tensão e corrente 321 Primeira Simulação Qua ndo executar o PSIM a tela abaixo aparecerá Para iniciar clique em File e depois em New ou onde a seta está indicando Isso abrirá uma nova área de trabalho A tela abaixo aparecerá Nesse momento podemos começar a instalar os blocos para realizar a simulação Nosso primeiro exercício de simulação faremos a leitura de tensão em algumas condições diferentes Faremos o circuito inicial com uma fonte de tensão e uma carga que representará uma lâmpada Para instalar a fonte clique em ElementsSourcesVoltageDC e uma fonte aparecerá quando o mouse entrar na área de trabalho do PSIM Clique na área de trabalho do PSIM para fixar a fonte Em seguida clique em ElementsPowerRLC BranchesResistor R e quando estiver na área de trabalho clique conforme está na figura a seguir Para in cluir um medidor de tensão no circuito clique em ElementsOtherProbesDC Voltmeter e inclua na área de trabalho conforme figura Para ligar o circuito existe na linha superior uma caneta Wire Após clique numa extremidade superior da fonte e arraste a caneta até a resistência Em seguida ligue a resistência ao medidor Repita para a parte inferior até obter a figura a seguir Após ler as instruções anteriores verifique se seu projeto está igual a figura anterior Caso tenha algo diferente leia as informações anteriores até que o circuito fique como o da figura anterior Só depois siga para os próximos passos Para programar os blocos iniciaremos pela fonte Clique na s eta branca na linha superior E depois um duplo clique sobre a fonte Altere para a sugestão conforme a figura e depois feche essa janela Com um novo duplo clique agora na resistência vamos ajustar seus parâmetros conforme a figura a seguir Com um novo duplo clique agora no medidor de tensão vamos ajustar seus parâmetros conforme a figura a seguir Agora vamos ajustar os parâmetros de simulação para isso clique em SimulateSimulation Control e leve o mouse para área de trabalho Aparecerá o símbolo de um relógio De um clique para fixar esse símbolo em nosso projeto Com um duplo clique abrirá a tela abaixo Faça os ajustes necessários antes de usar o simulador Agora está tudo pronto Podemos usar o simulador Para isto devemos clicar em SimulateRun Simulation E aparecerá a tela a seguir com o valor da tensão na resistência Após rodar o simulador algumas janelas podem abrir Não utilizaremos essas janelas Então feche essas janelas para obter as leituras desejadas A leitura que apareceu no medidor é de 220V igual ao da fonte pois não temos nenhuma outra resistência no nosso circuito 311 Segunda Simulação Vamos aproveitar o mesmo circuito e incluir agora uma leitura de corrente elétrica Para isso clique sobre a linha que conecta a fonte a resistência na parte superior e apague ess a linha Agora i nclua o medidor de corrente com um clique em ElementsOtherProbesDC Voltmeter Após isso com um duplo clique no leitor de corrente abrirá a janela a seguir para os ajustes necessários O novo circuito deverá ficar conforme a figura a seguir Podemos usar novamente o simulador Para isto devemos clicar em SimulateRun Simulation E aparecerá a tela a seguir com o valor da tensão na resistência Após a simulação podemos observar as leituras de tensão e corrente No caso da tensão de aproximadamente 220V e no caso da corrente 22A A tensão ficou com o valor aproximado da tensão da fonte Já a corrente elétrica representa o valor da tensão da fonte 220V dividido pelo valor da resistência 10 Ω assim obtemos o valor da leitura de 22A 312 Terceira Simulação Nas simulações anteriores não levamos em consideração a resistência dos cabos que alimentam nossa carga Isso fez com que a leitura da tensão na carga ficasse praticamente igual à da carga Agora vamos adotar vamos utilizar um cabo de 15 mm² com 5 metros de comprimento Para isso vamos calcular a resistência do condutor para ser incluído em série com a carga Para isso vamos usar a fórmula da Segunda Lei de Ohm conforme abaixo considerando a resistividade do cobre de 00172 Ω mm²m Rρ L A 00172 5 15 005733 Ω Vamos aproveitar o mesmo circuito e incluir agora as duas resistências dos condutores Para isso apague as duas conexões com a fonte e inclua duas resistências Em seguida com a caneta complete o circuito Os parâmetros da resistência referente ao cabo que alimenta a carga estão abaixo Após a simulação os valores das leituras são os que estão na figura a seguir 313 Quarta Simulação N ess a simulaç ão vamos imaginar que temos duas lâmpadas em paralelo na carga Então vamos colocar mais uma carga em paralelo com a carga existente com a mesma resistência da anterior O circuito após essa alteração ficará conforme a figura a seguir Após a simulação podese observar que o valor da tensão na carga quase não se alterou Mas o valor da corrente praticamente dobrou em função do aumento na carga 314 Criando um modelo de Simulação O próximo passo é criar um modelo que possa ser usado para várias simulações com alteração apenas a condição da chave interruptor Para isso vamos alterar nosso último circuito que tinha 2 lâmpadas para um com 6 lâmpadas Para incluir a chave clique em PowerSwichesPush Button Swith e na área de trabalho adicione 9 chaves Após a inclusão das chaves o circuito no PSIM deve ficar igual ao da figura a seguir Agora vamos colocar os valores em todos os componentes para um circuito mais próximo da realidade Para lâmpada vamos utilizar como exemplo uma lâmpada incandescente de 220V e 100W Para obter o valor da sua resistência interna usaremos P V 2 R R V 2 P R 220 2 100 484Ω Como já visto considerando um cabo de 15 mm² com 5 metros de comprimento Considerando a resistividade do cobre de 00172 Ω mm²m temos Rρ L A 00172 5 15 005733 Ω Simulando esse circuito com todas as chaves abertas podese observar que a leitura do Amperímetro é quase 0 A já do Voltímetro é de 220V aproximadamente Agora alterando a posição das chaves podese observar que as leituras vão se alterando EXERCÍCIOS Considerando o cabo de 5 m com fonte 220 V Lembrando novamente que foram adotadas as seguintes referências Tensão da fonte 220 V Potência da lâmpada 100 W Comprimento do condutor 5 m Com o circuito de teste montado vamos simular as condições da tabela a seguir e calcular a queda de tensão no condutor Qtde de lâmpadas Tensão 1 V Tensão 2 V Corrente A Queda de tensão 0 1 2 3 4 5 6 Na coluna Tensão1 coloque os valores da s leituras da tensão do Voltímetro1 e na Tensão2 os valores das leituras do Voltímetro2 Na coluna da Corrente coloque os valores das leituras do Amperímetro Para a coluna da queda de tensão em porcentagem podemos calcular o valor de cada linha por e Tens ã o 1 Tens ã o 2 Tens ã o 1 100 Considerando o cabo de 100 m com fonte 220 V Lembrando novamente que foram adotadas as seguintes referências Tensão da fonte 220 V Potência da lâmpada 100 W Comprimento do condutor 100 m Nesse caso como foi alterado o comprimento do condutor devemos recalcular sua resistência como sege Rρ L A 00172 100 15 11467 Ω Com o circuito de teste montado vamos simular as condições da tabela a seguir e calcular a queda de tensão no condutor Qtde de lâmpadas Tensão 1 V Tensão 2 V Corrente A Queda de tensão 0 1 2 3 4 5 6 Na coluna Tensão1 coloque os valores das leituras da tensão do Voltímetro1 e na Tensão2 os valores das leituras do Voltímetro2 Na coluna da Corrente coloque os valores das leituras do Amperímetro Para a coluna da queda de tensão em porcentagem podemos calcular o valor de cada linha por e Tens ã o 1 Tens ã o 2 Tens ã o 1 100 Repare nas tabelas que vão aparecer algumas diferenças Considerando o cabo de 5 m com fonte 127 V Lembrando novamente que foram adotadas as seguintes referências Tensão da fonte 127 V Potência da lâmpada 100 W Comprimento do condutor 5 m Nesse caso como foi alterado o valor da tensão da fonte devemos alterar também o valor da resistência de cada lâmpada como sege P V 2 R R V 2 P R 127 2 100 16126Ω Lembrar que colocar o valor da resistência de 5 m Com o circuito de teste montado vamos simular as condições da tabela a seguir e calcular a queda de tensão no condutor Qtde de lâmpadas Tensão 1 V Tensão 2 V Corrente A Queda de tensão 0 1 2 3 4 5 6 Na coluna Tensão1 coloque os valores das leituras da tensão do Voltímetro1 e na Tensão2 os valores das leituras do Voltímetro2 Na coluna da Corrente coloque os valores das leituras do Amperímetro Para a coluna da queda de tensão em porcentagem podemos calcular o valor de cada linha por e Tens ã o 1 Tens ã o 2 Tens ã o 1 100 Considerando o cabo de 100 m com fonte 127 V Lembrando novamente que foram adotadas as seguintes referências Tensão da fonte 127 V Potência da lâmpada 100 W Comprimento do condutor 100 m Lembrar que colocar o valor da resistência de 100 m Com o circuito de teste montado vamos simular as condições da tabela a seguir e calcular a queda de tensão no condutor Qtde de lâmpadas Tensão 1 V Tensão 2 V Corrente A Queda de tensão 0 1 2 3 4 5 6 Na coluna Tensão1 coloque os valores das leituras da tensão do Voltímetro1 e na Tensão2 os valores das leituras do Voltímetro2 Na coluna da Corrente coloque os valores das leituras do Amperímetro Para a coluna da queda de tensão em porcentagem podemos calcular o valor de cada linha por e Tens ã o 1 Tens ã o 2 Tens ã o 1 100 Para co nferência dos resultados no final deste material estão as tabelas com os valores obtidos pelo simulador em cada caso 45 Medidas de resistência 451 Primeira Simulação É possível calcular o valor da resistência quando se sabe os valores da tensão e da corrente Para isso vamos usar a expressão abaixo para determinar o valor da resistência P V 2 R R V 2 P Para obter os valores da tensão e da corrente vamos utilizar o circuito a seguir no simulador Para saber se o valor encontrado está correto vamos comparar com o valor que foi colocado no bloco da resistência Como os blocos utilizados nessa simulação já foram utilizados não repetiremos aqui como são obtidos e configurados Para treinar como são obtidos os valores das resistências partindo dos valores de tensão e corrente vamos utilizar as informações da tabela a seguir e completando a tabela com os valores obtidos Tensão V Resistência Ω Tensão V Corrente A Resistência Ω 127 20 127 35 127 150 220 20 220 35 220 150 452 Segunda Simulação Nessa simulação vamos colocar duas resistências em paralelo conforme figura Para isso utilizaremos resistências iguais conforme mostrado na tabela que deverá ser completada após as simulações Para obter os valores das resistências em paralelo podemos usar a fórmula a seguir R equivalente 1 R 1 1 R 2 1 R n Como utilizaremos apenas duas resistências teremos R equivalente 1 R 1 1 R 2 Melhorando temos R equivalente R 1 R 2 R 1 R 2 Considerando que as duas resistências são iguais teremos R equivalente R 2 2R R 2 Para a simulação como devem ser utilizadas duas resistências iguais podemos usar a expressão acima para determinar o valor de cada resistência Lembrando que as leituras são obtidas com as duas resistências conectadas a fonte As respostas desse exercício estão no final deste material Com essas informações determinar o valor de cada resistência na tabela a seguir Tensão V Resistência Ω Tensão V Corrente A R equivalente Ω Resistência Ω 127 20 127 35 127 150 220 20 220 35 220 150 453 Terceira Simulação Nessa simulação também utilizaremos duas resistências só que com valores diferentes conforme a tabela a seguir Tensão V Resistência 1 Ω Resistência 2 Ω Tensão V Corrente A R equivalente Ω 127 20 10 127 35 50 127 150 100 220 20 40 220 35 20 220 150 300 Para verificar se os valores de R equivalente obtido da simulação está correto podese utilizar a expressão abaixo R equivalente R 1 R 2 R 1 R 2 46 Medidas de potência 461 Primeira Simulação É possível também medir a potência consumida com o uso de um Wattímetro Para isso utilizaremos o modelo conforme figura a seguir O circuito é o mesmo utilizado para as medidas de queda de tensão incluindo o wattímetro e o voltímetro para mostrar a leitura do wattímetro O ícone do wattímetro pode ser encontrado no PSIM no caminho ElementsOtherProbesWattmeter kWh Meter WKWH1 Inclua no modelo e faça as conexões necessárias Em seguida inclua o Voltímetro do PSIM que está no caminho ElementsOtherProbesVoltage Probe Complete a tabela a seguir para fonte 220V e lâmpadas de 220V e 100W para as quantidades de lâmpadas conforme indicado na tabela Tensão V N Lâmpadas Pot esperada W Pot Lida W 220 0 0 220 1 100 220 2 200 220 3 300 220 4 400 220 5 500 220 6 600 Complete a tabela a seguir para fonte 127V e lâmpadas de 127V e 100W para as quantidades de lâmpadas conforme indicado na tabela Tensão V N Lâmpadas Pot esperada W Pot Lida W 127 0 0 127 1 100 127 2 200 127 3 300 127 4 400 127 5 500 127 6 600 Lembrese de ajustar os valores das resistências de acordo com a tensão conforme feito anteriormente As respostas estão no final deste material RESPOSTAS DOS EXERCÍCIOS Resposta s dos exercício s do capítulo 1 b 2 a 3 e 4 c 5 d Resposta s dos exercício s do capítulo 2 200 V 2 125 A 3 45 V 53 Respostas dos exercícios do capítulo 4 531 Considerando o cabo de 5 m com fonte 220 V Qtde de lâmpadas Tensão 1 V Tensão 2 V Corrente A Queda de tensão 0 22000 22000 000 000 1 22000 21995 045 002 2 22000 21989 091 005 3 22000 21984 136 007 4 22000 21979 182 010 5 22000 21974 227 012 6 22000 21969 272 014 532 Considerando o cabo de 100 m com fonte 220 V Qtde de lâmpadas Tensão 1 V Tensão 2 V Corrente A Queda de tensão 0 22000 22000 000 000 1 22000 21896 045 047 2 22000 21793 090 094 3 22000 21692 134 140 4 22000 21591 178 186 5 22000 21491 222 231 6 22000 21392 265 276 533 Considerando o cabo de 5 m com fonte 127 V Qtde de lâmpadas Tensão 1 V Tensão 2 V Corrente A Queda de tensão 0 12700 12700 0 000 1 12700 12691 079 007 2 12700 12682 157 014 3 12700 12673 236 021 4 12700 12664 314 028 5 12700 12655 392 035 6 12700 12646 471 043 534 Considerando o cabo de 100 m com fonte 127 V Qtde de lâmpadas Tensão 1 V Tensão 2 V Corrente A Queda de tensão 0 12700 12700 000 000 1 12700 12522 078 140 2 12700 12349 153 276 3 12700 12180 227 409 4 12700 12016 298 539 5 12700 11857 368 664 6 12700 11702 435 786 54 Exercício Resistência 5 41 Com uma resistência Tensão V Resistência Ω Tensão V Corrente A Resistência Ω 127 20 12700 635 2000 127 35 12700 363 3499 127 150 12700 085 14941 220 20 22000 1100 2000 220 35 22000 629 3498 220 150 22000 147 14966 5 4 2 Com duas resistências iguais Tensão V Resistência Ω Tensão V Corrente A R equivalente Ω Resistência Ω 127 20 12700 1270 1000 2000 127 35 12700 726 1749 3499 127 150 12700 169 7515 15030 220 20 22000 2200 1000 2000 220 35 22000 1257 1750 3500 220 150 22000 293 7509 15017 5 4 3 Com duas resistências diferentes Tensão V Resistência 1 Ω Resistência 2 Ω Tensão V Corrente A R equivalente Ω 127 20 10 12700 1905 667 127 35 50 12700 617 2058 127 150 100 12700 212 5991 220 20 40 22000 1650 1333 220 35 20 22000 1729 1272 220 150 300 22000 220 10000 55 Exercício Potência Tensão V N Lâmpadas Pot esperada W Pot Lida W 220 0 0 0 220 1 100 100 220 2 200 200 220 3 300 300 220 4 400 400 220 5 500 500 220 6 600 600 Tensão V N Lâmpadas Pot esperada W Pot Lida W 220 0 0 0 220 1 100 100 220 2 200 200 220 3 300 300 220 4 400 400 220 5 500 500 220 6 600 600 35 35 Projeto de Instalações Elétricas Projeto de Instalações Elétricas Universidade Santa Cecília Educação a Distância Universidade Santa Cecília Educação a Distância