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Fundamentos das Instalações Elétricas de Baixa Tensão Este capítulo apresenta os conceitos essenciais sobre o funcionamento das instalações elétricas de baixa tensão regulamentadas pela NBR 54102004 que define como baixa tensão até corrente contínua Sistema Elétrico Para entender o papel das instalações prediais é necessário conhecer o caminho da energia elétrica Geração Predominantemente hídrica 708 seguida por termelétrica 264 e nuclear 18 A geração ocorre a partir da energia mecânica que movimenta turbinas e aciona geradores síncronos Transmissão Leva a energia da geração até os centros consumidores em alta tensão 69 kV a 500 kV ou mais Distribuição Reduz a tensão nas subestações para níveis utilizáveis pelas cidades e consumidores como 220127 V ou 380220 V Alternativas Energéticas O crescimento do consumo e o esgotamento das fontes tradicionais destacam a necessidade de explorar energias alternativas como Solar Energia solar é a energia que vem da luz e do calor do sol Sendo uma fonte alternativa renovável e sustentável de energia que provém da radiação eletromagnética luz e calor emanada diariamente pelo sol Eólica A energia eólica é a energia elétrica produzida a partir da força dos ventos Biomassa Biomassa é uma fonte de energia renovável que utiliza elementos orgânicos como restos de animais e plantas Marés A energia das marés também conhecida como energia maremotriz é uma fonte de energia elétrica limpa e renovável Ela é gerada a partir do movimento das marés que é causado pela força gravitacional da Lua e do Sol Nuclear apesar das preocupações ambientais e com resíduos O sistema brasileiro adota 60 Hz de frequência e a geração trifásica é padrão para facilitar a transmissão e distribuição Em casos especiais como Itaipu utilizase corrente contínua em longas distâncias Conceitos Básicos Necessários aos Projetos das Instalações Elétricas 1 Preliminares Antes de projetar qualquer instalação elétrica é fundamental conhecer os conceitos físicos e matemáticos básicos que regem a eletricidade garantindo segurança e eficiência 2 Fundamentos da Eletricidade Composição da Matéria e Carga Elétrica Toda matéria é formada por átomos compostos por prótons positivos elétrons negativos e nêutrons neutros O movimento dos elétrons origina a eletricidade Diferença de Potencial ou Tensão Elétrica É a força que impulsiona os elétrons a moveremse num circuito medido em Volts V Corrente Elétrica Fluxo ordenado de elétrons num condutor medido em Amperes A Pode ser contínua CC ou alternada CA Resistência Elétrica Oposição à passagem da corrente elétrica medida em Ohms Ω depende do material da seção e do comprimento do condutor Lei de Ohm As leis de Ohm permitem calcularmos importantes grandezas físicas como a tensão corrente e a resistência elétrica dos mais diversos elementos presentes em um circuito No entanto essas leis só podem ser aplicadas a resistências ôhmicas isto é corpos cujas resistências tenham módulo constante V R x I 3 Tipos de Circuitos Circuito em Série Os componentes são ligados um após o outro a corrente é a mesma em todos Circuito em Paralelo Os componentes são ligados lado a lado a tensão é a mesma em todos os ramos Circuito Misto Combinação de ligações em série e paralelo muito comum em instalações residenciais Leis de Kirchhoff Essenciais para analisar circuitos complexos 1ª Lei Correntes A soma das correntes que entram num nó é igual à que sai 2ª Lei Tensões A soma das tensões num circuito fechado é zero 4 Potência e Energia Elétrica Potência Elétrica É a quantidade de energia consumida por unidade de tempo P V x I medida em Watts W Medidores de Potência e Energia Equipamentos que calculam o consumo e a potência usada pelos equipamentos Economia de Energia Elétrica Uso racional da energia escolha de equipamentos eficientes ex selo PROCEL e redução de perdas Fundamentos das Instalações Elétricas de Baixa Tensão 5 Magnetismo e Eletromagnetismo Campo Magnético e Indução Eletromagnética Corrente elétrica gera campo magnético e viceversa Esse fenómeno é a base dos transformadores e geradores Força Eletromotriz FEM É a energia fornecida por uma fonte bateria ou gerador que cria a diferença de potencial 6 Corrente Contínua CC e Corrente Alternada CA CC Fluxo contínuo de elétrons numa só direção baterias CA A corrente inverte o sentido periodicamente rede elétrica 7 Corrente Alternada Conceitos Avançados Ondas Senoidais e Valor Eficaz RMS A forma da onda CA é senoidal O valor eficaz RMS representa o valor equivalente da energia Circuitos CA em Regime Permanente Resistivo R Só dissipa energia Indutivo L Armazena energia no campo magnético Capacitivo C Armazena energia no campo elétrico RLC Combinação dos três formando o circuito mais completo 8 Geradores e Sistemas Trifásicos Geradores Monofásicos e Trifásicos Monofásico Uma única fase comum em residências Trifásico Três fases mais eficiente para grandes potências indústrias Fator de Potência Medida da eficiência da energia utilizada Fator baixo indica desperdício de energia reativa Ligações em Triângulo Δ e Estrela Y Triângulo Alta corrente tensão constante Estrela Menor corrente facilita o uso de neutro Composição da Matéria e Carga Elétrica Os materiais podem ser condutores como cobre e alumínio ou isolantes como plástico e borracha A eletricidade flui mais facilmente pelos condutores A unidade da carga elétrica é o Diferença de Potencial Tensão A tensão move os elétrons no circuito No Brasil tensões comuns são 127 V e 220 V residenciais 380 V e 440 V industriais Cuidados no projeto queda de tensão admissível e escolha da bitola do fio Corrente Elétrica Corrente é o fluxo de carga Tipos Corrente contínua CC Usada em baterias e eletrónica Corrente alternada CA Usada na rede elétrica mais fácil de transformar e transmitir Resistência Elétrica Quanto maior a resistência mais difícil a passagem da corrente Fatores Tipo de material Temperatura Comprimento e secção do condutor Fundamentos das Instalações Elétricas de Baixa Tensão Ligação trifásica estrela A ligação estrela ocorre quando um fio muitas vezes o neutro de cada sistema monofásico é conectado a um ponto comum aos três Assim eles passam a ter uma forma semelhante a uma estrela Para criar uma ligação estrela é preciso fazer um círculo de potência com três contadores tendo um fusível de proteção para cada fase Também é necessário um disjuntor de proteção que seja compatível com a carga que será gerada Ela é considerada uma das partidas de motores mais utilizadas principalmente por ter um custo baixo e um bom desempenho em diferentes aplicações Também é possível encontrar sua versão com reversão necessitam de um trabalho rápido e potente das suas máquinas são um exemplo de onde a ligação trifásica estrela pode ser aplicada Assim na hora da partida os equipamentos terão uma carga plena e poderão atuar de maneira máxima EX Um exemplo de ligação trifásica em triângulo é a ligação delta que é formada quando os condutores de fase da fonte são ligados aos vértices de um triângulo Ligação trifásica triângulo Também chamada de ligação delta ela é formada pela ligação de cada um dos condutores de fase da fonte aos vértices do triângulo formados pela carga elétrica Tem sua forma final parecida com a de um triângulo equilátero Neste tipo de condução o condutor neutro é desligado Além disso o motor recebe uma tensão menor 220380V Sua principal função é reduzir o valor da sua corrente de pico no momento da partida Ela é uma das partidas indiretas mais usadas já que é mais suave além de também ter um baixo custo e reduzir em 33 da corrente nominal utilizada Carros mais potentes poderão utilizar ligações trifásicas triangulares pois o motor precisa ser ligado de maneira mais suave Então acelerado para a sua potência máxima fornece melhor conforto ao motorista e menos riscos de acidentes EX Um exemplo de aplicação da ligação trifásica estrela é em indústrias que precisam de máquinas potentes e rápidas Por que economizar na energia elétrica Porque ao adotar práticas capazes de diminuir gastos ou o desperdício de recursos uma família pode ter mais estabilidade garantindo verba suficiente para alimentação educação e outros investimentos Medidas simples como trocar lâmpadas incandescentes por LEDs desconectar aparelhos da tomada quando não estão em uso e otimizar o uso de eletrodomésticos podem reduzir o valor da conta de luz Além disso a conscientização sobre o consumo responsável de energia contribui para a formação de uma cultura mais sustentávelem que todos entendam e valorizem a importância de preservar recursos naturais e minimizar o impacto ambiental O impacto da economia de energia Economizar eletricidade é uma prática cada vez mais importante tanto para a saúde financeira quanto para a sustentabilidade do planeta Ao empregar medidas para reduzir o consumo de eletricidade toda uma cadeia que envolve a exploração de recursos naturais também é gradativamente poupada No Brasil essa necessidade é ainda mais evidente devido à matriz energética do país e ao aumento constante dos custos de energia Benefícios complementares Além das questões financeiras e ambientais a economia de energia também promove a conscientização sobre o uso responsável dos recursos e incentiva o desenvolvimento e a adoção de tecnologias mais eficientes Isso inclui a utilização de equipamentos com melhor desempenho energético automação residencial geração própria de energia por meio de sistemas como painéis solares e uso adequado de eletrodomésticos que devem ficar ligados apenas quando forem utilizados Fundamentos das Instalações Elétricas de Baixa Tensão Considerações Finais Conceitos Básicos Necessários aos Projetos das Instalações Elétricas O conhecimento dos conceitos básicos de eletricidade é fundamental para qualquer profissional envolvido no projeto execução e manutenção de instalações elétricas Desde os princípios da carga elétrica passando pelas leis de Ohm e Kirchhoff até o entendimento dos circuitos em série paralelo e mistos cada conceito desempenha um papel essencial na segurança eficiência e funcionalidade das instalações Ao projetar uma instalação elétrica é indispensável compreender a diferença de potencial o fluxo de corrente e a resistência dos materiais pois são esses fatores que determinam o dimensionamento adequado dos condutores a escolha dos dispositivos de proteção e o correto funcionamento dos equipamentos Uma falha neste entendimento pode levar a problemas graves como o superaquecimento de cabos riscos de incêndios e até choques elétricos fatais Além disso o domínio da potência e do consumo de energia permite elaborar projetos que considerem o uso racional da eletricidade contribuindo para a redução de custos e para a preservação do meio ambiente A preocupação com o fator de potência por exemplo evita multas das concessionárias e melhora a eficiência do sistema elétrico como um todo Os conceitos de magnetismo indução eletromagnética e força eletromotriz também são imprescindíveis sobretudo em projetos industriais ou em instalações que envolvam motores transformadores e sistemas de geração de energia O correto entendimento da diferença entre corrente contínua e alternada e das particularidades das ondas senoidais e do valor eficaz RMS refletese diretamente na escolha dos materiais e dos equipamentos adequados para cada aplicação Por fim compreender o funcionamento dos sistemas monofásicos e trifásicos bem como as ligações em estrela e triângulo permite dimensionar corretamente as cargas garantindo o equilíbrio do sistema elétrico e a longevidade dos equipamentos Portanto o estudo aprofundado desses conceitos não é apenas uma etapa teórica mas uma necessidade prática que impacta diretamente na qualidade segurança e sustentabilidade das instalações elétricas Um bom projeto começa sempre com uma sólida base de conhecimentos técnicos e científicos e é essa base que diferencia o profissional qualificado e preparado para os desafios do setor elétrico 1 Capıtulo 1 Introducao a Instalacoes Eletricas de Baixa Tensao Este capıtulo apresenta os conceitos essenciais sobre o funcionamento das insta lacoes eletricas de baixa tensao regulamentadas pela NBR 54102004 que define como baixa tensao ate 1000 V em corrente alternada e 1500 V em corrente contınua 11 Sistema Eletrico Para entender o papel das instalacoes prediais e necessario conhecer o caminho da energia eletrica Geracao Predominantemente hıdrica 708 seguida por termeletrica 264 e nuclear 18 A geracao ocorre a partir da energia mecˆanica que movimenta tur binas e aciona geradores sıncronos Transmissao Leva a energia da geracao ate os centros consumidores em alta tensao 69 kV a 500 kV ou mais Distribuicao Reduz a tensao nas subestacoes para nıveis utilizaveis pelas cidades e consumidores como 220127 V ou 380220 V 12 Alternativas Energeticas O crescimento do consumo e o esgotamento das fontes tradicionais destacam a necessidade de explorar energias alternativas como Solar Energia solar e a energia que vem da luz e do calor do sol Sendo uma fonte alternativa renovavel e sustentavel de energia que provem da radiacao eletromag netica luz e calor emanada diariamente pelo sol Eolica A energia eolica e a energia eletrica produzida a partir da forca dos ventos Capıtulo 1 Introducao a Instalacoes Eletricas de Baixa Tensao 2 Biomassa Biomassa e uma fonte de energia renovavel que utiliza elementos orgˆani cos como restos de animais e plantas Mares A energia das mares tambem conhecida como energia maremotriz e uma fonte de energia eletrica limpa e renovavel Ela e gerada a partir do movimento das mares que e causado pela forca gravitacional da Lua e do Sol Nuclear apesar das preocupacoes ambientais e com resıduos O sistema brasileiro adota 60 Hz de frequˆencia e a geracao trifasica e padrao para facilitar a transmissao e distribuicao Em casos especiais como Itaipu utilizase corrente contınua em longas distˆancias 3 Capıtulo 2 Conceitos Basicos Necessarios aos Projetos das Instalacoes Eletricas 21 Preliminares Antes de projetar qualquer instalacao eletrica e fundamental conhecer os conceitos fısicos e matematicos basicos que regem a eletricidade garantindo seguranca e eficiˆencia 22 Fundamentos da Eletricidade 221 Composicao da Materia e Carga Eletrica Toda materia e formada por atomos compostos por protons positivos eletrons negativos e nˆeutrons neutros O movimento dos eletrons origina a eletricidade 222 Diferenca de Potencial ou Tensao Eletrica E aforcaque impulsiona os eletrons a moveremse num circuito medido em Volts V 223 Corrente Eletrica Fluxo ordenado de eletrons num condutor medido em Amperes A Pode ser contınua CC ou alternada CA 224 Resistˆencia Eletrica Oposicao a passagem da corrente eletrica medida em Ohms Ω depende do ma terial da secao e do comprimento do condutor Capıtulo 2 Conceitos Basicos Necessarios aos Projetos das Instalacoes Eletricas 4 225 Lei de Ohm As leis de Ohm permitem calcularmos importantes grandezas fısicas como a ten sao corrente e a resistˆencia eletrica dos mais diversos elementos presentes em um circuito No entanto essas leis so podem ser aplicadas a resistˆencias ˆohmicas isto e corpos cujas resistˆencias tenham modulo constanteV R I 23 Tipos de Circuitos 231 Circuito em Serie Os componentes sao ligados um apos o outro a corrente e a mesma em todos 232 Circuito em Paralelo Os componentes sao ligados lado a lado a tensao e a mesma em todos os ramos 233 Circuito Misto Combinacao de ligacoes em serie e paralelo muito comum em instalacoes residen ciais 234 Leis de Kirchhoff Essenciais para analisar circuitos complexos 1a Lei Correntes A soma das correntes que entram num no e igual a que sai 2a Lei Tensoes A soma das tensoes num circuito fechado e zero 24 Potˆencia e Energia Eletrica 241 Potˆencia Eletrica E a quantidade de energia consumida por unidade de tempo P V I medida em Watts W 242 Medidores de Potˆencia e Energia Equipamentos que calculam o consumo e a potˆencia usada pelos equipamentos Capıtulo 2 Conceitos Basicos Necessarios aos Projetos das Instalacoes Eletricas 5 243 Economia de Energia Eletrica Uso racional da energia escolha de equipamentos eficientes ex selo PROCEL e reducao de perdas 25 Magnetismo e Eletromagnetismo 251 Campo Magnetico e Inducao Eletromagnetica Corrente eletrica gera campo magnetico e viceversa Esse fenomeno e a base dos transformadores e geradores 252 Forca Eletromotriz FEM E a energia fornecida por uma fonte bateria ou gerador que cria a diferenca de potencial 26 Corrente Contınua CC e Corrente Alternada CA CC Fluxo contınuo de eletrons numa so direcao baterias CA A corrente inverte o sentido periodicamente rede eletrica 27 Corrente Alternada Conceitos Avancados 271 Ondas Senoidais e Valor Eficaz RMS A forma da onda CA e senoidal O valor eficaz RMS representa o valor equivalente da energia 272 Circuitos CA em Regime Permanente Resistivo R So dissipa energia Indutivo L Armazena energia no campo magnetico Capacitivo C Armazena energia no campo eletrico RLC Combinacao dos trˆes formando o circuito mais completo Capıtulo 2 Conceitos Basicos Necessarios aos Projetos das Instalacoes Eletricas 6 28 Geradores e Sistemas Trifasicos 281 Geradores Monofasicos e Trifasicos Monofasico Uma unica fase comum em residˆencias Trifasico Trˆes fases mais eficiente para grandes potˆencias industrias 2811 Fator de Potˆencia Medida da eficiˆencia da energia utilizada Fator baixo indica desperdıcio de energia reativa 282 Ligacoes em Triˆangulo e Estrela Y Triˆangulo Alta corrente tensao constante Estrela Menor corrente facilita o uso de neutro 29 Composicao da Materia e Carga Eletrica Os materiais podem ser condutores como cobre e alumınio ou isolantes como plastico e borracha A eletricidade flui mais facilmente pelos condutores A unidade da carga eletrica e o Coulomb C 210 Diferenca de Potencial Tensao A tensao move os eletrons no circuito No Brasil tensoes comuns sao 127 V e 220 V residenciais 380 V e 440 V industriais Cuidados no projeto queda de tensao admissıvel e escolha da bitola do fio 211 Corrente Eletrica Corrente e o fluxo de carga Tipos Corrente contınua CC Usada em baterias e eletronica Corrente alternada CA Usada na rede eletrica mais facil de transformar e trans mitir Capıtulo 2 Conceitos Basicos Necessarios aos Projetos das Instalacoes Eletricas 7 212 Resistˆencia Eletrica Quanto maior a resistˆencia mais difıcil a passagem da corrente Fatores Tipo de material Temperatura Comprimento e seccao do condutor 213 Ligacao trifasica estrela A ligacao estrela ocorre quando um fio muitas vezes o neutro de cada sistema monofasico e conectado a um ponto comum aos trˆes Assim eles passam a ter uma forma semelhante a uma estrela Para criar uma ligacao estrela e preciso fazer um cırculo de potˆencia com trˆes contadores tendo um fusıvel de protecao para cada fase Tambem e necessario um disjuntor de protecao que seja compatıvel com a carga que sera gerada Ela e considerada uma das partidas de motores mais utilizadas principalmente por ter um custo baixo e um bom desempenho em diferentes aplicacoes Tambem e possıvel encontrar sua versao com reversao Industrias que necessitam de um trabalho rapido e potente das suas maquinas sao um exemplo de onde a ligacao trifasica estrela pode ser aplicada Assim na hora da partida os equipamentos terao uma carga plena e poderao atuar de maneira maxima EX Um exemplo de ligacao trifasica em triˆangulo e a ligacao delta que e formada quando os condutores de fase da fonte sao ligados aos vertices de um triˆangulo 214 Ligacao trifasica triˆangulo Tambem chamada de ligacao delta ela e formada pela ligacao de cada um dos condutores de fase da fonte aos vertices do triˆangulo formados pela carga eletrica Tem sua forma final parecida com a de um triˆangulo equilatero Neste tipo de conducao o condutor neutro e desligado Alem disso o motor recebe uma tensao menor 220380V Sua principal funcao e reduzir o valor da sua corrente de pico no momento da partida Ela e uma das partidas indiretas mais usadas ja que e mais suave alem de tambem ter um baixo custo e reduzir em 33 da corrente nominal utilizada Carros mais potentes poderao utilizar ligacoes trifasicas triangulares pois o motor precisa ser ligado de maneira mais suave Entao acelerado para a sua potˆencia maxima fornece melhor conforto ao motorista e menos riscos de acidentes EX Um exemplo de aplicacao da ligacao trifasica estrela e em industrias que precisam de maquinas potentes e rapidas 8 Capıtulo 3 Economia de Energia Eletrica 31 Por que economizar na energia eletrica Porque ao adotar praticas capazes de diminuir gastos ou o desperdıcio de recursos uma famılia pode ter mais estabilidade garantindo verba suficiente para alimentacao educacao e outros investimentos Medidas simples como trocar lˆampadas incandescentes por LEDs desconectar apa relhos da tomada quando nao estao em uso e otimizar o uso de eletrodomesticos podem reduzir o valor da conta de luz Alem disso a conscientizacao sobre o consumo responsavel de energia contribui para a formacao de uma cultura mais sustentavelem que todos entendam e valorizem a importˆancia de preservar recursos naturais e minimizar o impacto ambiental 32 O impacto da economia de energia Economizar eletricidade e uma pratica cada vez mais importante tanto para a saude financeira quanto para a sustentabilidade do planeta Ao empregar medidas para reduzir o consumo de eletricidade toda uma cadeia que envolve a exploracao de recursos naturais tambem e gradativamente poupada No Brasil essa necessidade e ainda mais evidente devido a matriz energetica do paıs e ao aumento constante dos custos de energia 33 Benefıcios complementares Alem das questoes financeiras e ambientais a economia de energia tambem pro move a conscientizacao sobre o uso responsavel dos recursos e incentiva o desenvolvimento e a adocao de tecnologias mais eficientes Capıtulo 3 Economia de Energia Eletrica 9 Isso inclui a utilizacao de equipamentos com melhor desempenho energetico auto macao residencial geracao propria de energia por meio de sistemas como paineis solares e uso adequado de eletrodomesticos que devem ficar ligados apenas quando forem utili zados 10 Capıtulo 4 Consideracoes Finais O conhecimento dos conceitos basicos de eletricidade e fundamental para qualquer profissional envolvido no projeto execucao e manutencao de instalacoes eletricas Desde os princıpios da carga eletrica passando pelas leis de Ohm e Kirchhoff ate o entendimento dos circuitos em serie paralelo e mistos cada conceito desempenha um papel essencial na seguranca eficiˆencia e funcionalidade das instalacoes Ao projetar uma instalacao eletrica e indispensavel compreender a diferenca de potencial o fluxo de corrente e a resistˆencia dos materiais pois sao esses fatores que determinam o dimensionamento adequado dos condutores a escolha dos dispositivos de protecao e o correto funcionamento dos equipamentos Uma falha neste entendimento pode levar a problemas graves como o superaquecimento de cabos riscos de incˆendios e ate choques eletricos fatais Alem disso o domınio da potˆencia e do consumo de energia permite elaborar projetos que considerem o uso racional da eletricidade contribuindo para a reducao de custos e para a preservacao do meio ambiente A preocupacao com o fator de potˆencia por exemplo evita multas das concessionarias e melhora a eficiˆencia do sistema eletrico como um todo Os conceitos de magnetismo inducao eletromagnetica e forca eletromotriz tambem sao imprescindıveis sobretudo em projetos industriais ou em instalacoes que envolvam motores transformadores e sistemas de geracao de energia O correto entendimento da diferenca entre corrente contınua e alternada e das particularidades das ondas senoidais e do valor eficaz RMS refletese diretamente na escolha dos materiais e dos equipamentos adequados para cada aplicacao Por fim compreender o funcionamento dos sistemas monofasicos e trifasicos bem como as ligacoes em estrela e triˆangulo permite dimensionar corretamente as cargas garantindo o equilıbrio do sistema eletrico e a longevidade dos equipamentos Portanto o estudo aprofundado desses conceitos nao e apenas uma etapa teorica mas uma necessidade pratica que impacta diretamente na qualidade seguranca e sus Capıtulo 4 Consideracoes Finais 11 tentabilidade das instalacoes eletricas Um bom projeto comeca sempre com uma solida base de conhecimentos tecnicos e cientıficos e e essa base que diferencia o profissional qualificado e preparado para os desafios do setor eletrico
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Fundamentos das Instalações Elétricas de Baixa Tensão Este capítulo apresenta os conceitos essenciais sobre o funcionamento das instalações elétricas de baixa tensão regulamentadas pela NBR 54102004 que define como baixa tensão até corrente contínua Sistema Elétrico Para entender o papel das instalações prediais é necessário conhecer o caminho da energia elétrica Geração Predominantemente hídrica 708 seguida por termelétrica 264 e nuclear 18 A geração ocorre a partir da energia mecânica que movimenta turbinas e aciona geradores síncronos Transmissão Leva a energia da geração até os centros consumidores em alta tensão 69 kV a 500 kV ou mais Distribuição Reduz a tensão nas subestações para níveis utilizáveis pelas cidades e consumidores como 220127 V ou 380220 V Alternativas Energéticas O crescimento do consumo e o esgotamento das fontes tradicionais destacam a necessidade de explorar energias alternativas como Solar Energia solar é a energia que vem da luz e do calor do sol Sendo uma fonte alternativa renovável e sustentável de energia que provém da radiação eletromagnética luz e calor emanada diariamente pelo sol Eólica A energia eólica é a energia elétrica produzida a partir da força dos ventos Biomassa Biomassa é uma fonte de energia renovável que utiliza elementos orgânicos como restos de animais e plantas Marés A energia das marés também conhecida como energia maremotriz é uma fonte de energia elétrica limpa e renovável Ela é gerada a partir do movimento das marés que é causado pela força gravitacional da Lua e do Sol Nuclear apesar das preocupações ambientais e com resíduos O sistema brasileiro adota 60 Hz de frequência e a geração trifásica é padrão para facilitar a transmissão e distribuição Em casos especiais como Itaipu utilizase corrente contínua em longas distâncias Conceitos Básicos Necessários aos Projetos das Instalações Elétricas 1 Preliminares Antes de projetar qualquer instalação elétrica é fundamental conhecer os conceitos físicos e matemáticos básicos que regem a eletricidade garantindo segurança e eficiência 2 Fundamentos da Eletricidade Composição da Matéria e Carga Elétrica Toda matéria é formada por átomos compostos por prótons positivos elétrons negativos e nêutrons neutros O movimento dos elétrons origina a eletricidade Diferença de Potencial ou Tensão Elétrica É a força que impulsiona os elétrons a moveremse num circuito medido em Volts V Corrente Elétrica Fluxo ordenado de elétrons num condutor medido em Amperes A Pode ser contínua CC ou alternada CA Resistência Elétrica Oposição à passagem da corrente elétrica medida em Ohms Ω depende do material da seção e do comprimento do condutor Lei de Ohm As leis de Ohm permitem calcularmos importantes grandezas físicas como a tensão corrente e a resistência elétrica dos mais diversos elementos presentes em um circuito No entanto essas leis só podem ser aplicadas a resistências ôhmicas isto é corpos cujas resistências tenham módulo constante V R x I 3 Tipos de Circuitos Circuito em Série Os componentes são ligados um após o outro a corrente é a mesma em todos Circuito em Paralelo Os componentes são ligados lado a lado a tensão é a mesma em todos os ramos Circuito Misto Combinação de ligações em série e paralelo muito comum em instalações residenciais Leis de Kirchhoff Essenciais para analisar circuitos complexos 1ª Lei Correntes A soma das correntes que entram num nó é igual à que sai 2ª Lei Tensões A soma das tensões num circuito fechado é zero 4 Potência e Energia Elétrica Potência Elétrica É a quantidade de energia consumida por unidade de tempo P V x I medida em Watts W Medidores de Potência e Energia Equipamentos que calculam o consumo e a potência usada pelos equipamentos Economia de Energia Elétrica Uso racional da energia escolha de equipamentos eficientes ex selo PROCEL e redução de perdas Fundamentos das Instalações Elétricas de Baixa Tensão 5 Magnetismo e Eletromagnetismo Campo Magnético e Indução Eletromagnética Corrente elétrica gera campo magnético e viceversa Esse fenómeno é a base dos transformadores e geradores Força Eletromotriz FEM É a energia fornecida por uma fonte bateria ou gerador que cria a diferença de potencial 6 Corrente Contínua CC e Corrente Alternada CA CC Fluxo contínuo de elétrons numa só direção baterias CA A corrente inverte o sentido periodicamente rede elétrica 7 Corrente Alternada Conceitos Avançados Ondas Senoidais e Valor Eficaz RMS A forma da onda CA é senoidal O valor eficaz RMS representa o valor equivalente da energia Circuitos CA em Regime Permanente Resistivo R Só dissipa energia Indutivo L Armazena energia no campo magnético Capacitivo C Armazena energia no campo elétrico RLC Combinação dos três formando o circuito mais completo 8 Geradores e Sistemas Trifásicos Geradores Monofásicos e Trifásicos Monofásico Uma única fase comum em residências Trifásico Três fases mais eficiente para grandes potências indústrias Fator de Potência Medida da eficiência da energia utilizada Fator baixo indica desperdício de energia reativa Ligações em Triângulo Δ e Estrela Y Triângulo Alta corrente tensão constante Estrela Menor corrente facilita o uso de neutro Composição da Matéria e Carga Elétrica Os materiais podem ser condutores como cobre e alumínio ou isolantes como plástico e borracha A eletricidade flui mais facilmente pelos condutores A unidade da carga elétrica é o Diferença de Potencial Tensão A tensão move os elétrons no circuito No Brasil tensões comuns são 127 V e 220 V residenciais 380 V e 440 V industriais Cuidados no projeto queda de tensão admissível e escolha da bitola do fio Corrente Elétrica Corrente é o fluxo de carga Tipos Corrente contínua CC Usada em baterias e eletrónica Corrente alternada CA Usada na rede elétrica mais fácil de transformar e transmitir Resistência Elétrica Quanto maior a resistência mais difícil a passagem da corrente Fatores Tipo de material Temperatura Comprimento e secção do condutor Fundamentos das Instalações Elétricas de Baixa Tensão Ligação trifásica estrela A ligação estrela ocorre quando um fio muitas vezes o neutro de cada sistema monofásico é conectado a um ponto comum aos três Assim eles passam a ter uma forma semelhante a uma estrela Para criar uma ligação estrela é preciso fazer um círculo de potência com três contadores tendo um fusível de proteção para cada fase Também é necessário um disjuntor de proteção que seja compatível com a carga que será gerada Ela é considerada uma das partidas de motores mais utilizadas principalmente por ter um custo baixo e um bom desempenho em diferentes aplicações Também é possível encontrar sua versão com reversão necessitam de um trabalho rápido e potente das suas máquinas são um exemplo de onde a ligação trifásica estrela pode ser aplicada Assim na hora da partida os equipamentos terão uma carga plena e poderão atuar de maneira máxima EX Um exemplo de ligação trifásica em triângulo é a ligação delta que é formada quando os condutores de fase da fonte são ligados aos vértices de um triângulo Ligação trifásica triângulo Também chamada de ligação delta ela é formada pela ligação de cada um dos condutores de fase da fonte aos vértices do triângulo formados pela carga elétrica Tem sua forma final parecida com a de um triângulo equilátero Neste tipo de condução o condutor neutro é desligado Além disso o motor recebe uma tensão menor 220380V Sua principal função é reduzir o valor da sua corrente de pico no momento da partida Ela é uma das partidas indiretas mais usadas já que é mais suave além de também ter um baixo custo e reduzir em 33 da corrente nominal utilizada Carros mais potentes poderão utilizar ligações trifásicas triangulares pois o motor precisa ser ligado de maneira mais suave Então acelerado para a sua potência máxima fornece melhor conforto ao motorista e menos riscos de acidentes EX Um exemplo de aplicação da ligação trifásica estrela é em indústrias que precisam de máquinas potentes e rápidas Por que economizar na energia elétrica Porque ao adotar práticas capazes de diminuir gastos ou o desperdício de recursos uma família pode ter mais estabilidade garantindo verba suficiente para alimentação educação e outros investimentos Medidas simples como trocar lâmpadas incandescentes por LEDs desconectar aparelhos da tomada quando não estão em uso e otimizar o uso de eletrodomésticos podem reduzir o valor da conta de luz Além disso a conscientização sobre o consumo responsável de energia contribui para a formação de uma cultura mais sustentávelem que todos entendam e valorizem a importância de preservar recursos naturais e minimizar o impacto ambiental O impacto da economia de energia Economizar eletricidade é uma prática cada vez mais importante tanto para a saúde financeira quanto para a sustentabilidade do planeta Ao empregar medidas para reduzir o consumo de eletricidade toda uma cadeia que envolve a exploração de recursos naturais também é gradativamente poupada No Brasil essa necessidade é ainda mais evidente devido à matriz energética do país e ao aumento constante dos custos de energia Benefícios complementares Além das questões financeiras e ambientais a economia de energia também promove a conscientização sobre o uso responsável dos recursos e incentiva o desenvolvimento e a adoção de tecnologias mais eficientes Isso inclui a utilização de equipamentos com melhor desempenho energético automação residencial geração própria de energia por meio de sistemas como painéis solares e uso adequado de eletrodomésticos que devem ficar ligados apenas quando forem utilizados Fundamentos das Instalações Elétricas de Baixa Tensão Considerações Finais Conceitos Básicos Necessários aos Projetos das Instalações Elétricas O conhecimento dos conceitos básicos de eletricidade é fundamental para qualquer profissional envolvido no projeto execução e manutenção de instalações elétricas Desde os princípios da carga elétrica passando pelas leis de Ohm e Kirchhoff até o entendimento dos circuitos em série paralelo e mistos cada conceito desempenha um papel essencial na segurança eficiência e funcionalidade das instalações Ao projetar uma instalação elétrica é indispensável compreender a diferença de potencial o fluxo de corrente e a resistência dos materiais pois são esses fatores que determinam o dimensionamento adequado dos condutores a escolha dos dispositivos de proteção e o correto funcionamento dos equipamentos Uma falha neste entendimento pode levar a problemas graves como o superaquecimento de cabos riscos de incêndios e até choques elétricos fatais Além disso o domínio da potência e do consumo de energia permite elaborar projetos que considerem o uso racional da eletricidade contribuindo para a redução de custos e para a preservação do meio ambiente A preocupação com o fator de potência por exemplo evita multas das concessionárias e melhora a eficiência do sistema elétrico como um todo Os conceitos de magnetismo indução eletromagnética e força eletromotriz também são imprescindíveis sobretudo em projetos industriais ou em instalações que envolvam motores transformadores e sistemas de geração de energia O correto entendimento da diferença entre corrente contínua e alternada e das particularidades das ondas senoidais e do valor eficaz RMS refletese diretamente na escolha dos materiais e dos equipamentos adequados para cada aplicação Por fim compreender o funcionamento dos sistemas monofásicos e trifásicos bem como as ligações em estrela e triângulo permite dimensionar corretamente as cargas garantindo o equilíbrio do sistema elétrico e a longevidade dos equipamentos Portanto o estudo aprofundado desses conceitos não é apenas uma etapa teórica mas uma necessidade prática que impacta diretamente na qualidade segurança e sustentabilidade das instalações elétricas Um bom projeto começa sempre com uma sólida base de conhecimentos técnicos e científicos e é essa base que diferencia o profissional qualificado e preparado para os desafios do setor elétrico 1 Capıtulo 1 Introducao a Instalacoes Eletricas de Baixa Tensao Este capıtulo apresenta os conceitos essenciais sobre o funcionamento das insta lacoes eletricas de baixa tensao regulamentadas pela NBR 54102004 que define como baixa tensao ate 1000 V em corrente alternada e 1500 V em corrente contınua 11 Sistema Eletrico Para entender o papel das instalacoes prediais e necessario conhecer o caminho da energia eletrica Geracao Predominantemente hıdrica 708 seguida por termeletrica 264 e nuclear 18 A geracao ocorre a partir da energia mecˆanica que movimenta tur binas e aciona geradores sıncronos Transmissao Leva a energia da geracao ate os centros consumidores em alta tensao 69 kV a 500 kV ou mais Distribuicao Reduz a tensao nas subestacoes para nıveis utilizaveis pelas cidades e consumidores como 220127 V ou 380220 V 12 Alternativas Energeticas O crescimento do consumo e o esgotamento das fontes tradicionais destacam a necessidade de explorar energias alternativas como Solar Energia solar e a energia que vem da luz e do calor do sol Sendo uma fonte alternativa renovavel e sustentavel de energia que provem da radiacao eletromag netica luz e calor emanada diariamente pelo sol Eolica A energia eolica e a energia eletrica produzida a partir da forca dos ventos Capıtulo 1 Introducao a Instalacoes Eletricas de Baixa Tensao 2 Biomassa Biomassa e uma fonte de energia renovavel que utiliza elementos orgˆani cos como restos de animais e plantas Mares A energia das mares tambem conhecida como energia maremotriz e uma fonte de energia eletrica limpa e renovavel Ela e gerada a partir do movimento das mares que e causado pela forca gravitacional da Lua e do Sol Nuclear apesar das preocupacoes ambientais e com resıduos O sistema brasileiro adota 60 Hz de frequˆencia e a geracao trifasica e padrao para facilitar a transmissao e distribuicao Em casos especiais como Itaipu utilizase corrente contınua em longas distˆancias 3 Capıtulo 2 Conceitos Basicos Necessarios aos Projetos das Instalacoes Eletricas 21 Preliminares Antes de projetar qualquer instalacao eletrica e fundamental conhecer os conceitos fısicos e matematicos basicos que regem a eletricidade garantindo seguranca e eficiˆencia 22 Fundamentos da Eletricidade 221 Composicao da Materia e Carga Eletrica Toda materia e formada por atomos compostos por protons positivos eletrons negativos e nˆeutrons neutros O movimento dos eletrons origina a eletricidade 222 Diferenca de Potencial ou Tensao Eletrica E aforcaque impulsiona os eletrons a moveremse num circuito medido em Volts V 223 Corrente Eletrica Fluxo ordenado de eletrons num condutor medido em Amperes A Pode ser contınua CC ou alternada CA 224 Resistˆencia Eletrica Oposicao a passagem da corrente eletrica medida em Ohms Ω depende do ma terial da secao e do comprimento do condutor Capıtulo 2 Conceitos Basicos Necessarios aos Projetos das Instalacoes Eletricas 4 225 Lei de Ohm As leis de Ohm permitem calcularmos importantes grandezas fısicas como a ten sao corrente e a resistˆencia eletrica dos mais diversos elementos presentes em um circuito No entanto essas leis so podem ser aplicadas a resistˆencias ˆohmicas isto e corpos cujas resistˆencias tenham modulo constanteV R I 23 Tipos de Circuitos 231 Circuito em Serie Os componentes sao ligados um apos o outro a corrente e a mesma em todos 232 Circuito em Paralelo Os componentes sao ligados lado a lado a tensao e a mesma em todos os ramos 233 Circuito Misto Combinacao de ligacoes em serie e paralelo muito comum em instalacoes residen ciais 234 Leis de Kirchhoff Essenciais para analisar circuitos complexos 1a Lei Correntes A soma das correntes que entram num no e igual a que sai 2a Lei Tensoes A soma das tensoes num circuito fechado e zero 24 Potˆencia e Energia Eletrica 241 Potˆencia Eletrica E a quantidade de energia consumida por unidade de tempo P V I medida em Watts W 242 Medidores de Potˆencia e Energia Equipamentos que calculam o consumo e a potˆencia usada pelos equipamentos Capıtulo 2 Conceitos Basicos Necessarios aos Projetos das Instalacoes Eletricas 5 243 Economia de Energia Eletrica Uso racional da energia escolha de equipamentos eficientes ex selo PROCEL e reducao de perdas 25 Magnetismo e Eletromagnetismo 251 Campo Magnetico e Inducao Eletromagnetica Corrente eletrica gera campo magnetico e viceversa Esse fenomeno e a base dos transformadores e geradores 252 Forca Eletromotriz FEM E a energia fornecida por uma fonte bateria ou gerador que cria a diferenca de potencial 26 Corrente Contınua CC e Corrente Alternada CA CC Fluxo contınuo de eletrons numa so direcao baterias CA A corrente inverte o sentido periodicamente rede eletrica 27 Corrente Alternada Conceitos Avancados 271 Ondas Senoidais e Valor Eficaz RMS A forma da onda CA e senoidal O valor eficaz RMS representa o valor equivalente da energia 272 Circuitos CA em Regime Permanente Resistivo R So dissipa energia Indutivo L Armazena energia no campo magnetico Capacitivo C Armazena energia no campo eletrico RLC Combinacao dos trˆes formando o circuito mais completo Capıtulo 2 Conceitos Basicos Necessarios aos Projetos das Instalacoes Eletricas 6 28 Geradores e Sistemas Trifasicos 281 Geradores Monofasicos e Trifasicos Monofasico Uma unica fase comum em residˆencias Trifasico Trˆes fases mais eficiente para grandes potˆencias industrias 2811 Fator de Potˆencia Medida da eficiˆencia da energia utilizada Fator baixo indica desperdıcio de energia reativa 282 Ligacoes em Triˆangulo e Estrela Y Triˆangulo Alta corrente tensao constante Estrela Menor corrente facilita o uso de neutro 29 Composicao da Materia e Carga Eletrica Os materiais podem ser condutores como cobre e alumınio ou isolantes como plastico e borracha A eletricidade flui mais facilmente pelos condutores A unidade da carga eletrica e o Coulomb C 210 Diferenca de Potencial Tensao A tensao move os eletrons no circuito No Brasil tensoes comuns sao 127 V e 220 V residenciais 380 V e 440 V industriais Cuidados no projeto queda de tensao admissıvel e escolha da bitola do fio 211 Corrente Eletrica Corrente e o fluxo de carga Tipos Corrente contınua CC Usada em baterias e eletronica Corrente alternada CA Usada na rede eletrica mais facil de transformar e trans mitir Capıtulo 2 Conceitos Basicos Necessarios aos Projetos das Instalacoes Eletricas 7 212 Resistˆencia Eletrica Quanto maior a resistˆencia mais difıcil a passagem da corrente Fatores Tipo de material Temperatura Comprimento e seccao do condutor 213 Ligacao trifasica estrela A ligacao estrela ocorre quando um fio muitas vezes o neutro de cada sistema monofasico e conectado a um ponto comum aos trˆes Assim eles passam a ter uma forma semelhante a uma estrela Para criar uma ligacao estrela e preciso fazer um cırculo de potˆencia com trˆes contadores tendo um fusıvel de protecao para cada fase Tambem e necessario um disjuntor de protecao que seja compatıvel com a carga que sera gerada Ela e considerada uma das partidas de motores mais utilizadas principalmente por ter um custo baixo e um bom desempenho em diferentes aplicacoes Tambem e possıvel encontrar sua versao com reversao Industrias que necessitam de um trabalho rapido e potente das suas maquinas sao um exemplo de onde a ligacao trifasica estrela pode ser aplicada Assim na hora da partida os equipamentos terao uma carga plena e poderao atuar de maneira maxima EX Um exemplo de ligacao trifasica em triˆangulo e a ligacao delta que e formada quando os condutores de fase da fonte sao ligados aos vertices de um triˆangulo 214 Ligacao trifasica triˆangulo Tambem chamada de ligacao delta ela e formada pela ligacao de cada um dos condutores de fase da fonte aos vertices do triˆangulo formados pela carga eletrica Tem sua forma final parecida com a de um triˆangulo equilatero Neste tipo de conducao o condutor neutro e desligado Alem disso o motor recebe uma tensao menor 220380V Sua principal funcao e reduzir o valor da sua corrente de pico no momento da partida Ela e uma das partidas indiretas mais usadas ja que e mais suave alem de tambem ter um baixo custo e reduzir em 33 da corrente nominal utilizada Carros mais potentes poderao utilizar ligacoes trifasicas triangulares pois o motor precisa ser ligado de maneira mais suave Entao acelerado para a sua potˆencia maxima fornece melhor conforto ao motorista e menos riscos de acidentes EX Um exemplo de aplicacao da ligacao trifasica estrela e em industrias que precisam de maquinas potentes e rapidas 8 Capıtulo 3 Economia de Energia Eletrica 31 Por que economizar na energia eletrica Porque ao adotar praticas capazes de diminuir gastos ou o desperdıcio de recursos uma famılia pode ter mais estabilidade garantindo verba suficiente para alimentacao educacao e outros investimentos Medidas simples como trocar lˆampadas incandescentes por LEDs desconectar apa relhos da tomada quando nao estao em uso e otimizar o uso de eletrodomesticos podem reduzir o valor da conta de luz Alem disso a conscientizacao sobre o consumo responsavel de energia contribui para a formacao de uma cultura mais sustentavelem que todos entendam e valorizem a importˆancia de preservar recursos naturais e minimizar o impacto ambiental 32 O impacto da economia de energia Economizar eletricidade e uma pratica cada vez mais importante tanto para a saude financeira quanto para a sustentabilidade do planeta Ao empregar medidas para reduzir o consumo de eletricidade toda uma cadeia que envolve a exploracao de recursos naturais tambem e gradativamente poupada No Brasil essa necessidade e ainda mais evidente devido a matriz energetica do paıs e ao aumento constante dos custos de energia 33 Benefıcios complementares Alem das questoes financeiras e ambientais a economia de energia tambem pro move a conscientizacao sobre o uso responsavel dos recursos e incentiva o desenvolvimento e a adocao de tecnologias mais eficientes Capıtulo 3 Economia de Energia Eletrica 9 Isso inclui a utilizacao de equipamentos com melhor desempenho energetico auto macao residencial geracao propria de energia por meio de sistemas como paineis solares e uso adequado de eletrodomesticos que devem ficar ligados apenas quando forem utili zados 10 Capıtulo 4 Consideracoes Finais O conhecimento dos conceitos basicos de eletricidade e fundamental para qualquer profissional envolvido no projeto execucao e manutencao de instalacoes eletricas Desde os princıpios da carga eletrica passando pelas leis de Ohm e Kirchhoff ate o entendimento dos circuitos em serie paralelo e mistos cada conceito desempenha um papel essencial na seguranca eficiˆencia e funcionalidade das instalacoes Ao projetar uma instalacao eletrica e indispensavel compreender a diferenca de potencial o fluxo de corrente e a resistˆencia dos materiais pois sao esses fatores que determinam o dimensionamento adequado dos condutores a escolha dos dispositivos de protecao e o correto funcionamento dos equipamentos Uma falha neste entendimento pode levar a problemas graves como o superaquecimento de cabos riscos de incˆendios e ate choques eletricos fatais Alem disso o domınio da potˆencia e do consumo de energia permite elaborar projetos que considerem o uso racional da eletricidade contribuindo para a reducao de custos e para a preservacao do meio ambiente A preocupacao com o fator de potˆencia por exemplo evita multas das concessionarias e melhora a eficiˆencia do sistema eletrico como um todo Os conceitos de magnetismo inducao eletromagnetica e forca eletromotriz tambem sao imprescindıveis sobretudo em projetos industriais ou em instalacoes que envolvam motores transformadores e sistemas de geracao de energia O correto entendimento da diferenca entre corrente contınua e alternada e das particularidades das ondas senoidais e do valor eficaz RMS refletese diretamente na escolha dos materiais e dos equipamentos adequados para cada aplicacao Por fim compreender o funcionamento dos sistemas monofasicos e trifasicos bem como as ligacoes em estrela e triˆangulo permite dimensionar corretamente as cargas garantindo o equilıbrio do sistema eletrico e a longevidade dos equipamentos Portanto o estudo aprofundado desses conceitos nao e apenas uma etapa teorica mas uma necessidade pratica que impacta diretamente na qualidade seguranca e sus Capıtulo 4 Consideracoes Finais 11 tentabilidade das instalacoes eletricas Um bom projeto comeca sempre com uma solida base de conhecimentos tecnicos e cientıficos e e essa base que diferencia o profissional qualificado e preparado para os desafios do setor eletrico