Materiais Eletro-Eletrônicos - UFMS, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

Baixe Materiais Eletro-Eletrônicos - UFMS e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! 1 CHOQUE ELÉTRICO Em termos de riscos fatais, o choque elétrico, de um modo geral, pode ser analisado sob dois aspectos: - Correntes de choques de baixa intensidade, sendo o efeito mais grave a considerar o da fibrilação ventricular; - Correntes de choques de alta intensidade, proveniente de acidentes de alta tensão, sendo o efeito térmico o mais grave. Numa cidade, a população vive dentro de um circuito elétrico. Há redes elétricas energizadas por todos os lados. (paredes, tetos, piso, equipamentos, etc.) Devido ao gigantismo da rede elétrica, o choque é um evento corriqueiro e cada pessoa já recebeu, pelo menos um choque, muitos destes fatais ou com sequêlas. Ao circular pelo corpo humano, a corrente elétrica produz uma sensação desconfortável sentida pelo organismo, o que torna o choque elétrico mais perigoso que outros riscos físicos, como o fio, calor ou ruído. Para qualificar melhor os riscos e a gravidade do problema, são apresentados alguns dados estatísticos: - 43% dos acidentes ocorrem na residência; - 30% nas empresas; - 27% não foram especificadas. Os efeitos das perturbações do choque elétrico - Percurso da corrente elétrica pelo corpo humano; - Intensidade da corrente elétrica; - Tempo de duração do choque elétrico; - Área de contato do choque elétrico; - Pressão do contato; - Espécie da corrente; - Frequência; - Tensão; - Espraiamento da corrente de choque pelo corpo humano; - Condições da pele do indivíduo; - Região do choque no corpo humano; - Constituição física do indivíduo; - Estado de saúde do indivíduo; - Outras condições, ex: quanto a próteses metálicas internas, marca- passo, transplante, etc. As perturbações e sintomas no indivíduo: 2 Ao passar pelo corpo humano, a corrente elétrica causa um conjunto de perturbações de natureza e efeitos diversos, que se manifestam no organismo animal e humano desde uma ligeira contração superficial até uma violenta contração muscular, ocasionando morte instantânea. Tais distúrbios estão detalhados a seguir: - Inibição dos centros nervosos, inclusive dos que comandam a respiração produzindo parada respiratória; - Alteração no ritmo cardíaco podendo produzir fibrilação ventricular e uma consequente parada cardíaca; - Queimaduras profundas, produzindo necrose do tecido, ossos, músculo, órgãos, etc; - Alterações do sangue provocadas por efeitos térmicos eletrolíticos da corrente elétrica; - Perturbação no sistema nervoso; - Sequelas em vários órgãos do corpo humano: renais mentais; - Contrações musculares; - Eletrólise no sangue; - Retenção sangúínea. Estatisticamente, as incidências em ordem decrescentes dos choques elétricos no corpo humano, estão assim relacionadas: mãos, braços, costas, cabeças, pernas, troncos, etc. Espraiamento da corrente do choque elétrico Em conseguência da diferença de resistência elétrica e de seções transversais das várias regiões do corpo humano, a corrente que provoca o choque elétrico sofre, dentro de um indivíduo, uma distribuição diferenciada, isto é, um espraiamento. Evidentemente, em decorrência disto, as várias regiões do corpo humano, para uma corrente de choque, ficam sujeitas a diferentes densidades de correntes. Deste modo os efeitos térmicos são mais intensos nas regiões de alta densidade de corrente. Macro choque: É definido quando a corrente entra, pela pele, invade o corpo e sai novamente pela pele (choque comum). Micro choque: É o que ocorre no interior do corpo humano, provocado por defeito em equipamento médico-hospitalar. (equipamento invasivo). Tipos de choque: A queimadura produz danos e sequelas, tais como: - Perda da massa muscular - Perda da massa óssea - Perda da coordenação motora - Perda da sensibilidade - Perda da memória - Atrofia - Problemas mentais Pele humana A pele humana equivale a 14% do peso do corpo humano e, é composta de duas partes: epiderme e derme. A epiderme é a parte externa da pele composta por glândulas e pelos, com constituição seca e escamosa. Deste modo, é mal condutora, sendo sua resistência elétrica variando como o estado da umidade no local do contato como o circuito energizado. A derme é constituída de vasos e nervos, com isto é boa condutora. É pela derme que o choque de alta frequência percorre, se esse for elevado, toda a derme a queimadura é dissolvida, tornando-se uma pasta gelatinosa. A epiderme perde a aderência com o corpo, ficando flácida e caída. A impedância da pele depende de: - Tensão de contato - Frequência elétrica - | Tempo de choque - Umidade da pele - Area de contato - Temperatura da pele - Tipo de pele. As características de pele diferenciam de indivíduo para indivíduo, influenciando a circulação de corrente sob o corpo de cada pessoa. Diversos são os fatores que irão influenciar nesta capacidade de condução como: A Espessura da pele, onde a pele grossa é mais isolante que uma pela fina. Por este motivo que os eletricistas “calejados” quase não sentem o choque. A Umidade, onde uma pele úmida se torna excelente condutora de eletricidade, principalmente se estiver molhada de suor que, pela presença de sal, é mais condutora ainda. Isso torna o choque nas condições de um banho, extremamente perigoso, pois as correntes podem ser dezenas de vezes maiores do que em condições normais. Presença de Cortes, onde coloca a pela “molhada” do nosso corpo, formado por fluidos sanguíneos ou outros interiores, em contato direto com a eletricidade, aumentando em muito a intensidade do choque elétrico. Exposição a partes mais Sensíveis, onde um choque nos dedos (pele mais grossa) apresentará uma intensidade menor do que em partes onde a pele é 6 mais fina, sensível e úmida. Geralmente a exposição ocorre quando o técnico utiliza o auxílio da boca para segurar um fio. Classificação da pele humana A pele humana praticamente limita a corrente e o choque, a pele é classificada em função do seu grau de umidade, isto é condição BB1 - pele seca, BB2 — pela úmida, BB3 — pele molhada e BB4 — pelo imersa na água. Para as mesmas condições da pele humana, o aumento da tensão elétrica diminui a resistência do corpo humano, aumentando, também o choque elétrico. A curva de segurança da tensão do choque de acordo com a classificação da pele pode ser vista na Figura 1. bia EE3 [DEZ [BEL NA a AS N 0,05 TEMPO (3) tn 0,03 0, O1 “o oIZ as St 75 100 200 300 TENSÃO DECONTATO Figura 1 — Curvas de segurança S de tensão para cada condição da pele humana. Para a situação do tipo de atividade que deixa a pele na condição BB4, a tensão de alimentação das instalações ou equipamentos elétricos é de 12V. As luminárias imersas na água da piscina devem ter as lâmpadas alimentadas por um circuito de 12V. Nesta condição, em caso de um choque acidental, não haverá risco de fibrilação ventricular. Com a pele na condição BB3, os equipamentos ao seu alcance devem ter tensão no máximo 25V. Condição BB2 — tensão máxima 50V Os choques analisados neste item são para toques acidentais diretos na parte energizado da rede, equipamentos ou circuitos da instalação elétrica. Frequência da corrente de choque elétrico O Limiar de Sensação da corrente cresce com um aumento da frequência, ou seja, correntes com frequências maiores são menos sentidas pelo organismo, estas correntes de altas frequências acima 100000 Hz, cujos efeitos se limitam ao aquecimento são amplamente utilizadas na medicina como fonte de febre artificial. Nessas condições pode-se fazer circular até 1º sobre o corpo humano sem causar perigo. Na Figura 2 temos o comportamento da contração muscular para uma corrente elétrica senoidal de mesma amplitude, mas com frequência variada. Figura 2 — Contrações musculares x frequência para corrente elétrica Observa-se a resposta distinta do músculo frente à variação da frequência para a mesma condição do choque elétrico Na Figura 3 temos os valores da corrente de choque elétrico senoidal versus frequência, para as mesmas condições de contração muscular. Figura 3 - Corrente elétrica x frequência para a mesma Irn&) 100 50 == NES, | Sintes A+ 20 in===55 == PU 10 = Z 7 AM M 3 ES 1 E + 10 50 100 500 1000 SODO 10000 E(Ã=) Contração muscular Curva 1 — mostra o limite convencional das intensidades de corrente elétrica do choque que não resulta nenhuma percepção. Curva 2- início da percepção para 50% das pessoas. Curva 3 início da percepção para 99,5% das pessoas. Curva 4- corrente de largar para 99,5% das pessoas. 10 - Mudança da concentração de sais minerais, produzindo desequilíbrio no corpo humano (mudança no equilíbrio de K+ no sangue). - Glutinação de sais, produzindo bolinhas que provocam coágulos no sangue, provocando trombose. Em AC, o efeito de eletrólise é muito pequeno podendo ser desconsiderado. Danos no cérebro Muitos acidentes ocorrem com choque elétrico na parte superior da cabeça. A corrente elétrica, passando através do cérebro, pode produzir efeitos diversos tais como: - Inibição do cérebro - Dessincronização nos seus comandos - Edema - | Isquemia - Aquecimento - Dilatação Dependendo do choque podem danificar regiões produzindo sequelas tais como: - Perda da memória - Perda do raciocínio - Perda da fala - | Comprometimento nos movimentos - Perda da visão, etc. Danos renais A corrente elétrica ao passar pelos rins pode comprometer o funcionamento deste órgão, com os seguintes efeitos: - Insuficiência renal - “Eneuresia (incontinência urinária). Os choques elétricos que produzem queimaduras em tecidos internos liberam grande quantidade de meoglobina, que é uma substância tóxica para os rins, acarretando a insuficiência renal. Os problemas renais geralmente aparecem depois de certo tempo, ficando difícil fazer a correlação do efeito com o choque elétrico. 1.2 Estado de saúde do indivíduo O estado físico psicológico de uma pessoa influi na reação ao choque: ansiedade, angústia, calafrios, febres influenciam na qualidade da pele. O perfil da pessoa: idade, tamanho, peso, sexo, etc. ex: “uma pessoa gorda, baixinha e com tórax largo suporta bem o choque elétrico”. q Arco Elétrico ou Arco Voltaico: acidente na rede elétrica provoca arcos voltaicos, que pode queimar a pele ou cegar a vítima, queimadura de fora para dentro, ao contrário da corrente elétrica. 1.3 Choques elétricos especiais: tais como: São causados acidentalmente nas pessoas sob certas circunstâncias Choque no local do corte da pele; Pessoas com próteses internas metálicas; Gravidez; Marcapasso; Durante cirurgias; Durante exames invasivos, etc. A grande barreira da corrente elétrica de choque é a pele humana, portanto se o choque ocorrer no local do corte no corpo a corrente será muito maior. Prótese = causa queimaduras. Gravidez = pode ocorrer fibrilação ventricular no feto. Muitos efeitos e danos do choque elétrico ainda são desconhecidos, principalmente aqueles com reflexos posteriores. Riscos do choque elétrico: Os riscos são grandes devido a corrente elétrica do choque ser: Invisível; Inodora Incolor Os efeitos podem ser imediatos ou a posteriori. 1.4 Aterramento Elétrico Deve cumprir a finalidade principal de: Sensibilizar a proteção para que sua atuação seja eficiente e segura. Os potenciais de toque e passo sejam menores que os limites da fibrilação ventricular. Escoar as cargas estáticas, equalizando os potenciais. Choque elétrico direto: Seu efeito depende: Resistência elétrica do corpo humano Resistência do calçado Resistência da terra Resistência do contato 12 Choque elétrico indireto: É o que ocorre em regiões que não estão energizadas diretamente, ocorrem devido a curto-circuito. ex: tensão de toque e passo. 1.5 Coração Humano Célula é a menor estrutura viva, nasce, cresce e morre para se manter viva recebe nutrientes e oxigênio 02. Exemplo Figura 4. 02 Nutrientes Detritos Figura 4 - Célula O sangue é o agente que possibilita o transporte dos nutrientes e oxigênio às células e o recolhimento dos resíduos e gás carbônicos (CO 2). Por ser um líquido com grande concentração de sais minerais, o sangue é um condutor de eletricidade. Por este motivo, a corrente elétrica do choque invade todos os órgãos. Há duas categorias de sangue: - Sangue arterial: é rico em 02 e pobre em C02, tem coloração vermelho intenso. - Sangue venoso: rico em C02 e pobre em 02, tem coloração vermelho escuro. Os Pulmões tem a finalidade de efetuar a hematose, isto é, a troca de Coz, pelo 02 no sangue, ou seja, o pulmão é o órgão que transforma o sangue venoso em sangue arterial. Coração humano é uma bomba hemo-hidráulica que bombeia o sangue para todo o corpo, promovendo uma perfeita irrigação das células. Portanto o funcionamento adequado de qualquer célula depende da bomba cardíaca. 15 1 | REDE DE T) PURKINJE FIBRAS MUSCULARES CARDIÁCAS Figura 9 — Esquema elétrico do coração Em análise só do ventrículo, este se comporta como um circuito elétrico, conforme Figura 10. CARGA BARRA LT + Gs ) | —. EM CARGA At P[—>——'——— | + [ DT» >> FIBRAS T—'—— — (a) — E MUSCULARES [> DDT ++== A VAZIO EI + o Feuá DE SIT — E REDE DE = PURKINIE CIRCUITO Figura 10 — Análogo Elétrico O NSA e o NAVY estão em paralelo, o NSA opera impondo o sinal. O NAV se mantém em sincronismo, porém a vazio. 16 As linhas de transmissão representam a rede de Pukinje e as barras de cargas são o consumo de cada fibra muscular dos ventrículos. Os sinais elétricos percorrem o coração com velocidades diferentes, pois as paredes do coração são formadas por tecidos que contém substâncias e plasmas com concentrações de sais diversos. Em função da variação de velocidade, também muda de forma. Exemplo Figuras 11,12 e 13. Figura 11 — Pontos enumerados no coração. 200 mmys 800-1200 mmys 1000-1500. mmjs 400-800 mmjs "x Figura 12 — Velocidade de propagação do sinal elétrico emitido pelo NSA(30). 17 Ny A 1 [4 2 a uM [Ta 4 5 Figura 13 — Formas do sinal elétrico no coração Eletrocardiograma (ECG) O pulso elétrico proveniente do NSA e que percorre o coração, ultrapassa os limites deste, chegando à flor da pele. Se este micro sinal for amplificado e registrado, teremos o seguinte sinal, dado pela Figura 14. oz o4 os Segundos -Figura 14 — Eletrocardiograma do ciclo cardíaco Como o sinal de tensão elétrica captada na pele é muito pequeno, qualquer problema de contato no eletrodo distorce o sinal. Antes de colocar o eletrodo a região deve ser limpa com álcool para retirar gordura e suor, e aplicar uma pasta com função condutora e umidificadora. Fases do ciclo cardíaco Observando as Figuras 15 e 16 é possível perceber três fases distintas: Onda P, que correspondente à fase de contração dos átrios - seus músculos não são muito forte porque sua função é apenas fazer o sangue passar para os ventrículos; Onda do complexo Q R S que corresponde a contração dos ventrículos. São músculos mais fortes e que produzem a pressão arterial. (este período é conhecido como refratário); 20 Este estado anárquico deixa as fibras polarizadas caoticamente, perdendo a cadência sincronizante. Desfribrilador Elétrico: Como a fibrilação ventricular é irreversível naturalmente, faz-se necessário o emprego de técnicas para que o coração retome o seu ritmo normal. Muitas pesquisas, drogas foram usadas, mas o método em que obteve sucesso foi o desfibrilador elétrico, que nada mais é do que um capacitor a ser descarregado no acidentado. C=10pFa50pF E= 2kVa9kV 1I=1a30A t=10ms Com a avalanche rápida de corrente unidirecional, obriga as fibras musculares do ventrículo a ficarem polarizadas, voltando a obedecer ao sinal emitido pelo NSA. Esta corrente de descarga do capacitor produz no coração e músculos adjacentes contrações violentíssimas que em consequência pode produzir irregularidades momentâneas ou permanentes. A regulagem do aparelho é feita pela energia armazenada no capacitor, CORAÇÃO pos RETIFICADORA E conforme exemplo na Figura 18. Figura 18 — Desfribrilador Elétrico A densidade de corrente ótima e a que produz a maior probabilidade de reverter a fibrilação do coração depende de: - | Estado clínico do coração - | Tamanho do coração > perímetro do tórax. - Peso do coração - Idade da vitima - Qualidade da pele - Peso da vítima A eficácia da cardioreversão depende: - Rapidez dos primeiros socorros - Eficiência da massagem cardíaca - Estado de saúde da vítima - | Tempo de utilização do desfribrilador. - Bom funcionamento do desfribrilador. 2 DIELÉTRICOS OU ISOLANTES 21 Dielétricos ou material isolante se caracterizam por oferecer uma considerável resistência a passagem da corrente. Quando temos dois condutores separados por um isolante, ao aumentarmos progressivamente a diferença de potencial entre esses condutores, o dielétrico deixa bruscamente de funcionar como isolante, sendo atravessado por uma corrente elétrica. O valor da diferença de potencial correspondente, referida à unidade de espessura do dielétrico (kV/mm) é a resistência dielétrica ou rigidez dielétrica. Chama-se rigidez dielétrica o gradiente de potencial, isto é, o quociente V/e no momento da ruptura e se avalia em kV/cm ou kV/mm. Nos Estados Unidos é comum expressar a rigidez dielétrica em volts por mil, lembrando que um mil é igual a 0,001 polegada. O valor da rigidez dielétrica de uma certa substância isolante depende de vários fatores entre os quais temos: - Classe de voltagem (DC ou AC), frequência. - Duração de aplicação da d.d.p. - Rapidez do crescimento da d.d.p. - Forma dos corpos de prova - Espessura do dielétrico - Temperatura - Tensão desruptura- breack-dowm. Perda dielétrica Os dielétricos sujeitos a d.d.p. CA apresentam perdas internas que tem por consequência o seu aquecimento, denominadas perdas dielétricas. Aumentam com: a d.d.p., temperatura, frequência, teor de umidade e as impurezas do isolante. Os materiais classificados como dielétricos não são isolantes perfeitos, ao contrário pode-se constatar que ainda apresenta uma reduzida condutividade a qual, entretanto, é tão pequena que pode ser geralmente desprezada, quando o material é usado dentro dos limites especificados pela sua rigidez dielétrica. 2.1 Classificação dos Dielétricos Gases dielétricos AR - O isolante de maior uso é o ar, sendo amplamente usado entre todos os condutores sem isolante ou líquido, ex: redes de transmissão e distribuição de energia, onde os condutores são fixados através de isolantes de porcelana. É o mais importante dos dielétricos gasosos, altamente confiável, desde que as voltagens que o submetam não sejam muito alta. A rigidez dielétrica do ar entre eletrodos planos, distintos entre si de 1 cm, à pressão atmosférica normal, é de 32 kV/cm; à pressão de 10 atmosferas a 22 rigidez dielétrica aumenta para 226 kV/cm e com o aumento da umidade pode decrescer a 3kV/mm. O ar apresenta o inconveniente de determinar a formação de ozônio, esse gás provoca uma destruição lenta dos isolantes, o ar pode formar com os outros gases misturas detonantes, por fim, o ar úmido determina a corrosão mais acentuada. Efeito Corona O efeito corona pode ser compreendido como uma forma incompleta da desrupção num gás. A descarga é incompleta. Observa-se este fenômeno no escuro, o eletrodo em forma de onda se faz luminoso, acompanhando de um ruído sibilante e desprendimento de ozônio, iluminação esta com um tom de violeta. Quando se estabelece uma diferença de potencial entre dois fios paralelos, situados no ar, a uma distância grande em relação ao diâmetro do fio, nota-se a formação de ozônio e ruído, perturbando os rádios-receptores nas proximidades. O conjunto destes fenômenos observados nas linhas de transmissão denomina-se de efeito corona. O efeito corona é devido à ionização do ar, diminui com o aumento do diâmetro dos condutores, e com o espaçamento entre eles. NITROGÊNIO - Também chamado de Azoto, tem rigidez dielétrica vizinha do ar, é um gás quimicamente neutro, é incolor, inodoro, insípido e forma quatro quintos partes do ar. Aplicações = transformadores em atmosfera de nitrogênio, pára-raios e cabos de altatensão GAS CARBONICO - Ou dióxido de carbono, rigidez dielétrica próxima a do ar, tendo como vantagem - não alimenta a combustão. Aplicação= cabos de alta tensão, empregado em mistura com o ar sob altas pressões. HIDROGÊNIO - rigidez dielétrica inferior a do ar, aproximadamente a metade, condutividade térmica elevada, portanto excelente agente de refrigeração. Aplicação = Aplicado no isolamento e refrigeração de alternadores de grande potência e motores síncronos. HEXAFLUORETO DE ENXOFRE (SF6) - É um gás que vem sendo usado largamente, com excelente meio extintor de arco nos disjuntores de alta tensão. As principais características de SF6 são as seguintes: - Seu peso é cinco vezes maior que a do ar; - Não é tóxico, é inodoro e incolor, - Não é inflamável, - Tem extraordinário poder de extintor de arco, estimado 2 vezes superior a do ar, - Rigidez dielétrica a pressão atmosférica é de 90 kV/cm, 3 vezes a do ar. - Rigidez dielétrica a 2 atmosferas é de 125 kV/cm, a pressão de 20 a 22 atmosferas se liquefaz - Condutibilidade térmica é elevada. 25 Um dos derivados mais importantes da borracha natural é a ebonite, que é obtida pela incorporação de uma forte proporção de enxofre (45%). Rigidez dielétrica - 180 a 250 kV/cm. Resinas artificiais BAQUELITE é um produto de poli condensação, é formado a partir do formaldeido sob a forma líquida a baquelite é empregada como elemento de impregnação em materiais filrosos, como madeira, papel, papelão. A baquelite ou Resite sólida é que é utilizada, sendo excelente isolante térmico e elétrico, resiste até a temperatura de 300º C Rigidez dielétrica - 50 a 400 kV/cm. POLIVINIL (P.V.C.) OU CLORETO DE POLIVINIL é um produto sólido resultante da polimeração do cloreto de vinil gasoso, um derivado do etileno. Esta resina, sob a forma de plástico é largamente usada como material isolante em isolamento de fio. Rigidez dielétrica - 300 a 400 kV/cm. EPOXIS são comercialmente conhecidos por araldite. Possui excelentes propriedades dielétricas grandes resistência mecânica, grande estabilidade térmica, ausência de envelhecimento, grande poder adesivo sobre os metais, vidros e porcelana, facilidade para moldagens. Rigidez dielétrica - 700 kV/cm. TEFLON (P.T.E.E.) é uma resina termoestável que é obtida através da polimerização do tetrafluoretileno. Excelente isolante, resistente ao calor e ao frio (- 100º C a 3000º C) resistente a maior parte dos agentes químicos. Devido a seu custo elevado, seu uso é limitado em casos onde existem condições severas de temperatura. Rigidez dielétrica - 180kV/cm. POLIETILENO é obtido pela polimerização de etileno, é uma resina termoplástica muito utilizada em eletrodomésticos, isolante em rádio-frequência e cabos de comunicação, especialmente em cabos submersos. Rigidez dielétrica - 400 - 500 V/mil. RESINA POLIÉSTER - podem ser termoestáveis ou termoplásticas. Rigidez dielétrica - 130 a 220 kV./cm. POLIAMIDOS (NYLON, CAPRON) - Resina obtida por policondensação, caracteriza-se por ser elástica e também forte resistência mecânica. Estas resinas largamente usadas para fabricação de fibras sintéticas, filmes e plásticos. Rigidez dielétrica - 100 a 180 kV/cm. POLIESTIRENO é uma resina resultante da polimerização do estireno. Desvantagens: torna-se inelástico e quebradiço em baixas temperaturas. BORRACHA SINTÉTICA, a borracha sintética mais parecida com a natural é a classificada como Buna, sendo a matéria prima principal neste tipo é um gás chamado butadieno, feito a partir do petróleo. Descobriram que o butadieno se aperfeiçoaria ao lhe ser adicionando um líquido chamado estireno, por meio deste, se consegue um tipo mais derivável com maior elasticidade, chamada borracha estireno. O neopreno é também uma sintética feita com acetileno. BETUMES E ASFALTO - são substâncias complexas, constituídas basicamente de hidrocarbonetos de cor negra. Podem ser artificiais (resultantes da destilação do óleo) ou naturais obtidas por mineração (asfalto) 26 Os principais empregos dos betumes são como produtos de enchimento, impregnação de enrolamento. VERNIZES - elevada rigidez dielétrica, pode ser agrupado em Vernizes de: impregnação, cobertura e de colagem. a) impregnação: destina-se a preencher vazios, em interior de isolamento deve possuir elevado poder de penetração, boa condutibilidade térmica, apresenta boa resistência mecânica. b) verniz de cobertura; Fio de enrolamento c) verniz de colagem: função é unir dielétrica, tais como plaqueta de mica. Madeira A madeira seca é um bom isolante, mas a umidade diminui consideravelmente suas qualidades dielétricas. A madeira também é utilizada como suporte para linha de transmissão e distribuição. A madeira utilizada em eletrotécnica é quase sempre tratada com: - | Impregnação com resinas, óleo de linhaça, parafina, etc. - Rigidez dielétrica - Paralelamente as fibras Perpendicular as fibras - 30 mm -25 kV/cm 30 mm - 64,2 kV/cm - 120mm-11,2kV/cm 120 mm - 30,2 kV/cm. - A madeira mais utilizada: Jatoba, Inhaiba, sucupira, cabiura, eucalipto. Papel - Composição básica é a celulose, polpa de madeira. - Rigidez deletéria do papel seco 600 a 800 kV/cm. - Papel Kraft- é o mais utlizado como isolante - | Papel manilha, papel Japon, papel chiffon. O maior problema do papel está em sua elevada higroscopia, o que condiciona seu uso na eletrotécnica a uma impregnação com óleo ou resinas. Geralmente 40% do volume do papel é de fibra, o restante é espaços livres. As principais utilizações do papel em eletrotécnica são: a) isolamento de cabos de energia, b) isolamento de bobina de transformador. c) bobina de cabos telefônicos d) em capacitores. Papelão-Presspan AMIANTO (ASBESTO) - é o único material fibroso de origem mineral, é um mal condutor de calor, totalmente incombustível, resiste temperatura de 1100 a 1650º C. O amianto se emprega quase sempre em forma de conglomerado com o cimento formando o cimento-amianto, é utilizado como suporte de resistência elétrica. 27 Mica É o nome genérico de um produto a base de silicatos de alumínio hidratados de metais alcalinos. No comércio é apresentado em lâminas de 0,015 a 0,033 mm, podendo ser empregada diretamente ou preparadas em pó de mica cimentada. As micas podem ser agrupadas em dois grandes grupos: as Muscovetas e Flogopitas, sendo as muscovetas de melhor qualidade. Resistente ao calor na faixa de 500 - 1000º C e pode alcançar 500kV/mm sua rigidez dielétrica. Altamente resistente a perfuração pelo impacto de faísca (punctura). Sua aplicação em eletrotécnica está ligada a corrente elétrica e ao calor, isto é, utilizada como isolante elétrico e térmico. A Índia é o maior produtor, o Brasil é um dos maiores produtores, verificando-se nos municípios de Paralhas e Carnaúba dos Pantos, no nordeste. Devido a pouca coesão entre as pequenas lâminas e a fragilidade das mesmas, utiliza-se vária forma composta a base de mica, tais como: - Micaleto (Megomite, Micanita, supermicanite). - Micasin (Dimicanit, Mica-Mat, Samica, Samicaneta) - Micalex ( Microy, Turx) - Micafólio ( Micafoliun) Porcelana Produto cerâmico é o nome dados a todos os inorgânicos que são cozidos em altas temperaturas. A porcelana é o mais antigo, apresentando rigidez dielétrica e mecânica elevada, seu principal componente e o caolim e a água que são silicatos alumínicos, que associam quartzo e o feldspato. Os materiais cerâmicos podem classificados em função de sua composição básica. Antes do cozimento pode colar as peças com uma pasta especial que no forno vitrifica-se (esmaltamento), o que torna o material menos poroso. Seu uso em eletrotécnica é mais como isolantes (35 kV/cm). Vidro Material básico é a sílica (SiO )quarizo, sua rigidez dielétrica está em torno de 250 a 500 kV/cm. Fibra de vidro Também conhecida como "Fiber-glass" ou glassfaeden, é um produto resultante do esticamento do vidro fundido em fios finos. Rigidez dielétrica - 40 a 50 kV/cm. (sem impregnação) 2.2 Resumo 30 3 ANÁLISE GERAL DOS METAIS Os elementos químicos são classificados em metálicos e em etalóides ou não-metálicos. Os metais apresentam as características apontadas abaixo: - Estrutura cristalina, - Brilho típico, - Elevada capacidade ou condutividade elétrica e térmica, - São geralmente sólidos, - Capacidade de deformação e moldagem, - Transforma em derivados metálicos quando expostos a certos ambientes. Ex.: exposto a ar - óxidos sal - ácidos Classificação quanto ao peso específico e ponto de fusão. - Metais leves = (peso específico < 4g/cm?) - Al, Mg, Be, Na e Ca. - Metais pesados = peso específico igual ou maior que 4g/cm? - Baixo ponto de fusão - até 10000C - Sn, Pb, Zn, Sb - Médio ponto de fusão - 1000 a 20000C - Cu, Fe, Ni, Mn. - Alto ponto de fusão - acima 20000C - W, Mo, Ta. Obtenção. Este estudo cabe a metalurgia - matéria-prima são os minérios, ou seja, as ligações do metal com o oxigênio, enxofre, sais e ácidos. Na natureza encontramos no estado puro apenas os metais nobres: ouro, platina e pequena quantidade de prata e de cobre. Obtenção de cobre: O principal minério de cobre é o CuFeSg, vindo a seguir o Cu2S, Cug Fe 83, Cu20, CuCO3. Cu(OH)a . A porcentagem de cobre nesses minerais varia de 3,5 a 0,5 %. Principais jazidas se localizam no Congo, Rodésia do Norte, USA, Austrália, Espanha, Suécia, Noruega e Chile. Os minérios de chumbo (Pb) e do Zinco (Zn) geralmente encontrados são sulfatos PbS e ZnS. O níquel (Ni) é mais raramente encontrado. Os principais minérios de tungstênio (W) são CaWO4, PbWO4 e a Wolframita [(Mn,Fe)WO4]. Esses minerais são encontrados principalmente na China, USA, Burma, Malásia, Portugal e Bolívia. Temperatura de fusão de 3300C a 3400ºC. Alumínio: O principal mineral são a bauxita (Al203H20), ou em outra forma Hidróxido de Alumínio [Al O(OH)]. 7% de toda crosta terrestre é de alumínio. O alumínio se caracteriza por uma grande afinidade com o oxigênio, ou seja, apresenta oxidação rápida. Temperatura de fusão 2050º C. 31 Materiais sob o ponto de vista elétrico - Materiais condutores - 10-2a 100 mm?/m - Materiais semicondutores - 10 a 1012 O mm?/m - Materiais isolantes - 1012 a 1024 O mm?/m p=RxA > Omm?=9cm=0m (Equação 02) L m onde: p - resistividade elétrica do material R - resistência elétrica (9) A - seção transversal (cm?) L - comprimento do corpo condutor (cm) Os metais de condutibilidade elétrica mais elevados, é que podem ser utilizados, sob o ponto de vista econômico. Ex.: Cobre, alumínio, prata, chumbo, platina, mercúrio. Nome Resistividade p(Q Mm?/M) Mercúrio 0.96 Chumbo 0.205 Níquel 0.072 Zinco 0.059 Alumínio 0.0262 Ouro 0.024 Cobre 0.0169 Prata 0.0162 3.1 Tipo de Metais Cobre Vantagens. - Pequena resistividade, perdendo apenas para a prata. - Característica mecânica favorável - Baixa oxidação para a maioria das aplicações - Fácil deformação a frio e a quente. Bronze Resistente ao desgaste por atrito, fácil usinagem usado para rolamentos, engrenagens, trilhos de contato, molas condutoras, fios finos. Alumínio É o segundo metal mais usado na eletricidade. 32 - Cobre-2a 3 vezes o preço do alumínio. - Consumo de cobre no Brasil - 20 vezes a produção. - Consumo de alumínio no Brasil - 70% da produção - (1977). Para fins de eletrotécnica usa-se alumínio com um teor máximo de impurezas, isto é, 0.5%. O alumínio mais puro é usado nas folhas e eletrodos de capacitores com 99.95% grau de pureza. O alumínio apresenta uma oxidação extremamente rápida. Os contatos entre o cobre e o alumínio precisam ser isolados contra a influência do ambiente (ar e umidade) para evitar a corrosão galvânica. Chumbo (Pb) Sua aplicação na eletricidade é encontrada reduzida em finas chapas ou folhas nas blindagens de cabos, acumuladores, material de solda, fusíveis e proteção contra ação de Raio-X. Estanho (Sn) Utilizado como material de solda, e em algumas aplicações é reduzido a finas folhas, este minério já esta se tornando bastante raro. Prata (Ag) É o metal nobre de maior uso industrial, notadamente nas peças de contato. A prateação, numa espessura de alguns micrometros, é usada para proteger peças e metais mais sujeitos a corrosão. Ouro (Au) É encontrado eletricamente em peças de contato na área de corrente muito baixa casos em que a oxidação poderia levar a interrupção elétrica do circuito. E o caso de peças de contatos em telecomunicações e eletrônica. Mercúrio (Hg) É o único metal líquido, à temperatura ambiente. Aquecido oxida-se rapidamente em contato com o ar. E usada em chaves basculante, lâmpada (V.M.), termômetro resistivo (0 a 100ºC). OBS: Os vapores de mercúrio são venenosos. Platina (Pt) Devido às suas propriedades antioxidantes o seu uso elétrico é encontrado, particularmente, em peças de contatos, anodos, fios de aquecimento. E 35 - Ligas para fins de regulação. Niquelina - (67CV, 30-3 (Ni e 2-3 Mn). A niquelina é usada como matéria-prima de dispositivos de partida e de resistores de pré-ligação. Ligas Cu - Mn - recomendadas para temperaturas até 400ºC A liga mais usada é o manganina com 86 Cu, 12 Mn e 2 Ni recomendado para resistores de precisão para fins de medição. A manganina é a liga básica para diversas ligas derivadas, tais como: ISABELINA = 84 Cu, 13 Mn e 3 Al, não possui niquel e substitui o Konstantan. Ligas de prata A resistividade é elevada e o coeficiente de temperatura é negativo e usado como resistores para regulação. As ligas principais são: Mg - Ag - Sn. Ligas de ouro cromo Utilizadas em resistores de precisão e em padrões. É bastante sensível a esforços mecânicos e à variação da umidade do ambiente. Ligas de níquel cromo Elevada resistividade e resistência mecânica a frio e a quente, recomendada para fabricação de fio para aquecimento. Ligas de aquecimento Tais ligas precisam ter uma elevada estabilidade térmica, tendo um bom comportamento corrosivo ou químico à temperatura local. Na escolha dos componentes de liga, também podem ser de importância sua capacidade de dilatação e de irradiação. Ligas para fins de medição Resistores para instrumentos de precisão admitem um coeficiente de temperatura máxima de 2,5 x 10%/ºC, uma pequena tensão de contato com relação ao cobre (no máximo 1 x 10ºV/ºC, a temperatura ambiente) e resistividade praticamente constante. Ligas para fins de regulação e carga Nesse caso, a faixa de temperatura se move entre 100 e 200ºC. Tipos de ligas resistivas 36 Ligas de cobre - geralmente usadas para fins de regulação e medição se usados para aquecimento, a temperatura máxima seria de 4000C; Ligas com Níquel (Cu - Ni); Composição 54% Cu, 45% Ni e 1% Mn recebe o nome de Konstantan, P20 = 0,500mm2/m - valor praticamente constante - boa estabilidade térmica, deve ser usado até 4000C. Ligas de ferro - aquecimento: Carvão para fins elétricos: O carvão apresenta uma variação de resistividade inversamente proporcional à temperatura. Matéria-prima: grafite natural ou o antracito, que é reduzido a pó e prensado na forma desejada, contando com acréscimo de um aglomerante. Peças de carvão são utilizadas eletricamente em: a) peças de contato. b) escovas coletoras - distinguem-se os seguintes tipos. Quadro 03 - Dados Técnicos De Escovas Elétricas (Valores Médios) Densidade de | Velocidade Resistividade TIPOS corrente admissível | admitida do rotor | elétrica (A/mm?) (m/s) (Qmm?/m) Carvão-grafítico | 7 10-15 20-60 grafítico 9 10-25 10-50 eletrografítico 10 25-45 10-60 cobre-grafítico 10-20 15-25 0.05-10 bronze-grafítico | 20 20 0.5-1.0 Outras aplicações do carvão: Microfones de carvão, resistores sem fio. Quadro 04 — Dados Técnicos de Alguns Metais 37 CONDUTIVIDA | RESISTÊNCIA LIGAS TRATAMENTO EM RELAÇÃO TRAÇÃO. EM ALON TOS AO KG/MME : COBRE (%) cu+ Cd recozido 95 até 31 50 (0,9 Cd) encruado 83-90 até 73 4 Bronze 0,8 Cd + recozido 55-60 29 55 0,6Sn Cu > 60% encruado 50-55 até 73 4 Bronze . 25Al+ recozido 15-18 37 45 2 Sn encruado 15-18 até 97 4 Bronze fosforoso recozido 10-15 40 60 7Sn+1 P encruado 10-15 105 3 Latão recozido 25 32-35 60-70 30 Zn encruado 25 até 88 5 Bronze B10,1% - 82 50-52 - Mn, ou resto Cu BI 0.8 Mn ou 1% Sn + 1 - 60 56-58 - Cd) Bill 2,4% Sn - 31 66-74 - ou 1,2 Sn +1,22n 40 Figura 23 — Emendas em Derivação Quando não há esforço mecânico nos condutores, geralmente as duas pontas são torcidas juntamente, como mostra a Figura 24 (rabo de porco). Pas rm Figura 24 — Emenda sem Esforços Mecânicos Emendas de cordões flexíveis - Alteme as emendas nos dois condutores. A junta terá diâmetro e maior segurança, como mostra a Figura 25. Figura 25 — Emendas de Cordões Flexíveis 41 4.1 Soldagem As pontas dos ferros de solda devem ser estanhadas (com solda), isto é o processo de aplicar a ponta de cobre uma camada protetora de solda, para evitar a oxidação. O processo consiste em : 1- Lime ou lixe a ponta do ferro de solda. 2- Ligue o ferro de solda e deixe o esquentar, 3- Aplique solda aos dois lados da ponta até que ela fique coberta por uma camada de solda. 4- limpe o excesso de solda com um pano. Como soldar um fio a um terminal, ou soldar 2 fios ? Uma boa ligação soldada tem a solda estritamente necessária. Qualquer outro aspecto indica uma solda imperfeita. Uma grande bola de solda nos terminais soldados, indica um excesso de solda. Se a junção é fosca e irregular, ou se as bordas da solda são bem visíveis, é sinal de que o metal não esta suficientemente quente quando a solda foi aplicada. O ferro de soldar deve ser aplicado na parte onde deve ser soldada, pressionando essas partes. Depois de alguns segundos, encoste a solda no lado oposto ao ferro. Se a solda se fundir prontamente, a conexão está suficientemente aquecida. Se a conexão ainda não esta bem quente, remova a solda e continue a aquecer o terminal com o ferro, não encoste a solda no ferro. Muitas vezes há o perigo de o calor do ferro de solda derreter ou queimar o isolamento dos condutores que estão sendo soldados, ou danificar componentes. Para evitar que isso ocorra, use um alicate de bico fino como dissipador de calor, agarre o fio ou o componente entre a conexão e a parte onde esta sendo soldada. Os condutores flexíveis são geralmente estanhados para evitar que ele se espalhe. Potências dos ferros de solda: - 25-30-75 W- eletrônica - 250 - 500 W - tipo machadinha Solda: - Estanho - Chumbo 70/30 - 60/40 - 50/50 - 40/60 Porcentagem de / Porcentagem de estanho chumbo 42 5 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO São dispositivos cujas finalidades é proteger a instalação em situações anormais. Em instalações prediais em baixa tensão normalmente é utilizado, fusível e disjuntor termo-magnéticos. 5.1 Fusíveis Basicamente são constituídos por um condutor de seção reduzida (elo fusível) em relação aos condutores da instalação, montados em uma base de material isolantes. Na ocorrência de correntes elevadas, o elo fusível deve fundir-se, interrompendo a passagem de corrente antes que ocorra algum dano à instalação. A curva característica da Figura 26 apresenta a relação entre o tempo necessário para a interrupção em função da corrente. curva característica Inom Figura 26 — Curva Característica do Fusível Dependendo do tempo de atuação podem ser classificados em rápidos e retardados. Normalmente os fusíveis retardados são empregados na proteção de motores, pois durante a partida a corrente pode atingir de 3 a 8 vezes o valor da corrente nominal, conforme indica a Figura 27. retardad - ado ti: tempo de atuação de um fusivel rapdo pa- ra uma corrente de fal- ta dy t2. tempo de atuação de um fusivel retardado com mes- mo Inom. para uma corrente de falta If 45 Fig. 32: Fusível Cartucho Tipo Faca O Quadro 05, a seguir, apresenta as classes de fusíveis com as capacidades em ampére para as quais são fabricados. Por exemplo, os fusíveis de 250, 300 e 400 A cabem no porta-fusíveis de 4004. Quadro 05 - Classes de Fusíveis com as Capacidades em Ampére. CAPACIDADE PARA AS QUAIS CLASSE SÃO FABRICADOS Ampéres Tipo Ampéres 30 cartucho 6-10-15-20-25-30 30 cartucho 10-15-20-25-30 60 cartucho 40-50-60 100 faca 80-100 200 faca 150-200 400 faca 250-300-400 600 500-600 Porta fusível de cartucho tipo virola: Os fusíveis são colocados em porta fusíveis, que podem constituir um dispositivo próprio ou em conjunto com chaves de faca, que então se denominam "chaves de faca com porta fusíveis", Conforme indica a Figura 33. 46 Figura 33 — porta Fusíveis de Cartucho de Virola Fusíveis tipos NH e D(Diazed) São dispositivos usados com o objetivo de limitar a corrente de um circuito, proporcionando sua interrupção em casos de curtos-circuitos ou sobrecargas de longa duração. a) Fusíveis NH: Os Fusíveis NH são compostos de base e fusíveis. A base é constituída geralmente de esteatita, plástico ou termofixo, possuindo meios de fixação a quadros ou placas. Possuem contatos em forma de garras prateadas, que garantem o contato elétrico perfeito e alta durabilidade; a essas garras se juntam molas que aumentam a pressão do contato, Conforme a Figura 34. 47 a = Material isolante (esteatita) b = Contato em forma de gerra c = Mola Fusível NH Figura 34 — Fusíveis Tipo NH O fusível possui um corpo de porcelana (Figura 35) de seção retangular, com suficiente resistência mecânica, contendo nas extremidades facas prateadas. Dentro do corpo de porcelana se alojam o elo fusível e o elo indicador de queima, imersos em areia especial, de granulação adequada. Clio indicador de queima Elo fusível, Corpo da porcelana Figura 35 Figura 36 50 Possui um indicador, visível através da tampa, denominado espoleta, com cores correspondentes às diversas correntes nominais. Esses indicadores se desprendem em caso de queima. O elo indicador de queima é constituído de um fio muito fino, que está ligado em paralelo com o elo fusível. No caso de fusão do elo fusível, o fio do indicador de queima também se fundirá, provocando o desprendimento da espoleta. Algumas cores e as correntes nominais correspondentes (fusíveis tipo D) estão representadas no Quadro 06 Quadro 06 — Intensidade de cor de Corrente Intensidade Intensidade Cor de corrente (A) Cor de corrente (A) Rosa 2 Azul 20 Marron 4 Amarelo 25 Verde 6 Preto 35 Vermelho 10 Branco 50 Cinza 16 Laranja 63 Fusíveis "D" - Composição: Os elementos que compõem o sistema de Fusível "D" são: Base (com fixação rápida ou por parafusos), Anel de Proteção (ou alternativamente Capa de Proteção), Parafuso de Ajuste, Fusível e Tampa, Conforme indica a Figura 43. No sistema "D" a troca de um fusível por outro de maior valor só é possível com a substituição do parafuso de ajuste (exceção: para 2, 4 e 6A, quando o parafuso tem a mesma bitola, embora diferenciado nas cores). 51 n poor Base Parafuso Fusível Tempa de Ajuste | [Re Do 69. faso | Ed (A) | i | | + | ssma1z ssna12 | ssH3 12 | | ssH313 | SSF1OZ SSFIOOZB SSFIOIB sSEs050OY SSH314 | SSHiTZ | EsH20p | gsm; 3 7X À 2 ! | | EsMeoo | ssmazo |s5 | ssmaas | | | | | | | ssuste | [sms | | | rep ei dale a, | | serena esrezoor | sentia | somem | assaz | somou | | q | ssuãão | ssosto | ssos 20 | | e] e - I . I Figura 43 - Composição do Fusível D Instalação de segurança com fusíveis: Os fusíveis devem ser colocados no ponto iniciais do circuito por proteger. Os locais devem ser arejados, evitando-se os ambientes confinados, para que a temperatura se conserve igual à do ambiente. Esses locais devem ser de fácil acesso, para facilitar a inspeção e a manutenção. A instalação da segurança de fusíveis deve ser feita de tal modo, que permita seu manejo sem perigo de choque para o operador. Aplicação de seguranças Nh e Diazed Os fusíveis construídos de acordo com o sistema NH são de ação retardada, pois são próprios para serem empregados em circuitos sujeitos a picos de corrente. São construídos para valores de corrente padronizada e variam de 6 a 1000A. Sua capacidade de ruptura é sempre superior a 70KA, com uma tensão máxima de 500V. Os fusíveis construídos de acordo com o sistema D (Diazed) podem ser de ação rápida ou retardada. Os fusíveis de ação rápida usam-se em circuitos resistivos (sem picos de corrente), e os de ação retardada, para circuitos sujeitos a picos de corrente (motores, capacitores, etc.). 52 São dados imprescindíveis dos fusíveis tipo D (Diazed) e NH que servem para a sua especificação e uso correto nas instalações elétricas. As características dos fusíveis tipo D (DIAZED) e NH Corrente nominal: A corrente nominal é a corrente máxima que o fusível suporta continuamente sem provocar a sua interrupção. E o valor marcado no corpo de porcelana do fusível. Corrente de curto-circuito: A corrente de curto-circuito é a corrente máxima que pode circular no circuito e que deve ser interrompida instantaneamente. A capacidade de ruptura: É o valor da potência que o fusível é capaz de interromper com segurança. Essa capacidade de ruptura não depende da tensão nominal da instalação, e sim do produto tensão x corrente. Tensão nominal: É a tensão para a qual o fusível foi construído. Os fusíveis nominais para baixa tensão são indicados para tensões de serviço em C.A. até 500V e em C.C. até 600V. Resistência de contato. É uma grandeza elétrica (resistência ôhmica) que depende do material e da pressão exercida. A resistência de contato entre a base e o fusível é a responsável por eventuais aquecimentos, em razão da resistência oferecida à corrente. Esse aquecimento às vezes pode provocar a queima do fusível. Substituição: Não é permitido o recondicionamento dos fusíveis, em virtude de geralmente não haver substituição adequada do elo de fusão. Curva, tempo de fusão-corrente: Em funcionamento, o fusível deve obedecer a uma característica, tempo de desligamento - corrente circulante, dada pelos fabricantes (Figura 44) rn » IN = corrente vominal — ICC - corrente de curto-cireuto ee - Temo de desligamento para curo- lee circuito | | LJ e dergado Figura 44 —- Curva, Tempo de Fusão-Corrente 55 Dois tipos de contatos com capacidade de cargas diferentes (principais e auxiliares) e mais robustez. Contatores auxiliares Tamanho físico varia conforme número de contatos (menor), são utilizados para aumentar o número de contatos auxiliares dos contatores. Vantagens do emprego dos contatores - | Comando a distância, - Números de manobras elevadas (10 a 30 milhões) - Vida mecânica elevada - Pequeno espaço para montagem Montagem Devem ser montada de preferência na vertical, inclinação máxima 22.5º em relação a vertical, isento de trepidações. A escolha de um contator é feita através de catálogo de fabricante, baseando-se na potência, tensão de ,serviço, frequência e tipo de carga do circuito. 5.3 Chaves auxiliares tipo botoeira As chaves auxiliares tipo botoeira são chaves de comandos manual que tem por finalidade interromper ou estabelecer momentaneamente, um circuito de comando. Podem ser montadas em caixas para sobreposição ou para montagem de painéis. As botoeiras podem ter diversos botões agrupados em painéis ou caixas, e o botão pode acionar também diversos contatos, abridores ou fechadores. Externamente são construídas com proteção contra ligação acidental, sem proteção ou com chave tipo fechaduras, denominada comutadores de comando podem ser sem proteção (saliente), protegido (guarda alta), tipo pendente. Número de Manobras: 10 milhões de operações. Botões: O botão desliga deve ficar sob o botão liga na posição vertical - Vermelho - Parar ou desligar. - Verde ou preto - Partida, ligado. - Amarelo - Partida de retrocesso fora das condições normais de operação. - Branco ou Azul claro - Qualquer função para o qual as cores mencionadas acima não têm validade. 5.4 Reostato de partida 56 É um resistor ajustável, construído de tal forma que permite variar sua resistência ôhmica sem abrir o circuito no qual se encontra inserido. Serve para regular a corrente e produzir queda de tensão. Apresentam as mais variadas formas construtivas. Aplicação Um motor monofásico tipo universal o reostato é ligado em série com o motor, ele limita a corrente, provoca queda de tensão controlada, o que permite a variação da velocidade do motor. No motor trifásico de rotor bobinado o reostato é ligado aos terminais do rotor, limitando a corrente no mesmo, permitindo ao motor partida suave e controle de velocidade. Motor trifásico rotor gaiola de esquilo ou rotor em curto, o reostato é ligado em série com duas das três linhas da rede, provocada queda de tensão e consequente redução da corrente de partida. Motor C.C. (série, paralelo e misto ou compound) o reostato é ligado em série com a armadura, reduzindo a corrente na partida. Tipos de Reostato Tubular, anel, placa circular, grade de ferro fundido, carvão sob pressão e líquido. Os reostatos tipo tubular, anel, placa circular, são construídos com fios níquel-cromo suportados por isolantes refratários, acondicionados em caixas metálicas, podendo ainda estar imersos em óleos isolantes. Partida - Y-A -motor de indução até 30 HP - Compensadora ou autotransformador - qualquer motor 32 de 10 a 200 Hp. - Indutor de partida e resistor de partida - Motor acima de 100 Hp. 5.5 Chave compensadora É um dispositivo próprio para partida de motor elétrico com tensão reduzida, a fim de evitar perturbações nas redes de energia. Usa-se também a chave de compensadora, atendendo a outros detalhes técnicos, quando o motor necessita partir com carga, onde outros dispositivos de partida tensão reduzida sejam contra indicadas. A tensão na chave compensadora é reduzida através do autotransformador, que a possui normalmente taps de 50, 65 e 80%, portanto, a chave compensadora através deste autotransformador reduz a tensão a esses valores Percentuais conforme indica a Figura 46 57 auiotransformador Figura 46 - Chave Compensadora com Taps. Vantagens No tap de 65% a corrente de linha é aproximadamente igual a chave Y- A, entretanto na passagem para a tensão da rede o motor não é desligado e o segundo pico é bem reduzido visto que o autotransformador por curto tempo se torna numa reatância. É possível a variação do tap de 65 para 80% ou até para 90% da tensão da rede, a fim de que o motor possa partir satisfatoriamente. Desvantagens - Limitação de sua freguência de manobra - Custo - Volume. 5.6 Chave reversora de comando manual trifásica São dispositivos de comando de motores trifásicos usados para partida e reversão da rotação, podem ser blindadas para montagem em sobre posição ou aberturas para montagem em painéis. Estas chaves podem ser secas ou imersas em óleo vegetal. Nessas condições são chaves para correntes mais elevadas em função do meio extintor de arco. As chaves reversoras de comando manual possuem três posições que podem ser direita, desligada e esquerda. Direta 5 Hp Motor 32 Hp Y-A até 30 Hp Vo -% 1 11/2 Tensão 500 a 800 V Compensadora 2-3-5-71/2 10 Corrente -15 - 30 —- 60 A ou 10 a 100 Hp 15-20 -25-30 Auto transformador 40-50 - 60 -75 5.6.1 100 - 125 -150 - 200 60 É a classificação que indica, para determinar equipamento elétrico, sua proteção contra choques, penetração de corpos estranhos, liquido, etc. 5.9 Relés eletromagnéticos São destinados a comandos ou proteção de circuitos. Tipos de relés Relés eletromagnéticos Relés de mínima tensão: Recebe uma regulagem para uma tensão mínima (aproximadamente 20% menor que a tensão nominal). Se esta baixar a um valor prejudicial, o relé atua interrompendo o circuito de comando das chaves principais, consequentemente abrindo seus contatos principais. Estes relés são aplicados principalmente em contatores e disjuntores. Relés eletromagnéticos da máxima tensão de corrente. Quando um relé for regulado para proteger um circuito contra excesso de corrente, ele abrirá o circuito principal indiretamente, assim que ela atingir o limite estabelecido pela regulagem. Funcionamento: circulando pela bobina uma corrente elevada, o núcleo atrai o ferro qual provoca a abertura de um contato, interrompendo o circuito. Relés térmicos Os relés térmicos são dispositivos constituídos para proteger, controlar e comandar um circuito elétrico, atuando sempre pelo efeito térmico provocado pela corrente elétrica. Os relés térmicos têm como o elemento básico o "bimetal". Esse elemento é constituído de 2 lâminas finas (normalmente ferro e níquel), sobrepostos e soldados. Quando dois metais, de coeficiente de dilatação diferentes, são unidos em superposição temos um par metálico (ou bimetal). Em virtude da diferença do coeficiente de dilatação, um dos metais se alonga mais que o outro. Por estarem rigidamente unidos, o de menor coeficiente de dilatação provoca um encurvamento do conjunto para o seu lado, afastando o conjunto de um ponto determinado. Esse movimento pode ser usado para diversos fins, como o disparar um gatilho e abrir um circuito. Aplicação dos relés térmicos: - Sobrecarga na proteção de motores - Controle de temperatura ambiente. Tipos de relés térmicos: - Direto ou indireto - Com retenção ou sem retenção 61 - Compensado - Diferenciais Direto - os relés são aquecidos pela passagem da corrente de carga pelo próprio bimetal. Indireto - o aquecimento do bimetal é feita por um elemento aquecedor indireto que transmite o calor para o bimetal, provocando a atuação do relé. Com retenção - são aqueles que possuem dispositivos que travam as lâminas bimetálicas na posição desligada, após a sua atuação, para recoloca-las em funcionamento, é necessário soltar manualmente a trava, o que se consegue ao apertar e soltar um botão. O relé estará novamente pronto para funcionar. OBS: antes de rearma-lo, verifique por que motivo o relé desarma. Compensados - são relés que não apresentam alteração na regulagem com a variação da temperatura ambiente. Assim, um réle regulado para 5 A não sofrerá alteração na regulagem, se a temperatura ambiente aumentar ou diminuir. Diferenciais ou de falta de fase - são relés que disparam com maior rapidez que a normal, quando há falta de fase ou sobrecarga em uma delas. Os diversos tipos de relés térmicos possibilitam a sua montagem em bases ou no próprio contato. A regulagem dos relés térmicos é processada no botão onde estão marcados os valores da corrente limite que se pretende estabelecer. A determinação deste valor dessa corrente dependerá da corrente de carga do motor. Os relés térmicos têm o mesmo princípio de funcionamento do disjuntor termo elétrico. Queck-lag (normalmente os dispositivos disjuntores não devem trabalhar a mais de 70%, 80% de sua capacidade nominal). Relé temporizado motorizado Os relés temporizados motorizados são dispositivos que atuam em circuitos de comando, para comutação de dispositivos de acionamento de motores, chaves estrela-triângulo, partidas em sequência, ou onde for necessário comando por temporização. Funcionamento O motor do relé, quando ligado movimenta um dispositivo de relógio, o qual aciona os contatos, após um tempo preestabelecido, abrindo ou fechando um circuito de comando e ou de sinalização. Existem temporizado eletrônico, bem mais eficiente. 62 6 SISTEMAS DE ATERRAMENTO Os principais tipos são: 6.1 Hastes O características: Uma haste vertical Hastes alinhadas Hastes em triângulo Haste em quadrados Haste em círculo Placas de material condutor Fios ou cabos: estendido, em crus, em estrela, quadrícula, formando malha de terra. material das hastes de aterramento deve ter as seguintes Baixa resistência elétrica. Inerte às ações dos ácidos e sais dissolvidos no solo. Sofrer a menor ação possível da corrosão galvânica. Resistência mecânica compatível com a cravação e movimentação do solo Tipo de hastes Copperweld — barra de aço de seção circular (alma de aço) onde o cobre é fundido sobre a mesma. Encamisada por extrusão — alma de aço revestido por um tubo de cobre através do processo de extrusão. Cadweld — alma de aço onde o cobre é depositado eletroliticamente. Cantoneira de ferro Zincada. 6.2 orrosão no sistema de aterramento , Eletronegatividade dos Metais O Quadro 07 abaixo, mostra a eletronegatividade dos metais mais importantes onde os potenciais dos metais estão referidas ao potencial do Hidrogênio, que tem referência de valor zero. Quadro 07 — Eletronegatividade dos Metais 65 Portanto, com o uso adequado da corrente impressa, pode-se controlar e determinar qual eletrodo será protegido. Esta técnica é muito empregada na proteção do material a ser protegido. Ação das correntes elétrica dispersa no solo No solo, há correntes elétricas provenientes de diversas fontes. Estas correntes são conhecidas como correntes dispersas, de fuga ou parasitas e procuram os caminhos de menor resistência, tais como encanamentos metálicos, trilhos, qualquer condutor enterrado, solos de menor resistividade e principalmente sistemas de aterramento. Conforme Figura 50 abaixo, os pontos onde as correntes de elétrons entram no condutor formarão uma religião anódica e sofrerá corrosão. A região catódica, isto é, a região protegida será a região formada pelas partes onde o fluxo de elétrons deixa o condutor. V— 4= == [37 Vergalhão Corroção Figura 50 — Correntes de Elétrons Dispersas no Solo Proteção contra corrosão: As correntes contínuas em relação à corrosão são muito mais atuantes que as correntes alternadas. Para uma corrente elétrica de mesmo valor, a alternada produz somente 1% da corrosão em corrente contínua. As fontes que geram correntes dispersas no solo são: - Correntes galvânicas devido à pilha eletroquímica formada no solo; - Correntes devido à tração elétrica de corrente contínua, com retorno pelos trilhos; - Corrente alternada com retorno pela terra do sistema monofásico com retorno pela terra (MRT); - Correntes alternadas provenientes dos curtos-circuitos nos sistemas de energia; - Corrente contínua de curtos-circuitos no sistema de transmissão em corrente contínua; - Correntes telúricas, geradas pelas variações de campo magnéticos provenientes da movimentação do magna da terra. Técnicas de proteção contra a corrosão 66 - Construir todo o sistema de aterramento com um único metal; - | Isolar o eletrólito de metal diferente do sistema de aterramento; - Usar ânodo de sacrifício para se obter a proteção; - Usar corrente impressa ou forçada. Proteção por isolação de um componente No sistema de aterramento é mais simples isolar o cabo de descida do equipamento aterrado, cobrindo toda a conexão com uma massa emborrachada, conforme Figura 51. Figura 51 — Cabo de Descida Isolado Proteção catódica por ânodo de sacrifício Para que o metal do sistema de aterramento fique protegido, basta ligá- lo a um outro metal que tenha um potencial menor na escala de eletronegatividade do Quadro 07. Assim, o material protegido será o cátodo e o outro será o ânodo. Como o ânodo sofrerá corrosão, ele é denominado de ânodo de sacrifício. Os materiais mais usados como ânodo de sacrifícios são as ligas de zinco, para solos de resistividades até 1000.0m e de magnésio para solos de até 30000m. Para proteções catódicas dos ânodos de sacrifício pode-se utilizar um revestimento (enchimento) formado por uma mistura à base de gesso (75%), bentonita (20%) e sulfato de sódio (5%), conforme Figura 52 abaixo. 67 cabo de ligação massa , emborrachada º*- haste o protegida enchimento Cátodo Figura 52 — Ânodo de Sacrifício de Zinco Com Enchimento Proteção por corrente impressa Aplicado em solos de resistividade elevada (acima de 3.0000m). Neste caso, deve-se impor uma corrente contínua com uma fonte externa (energia fornecida por trafo ou por sistemas fotovoltaicos), conforme Figura 53 abaixo. Figura 53 — Proteção por Corrente Impressa Para manter a vida útil e a eficiência da proteção por corrente impressa, deve-se usar um material altamente resistente à corrosão no eletrodo à ser corroído. Por isso ele é chamado de eletrodo inerte. Os materiais usados na confecção dos eletrodos inertes são: - Grafite ou ferro silício em solos normais. - Ferro-silicio-cromo (81% Fe + 14,5% Si + 4,5% Cr) em solo com salinidade. 70 Marcação Meio interno Bulbo G Filamento anchos Suportes Botão Cana ft Elstrodos internos Haste central Disco defletar Selo da haste Tubo de exaustão + — Solda Flange Cimento ————— Basa —————— Bico —a Isolamento da base Ed Disco central de contato Solda ———— Figura 55 - Lâmpada Incandescente Eletrodos externos Bulbo Se o filamento aquecido for exposto ao ar será rapidamente evaporado ou se queimará. A solução é colocá-lo em um bulbo de vidro. O ar existente ao redor do filamento é então extraído e substituído por um gás inerte, denominado gás de enchimento. Este gás de enchimento retarda a evaporação do filamento. Algumas lâmpadas de baixa potência, em vez do gás, têm vácuo em seu interior. Os gases nitrogênio e argônio são mais utilizados, usa-se também o criptônio, mas seu preço é muito elevado. Os materiais mais comumente usados na fabricação do bulbo de lâmpadas incandescentes são feitos de vidro alcalino, porém muitos bulbos são feitos de vidros resistentes ao calor, chamados vidros duros. Outras lâmpadas, como a família halógena, usam o quartzo. *O Bulbo poderá ser transparente ou ter acabamento argente (leitoso). n Formato do Bulbo Os formatos dos bulbos são indicados por um código de letras. Provavelmente esta é a característica mais fácil de se reconhecer, como podemos observar na Figura 56. A - Arbitrário PAR - Refletor O formato mais Aluminizado Comum para Parabólico. lâmpadas incandescentes. ER - Refletor T- Tubular Elítico Utilizado onde o espaço é limitado. P ou PS - Pêra. Utilizado nas lâmpadas de alta potência Fig. 56 - Formato de bulbos | R - Refletor. O formato do bulbo é parabólico Tamanho do Bulbo Acompanhando cada letra na coluna bulbo, existe um número que indica o tamanho do bulbo. Este número representa o diâmetro nominal do bulbo, em oitavas de polegadas. Podemos medir o diâmetro aproximado do bulbo, utilizando uma régua com escala em polegadas. Coloque o diâmetro maior do bulbo sobre o lado esquerdo da escala (marca zero) e leia o tamanho à direita. Acabamento O tipo de acabamento no bulbo pode modificar a composição espectral ou a distribuição luminosa da radiação emitida pela lâmpada, de modo que a mesma atenda as características desejadas. M.C.T (máximo comprimento total) 72 É a tolerância máxima que o fabricante garante não exceder e é a distância, em milímetros, entre o topo do bulbo e a parte inferior da base. D.M. (diâmetro máximo) É a dimensão do diâmetro maior do bulbo. O diâmetro máximo (milímetro) é a tolerância máxima que o fabricante garante não exceder. Base É o elemento de conexão entre a lâmpada e o circuito elétrico e torna fácil a fixação e substituição da lâmpada. A maioria das lâmpadas incandescente possui base de rosca feita em alumínio. Logicamente a base da lâmpada deve ser compatível com o soquete a que se destina. As bases de rosca mais comuns são a E-27 e E-40, embora também possam ser encontradas no mercado lâmpadas com outros tipos de base. A letra E designa o tipo de rosca, ou seja, Edison e o número indicam o diâmetro nominal em milímetros. Outros tipos de Base Algumas aplicações requerem outros tipos de bases. Por exemplo, a pré-focus ou a baioneta devem ser usadas sempre que se necessite de um preciso posicionamento do filamento no aparelho em que serão usadas ou quando necessitar prender a lâmpada firmemente no soquete (locais de vibrações, choques, etc.). Na Figura 57 observamos vários tipos de bases. vv ves F Miniatura Cancatabro Intecmediário Médio Mogut Com camisa Es E120u E-14 E? E27 E-o E:27 ou Edo TIPO ROSCA so 815.1 815.2 (1) B15.20u 815 B-152 (8KT) 822 TIPO BAIONETA “p Ra Médio bipino FLUO T-8 Médio bipino FLUO T-12 TIPO PINO Figura 57 - Tipos de Bases Suportes 75 Vida util em horas incandescente (1000 a 5000] Mista [8000 a 8000) Fluorescente (TSOO a 2000) Sódio (12000 a 15000] Muitivapor LIOOCO a 20000] Meréúrio (I2000 a 24000) Sodio, alta presado (24000) Rendimento em lumens/wart Incandescente LO a 20) Mista (I7a 25) Marciro (440 63] | Fluorescanto (439 84) Sádio [75 a lOS) Multivanor (69 a [15) Sódio, aita pressão (68 a 140) Figura 58 - Diagrama comparativo vida média e eficiência luminosa Potenciais mais comuns: 25, 40, 60, 100, 150, 200 e 300W. Alta eficiência e vida longa Uma lâmpada incandescente não pode ter, ao mesmo tempo, alta eficiência luminosa e vida longa. Por exemplo, tomemos uma lâmpada de 100W de vida média igual a 1000 horas. Poderia se fazer a mesma lâmpada de 100W para durar 100 anos, porém ela produziria apenas 1 décimo da luz da lâmpada de 1000 horas! Como explicado anteriormente, eficiência é frequentemente o fator determinante na escolha da melhor lâmpada para uma dada aplicação, entretanto, em muitas aplicações, vida longa pode ser muito importante. Vale lembrar que o custo de operação de uma lâmpada não é somente o custo da energia, mas também o custo da mão-de-obra para trocá-la. Se uma lâmpada for utilizada em local ou em luminária de difícil acesso, o custo de mão-de-obra para trocá-la poderá ser bem maior que o custo de energia. Existem lâmpadas de grande durabilidade especialmente projetadas para estes tipos de aplicação. 76 O objetivo em qualquer aplicação, deverá ser a seleção de uma lâmpada que possa balancear eficiência e vida média de maneira a proporcionar o menor custo total de iluminação. Cor Outra importante característica de uma fonte de luz é a cor. Cromaticidade Cromaticidade descreve a sensação de “quente” ou “rio” produzida por uma fonte de luz. Uma lâmpada incandescente irradia mais energia na faixa vermelha do espectro de cores, portanto, ela é considerada uma fonte de luz “quente”. Outros tipos de lâmpadas irradiam mais energia na faixa do azul do espectro de cores e, portanto, são consideradas fontes de luz “fria”. Rendimento de Cor O rendimento de cor descreve como uma fonte de luz afeta a aparência de objetos e pessoas quando estão sendo iluminadas. Fontes de luz incandescente fazem pessoas e objetos parecerem normais e naturais, portanto, dizemos que as incandescentes apresentam “boa cor”. Cromaticidade = Sensação de “quente” ou de “frio” produzida por uma fonte de luz. Rendimento de Cor = Aparência das cores de pessoas e objetos. 7.3 Lâmpadas incandescentes - prós e contras As lâmpadas incandescentes representam mais da metade das lâmpadas vendidas no Brasil. A razão principal reside nas inúmeras vantagens que elas oferecem. Mas há também algumas desvantagens que tornam a escolha de uma fluorescente ou de uma descarga de alta intensidade (HID) mais apropriada para muitas aplicações. Vantagens das lâmpadas incandescentes 1. Simples de usar: simplesmente rosqueia a lâmpada no soquete (não existe equipamento auxiliar). 2. Baixo Custo Inicial: É o tipo mais barato em termos de custo da lâmpada em si e da luminária. 3. Acendimento Imediato: Não necessita de tempo de aquecimento. 4. Excelente Controle Ótico: Incandescente é uma fonte de luz pontual e, assim, é fácil de direcionar e focalizar, sendo ideal para uso em trilhos, para aplicação em tetos e iluminação de destaque. 7 5. Luz Variável: Lâmpadas incandescentes podem ser controladas para produzir qualquer intensidade de luz desde zero até sua potência máxima, com o simples uso de “dimmers”. 6. Flexibilidade: Disponíveis em mais configurações que qualquer outro tipo de lâmpada, incluindo diferentes formatos, tipos de refletores, potências e cores. Também operam em uma grande variedade de voltagens. Desvantagens das lâmpadas incandescentes 1. Alto Custo de Operação: É a lâmpada de menor eficiência luminosa (LPW). Principalmente devido ao custo da energia, sua operação pode custar de 2 a 5 vezes mais do que a de uma fluorescente ou HID. 2. Sensível a Choque e Vibrações: O filamento poderá ser reforçado por suportes, entretanto estes reduzem a eficiência luminosa da lâmpada. 3. Sensível a Variação de Tensão: Mesmo pequenas variações de tensão podem afetar o desempenho da lâmpada e o custo de operação (Exemplo: Se você usar uma lâmpada de 127V num circuito de 120V a eficiência da lâmpada diminuirá sensivelmente). 7.4 Lâmpadas de iluminação geral Normalmente as lâmpada incandescentes são classificadas de acordo com o uso a que se destinam. A maioria é aplicada em iluminação genérica, constituindo-se no importante grupo de iluminação geral. As lâmpadas utilizam os bulbos com formato tradicional (A) e pêra reta (PS), como se vê na Figura 59. O pescoço mais alongado neste tipo de lâmpada permite posicionar o filamento longe da base, afim de protegê-la do superaquecimento. ARBITRÁRIO (A) pêra ns RETA (PS) de 15 a 200W Acima de 260% Figura 59 - Bulbo (proteção de superaquecimento) Existe lâmpadas que possuem o acabamento branco interno que produz uma luz suave, sem ofuscamento. Devido a sua pintura interna, existe uma pequena redução do fluxo luminoso de 5 a 10%, dependendo da espessura da tinta. Outras, foram desenvolvidas para consumir menos energia elétrica do que as lâmpadas comuns, mas produzindo praticamente a mesma quantidade de luz. Elas 80 Ciclo Halógeno Durante a fabricação, uma pequena quantidade de gás halógeno, como bromo ou iodo, é introduzida na cápsula. Ao acender-se a lâmpada, partículas de tungstênio, começam a evaporar-se do filamento e a combinarem-se com o gás halógeno formando um novo gás. Ao passar pelo filamento, este gás deposita aí o tungstênio, ficando o gás halógeno livre para combinar-se com novas partículas de tungstênio que estão evaporando. Este é o “ciclo halógeno” e o resultado deste efeito são: * Melhor eficiência e Tamanhos mais compactos e Excelente manutenção de lumens 9 Halogeno livro volta ao elolo AX O Tungstênio e" devolvido ao filarsento. O Tungstenio so ovapora y O Halógeno se combina com as particulas de Tungstênio Fig. 61 - Ciclo Halógeno As lâmpadas halógenas são muitas menores em tamanho do que as lâmpadas incandescentes normais. São usadas especialmente em instalações com projetores e automóvel. 7.8 Potência & tensão Potência É a potência nominal consumida (watts) para a tensão de projeto. Este valor está sujeito às tolerâncias de fabricação. Tensão É a tensão (volts) para a qual a lâmpada tem todas as suas características projetadas (fluxo luminoso, corrente, potência e vida mediana em condições de laboratório). Quando uma lâmpada de 127V opera num soquete com 120V, o seu fluxo luminoso reduz 17%, sua potência diminui 8% e a sua vida 81 aumenta 110%. Contudo, uma lâmpada de 12V, onde uma variação na tensão de apenas +0,6V (5%), provoca o mesmo efeito. 7.9 Fluxo luminoso, intensidade luminosa & abertura do facho Fluxo Luminoso Fluxo luminoso (lumens) é a potência total de radiação emitida por uma fonte de luz e percebida pelo olho humano. Como foi visto, ele diminui a medida que a lâmpada vai vivendo. O fluxo luminoso é o valor médio inicial e seu valor está sujeito às tolerâncias de fabricação. Intensidade Luminosa Intensidade luminosa (candelas) é a potência de radiação visível disponível em uma certa direção. Este valor para o centro de facho é indicado para as lâmpadas dotadas dos refletores internos. Abertura de Facho A abertura de facho é o ângulo (graus) formado pela distribuição da intensidade luminosa, nos pontos cujo valor é 50% da intensidade luminosa máxima. No caso de lâmpadas PAR-36, estes pontos são com o valor de 10% da referida intensidade. Quando a abertura indicar, por exemplo, 22H 20V, significa que o facho tem abertura de 22 na horizontal e 20 na vertical. 7.10 Temperatura de cor Temperatura de Cor É a temperatura (Kelvin) aparente de cor da luz emitida pela lâmpada. As lâmpadas incandescentes comuns possuem temperaturas de cor variando de 2700K a 2900K. As lâmpadas halógenas geralmente possuem temperaturas de cor mais elevadas e, por este motivo, a luz emitida por esta lâmpada é mais branca do que as lâmpadas comuns. 7.11 Vida média & custo Como vimos, este valor é baseado em um grande número de lâmpadas testadas sob condições controladas, de acordo com as Normas pertinentes. Ela corresponde à vida atingida no instante que 50% das lâmpadas ensaiadas ou em utilização se mantenham acesas. Esta vida média (horas) não é necessariamente a mesma vida em serviço, já que vibrações, flutuações de tensão e outras influências ambientais podem resultar em seu encurtamento. A vida mais adequada para uma determinada aplicação depende do Custo da Iluminação. Resumidamente, este custo é formado por: Custo da iluminação = Lâmpadas + Energia + Manutenção 7.12 Lâmpadas infravermelhas 82 Usadas em secagem de tintas, louças, vernizes, no aquecimento em certas estufas e, também em fisioterapia e criação de animais em climas frios. 85 reator, operação com ruído, sobre aquecimento e falha prematura, além de outros problemas. Rede Elétrica r 1 Reator LUMINÁRIA | Lâmpada Le. a Soquete Soquete Figura 64 - Esquema de lâmpada fluorescente 83 Característica de operação São quatro as características básicas de operação: - Eficiência Luminosa, ou seja, o fluxo luminoso (lumens) por unidade de potência elétrica consumida (watts). - “Manutenção de Lumens, isto é, o decréscimo de fluxo luminoso ao longo da vida da lâmpada. - Mortalidade, que é a expectativa de vida média da lâmpada. - Cor, ou seja, a sensação de tonalidade quente (aconchegante) ou fria (refrescante) da fonte de luz e como esta luz faz parecer pessoas e objetos. 8.4 Eficiência A principal razão das lâmpadas fluorescentes serem tão populares está na sua eficiência luminosa. As lâmpadas fluorescentes são 6 a 8 vezes mais eficientes do que as lâmpadas incandescentes. Isto porque mais energia é convertida em luz e menos energia é convertida em calor. A eficiência luminosa de uma lâmpada é medida em lumens por watts, ou LPW. Maior eficiência luminosa significa menor custo de energia. De fato, uma lâmpada fluorescente usa apenas 20 a 25% da eletricidade consumida por uma lâmpada incandescente para produzir a mesma quantidade de luz. E, como se sabe, menor custo de energia vai se traduzir normalmente em menor custo de operação. A eficiência luminosa das lâmpadas fluorescentes depende de diversos fatores: - Tipos de lâmpadas 86 - Comprimento da lâmpada. Em geral, quanto mais comprida é a lâmpada, maior sua eficiência. - Temperatura Ambiente. (A temperatura ideal para o ar em volta da lâmpada é de 25º C. Temperaturas muito altas ou muito baixas, reduzem a eficiência da lâmpada). 8.5 Manutenção de lúmens As lâmpadas fluorescentes gradualmente perdem luz com o uso. Estas depreciações de lumens ocorrem a medida que o fósforo lentamente se deteriora pelo bombardeio dos elétrons ionizados do mercúrio. A manutenção (ou depreciação) dos lumens indica esse gradual decréscimo de luz. Classificação dos lúmens As lâmpadas fluorescentes têm duas classes de lumens. Estas classificações permitem comparar o fluxo luminoso de vários tipos de lâmpadas fluorescentes: - Lúmens Iniciais: Fluxo luminoso aproximado da lâmpada após 100 horas de operação. - Lúmens Representativos: Fluxo luminoso aproximado da lâmpada após operar por 40% de sua vida nominal. Para as incandescentes o valor de lumens inicial é dado no começo da vida. Para as fluorescentes, entretanto, o fluxo luminoso flutua até que sua operação se estabilize por esta razão os lumens iniciais das lâmpadas fluorescentes são medidos após 100 horas de operação. 8.6 Mortalidade A curva de mortalidade define o quanto se espera que as lâmpadas vão durar, ou seja, sua vida mediana nominal que temos chamado também de vida média nominal. O valor da vida corresponde ao número de horas de operação quando 50% das lâmpadas ensaiadas já queimaram e 50% ainda permanecem operando. Geralmente, uma lâmpada fluorescente se queima quando o material emissivo dos cátodos se esgota. Uma lâmpada incandescente comum de 100W tem 1000 horas de vida. Uma fluorescente de 40W tem 12000 horas de vida, ou cerca de 3 anos de operação. 87 Cor Cromaticidade 87 Cromaticidade define o quanto uma fonte tem aparência de “quente” ou “fria”. Expressa-se em temperatura de cor (Kelvin). Quanto mais alta a temperatura de cor, mais fria é aparência da luz emitida. Comparada com a incandescente, a a lâmpada fluorescente é geralmente considerada uma fonte de luz “neutra” ou “fria”, porque irradia mais voltada para extremidade azul e para o meio do espectro de cores. Entretanto, com as novas tecnologias de fósforo, as lâmpadas fluorescentes estão disponíveis em uma extensa variedades de cores abrangendo tonalidades de frias a quentes. Reprodução de cor A reprodução de cor define como a luz da lâmpada afeta a aparência das pessoas e objetos iluminados. Expressa-se através de um número conhecido como índice de reprodução de cor (IRC). Quanto mais alto o IRC, mais verdadeira é a cor do objeto iluminada. As fluorescentes, em geral, são consideradas capazes de dar reprodução de cor de boa a excelente, dependendo do tipo de fósforo usado para revestir internamente o tubo. Cor da fonte de luz Na escolha da fluorescente, temos as seguintes denominações. Exemplo das lâmpadas da GE: - Luz do Dia (LD) - Super Luz do Dia (SD) - Cromo 50 (C50) - Conforte 41 (CF41)/Branca Fria (BF) - Branca Fria Deluxe (BFX) - Alvorada 35/Branca(B) - Suave 30 (S30)/Branca Morna (BN) - Branca Morna Deluxe (BMX) 8.8 Vantagens E Desvantagens Das Lâmpadas Fluorescentes Quadro 08 — Relação de Vantagens e Desvantagens VANTAGENS DESVANTAGENS Custo de operação menor Custo inicial mais alto Sensibilidade a temperatura ambiente Vida mais longa (perde eficiência a temperatura do ar muito quente ou muito fria) Superfície de luz suave (confortável Influência do número de partidas aos olhos) Flexibilidade (disponíveis em vários tamanhos, formas, tonalidades e Limitação do uso com dimmers potências) Acendimento rápido 8.9 Tipos de lâmpadas fluorescentes Podemos classificar as lâmpadas fluorescentes em três categorias: convencional, partida rápida e universal. 90 Dois eletrodos principais atuam como terminais da descarga em arco. Eles são feitos de espiras de tungstênio, recobertas com óxidos de terras raras, para facilitar a emissão de elétrons. As lâmpadas de vapor de mercúrio e mista em geral têm um terceiro eletrodo para partida em uma das extremidades do tubo de arco, como podemos observar na Figura 67. As lâmpadas de vapores metálicos de baixa potência requerem um circuito de partida especial junto com reator, para dar a tensão adequada para partida da lâmpada. TUBO DE ARCO GÁS DE PARTIDA ELETRODOS MERCÚRIO PRINCIPAIS ELETRODO DE PARTIDA GÁS DE TERNO ENCHIMENTO BASE —, ——»p REATOR Fig. 67 - Lâmpada de vapor de mercúrio - circuito Base Uma base metálica do tipo rosca suporta a lâmpada no soquete e faz conecção elétrica ao circuito elétrico. Geralmente as lâmpadas de descarga de alta pressão tem base E-27 ou E-40, feitas de latão (niquelado ou não) ou de liga de níquel-cobre. O formato de bulbo mais comum é o eípitico ou ovóide, representado pela letra “E”, dentre os demais temos; tubular-ovalado (BT), parabólico (PAR), refletor (R) e tubular (T). Opcionalmente, pode ser acrescida a letra “D”, caso haja um “dimple” no topo do bulbo. Em seguida é indicado o diâmetro máximo em oitavas de polegada. Reator Com exceção da mista, todas as lâmpadas de descarga de alta pressão requerem reator externo para acender e regular a corrente. O reator e a lâmpada devem ser compatíveis. 91 9.2 Operação básica As lâmpadas de Descarga de Alta Pressão são consideradas fontes de luz do tipo “descarga” porque elas produzem luz pela passagem de uma corrente elétrica através de um vapor. Neste tipo de lâmpada a luz é produzida pelo próprio arco elétrico. A descarga, em forma de arco, se processa a pressões e temperaturas muito mais altas do que nas lâmpadas fluorescentes - daí a denominação descarga de alta pressão. Princípios de funcionamento Quando se liga a lâmpada, um pequeno arco elétrico se forma entre os eletrodos de partida e o eletrodo principal mais próximo. O arco elétrico faz com que as partículas do gás de partida e do metal (mercúrio, por exemplo) fiquem na forma de íons eletricamente carregados. Quando a pressão atinge determinado nível, o arco principal se forma entre os dois eletrodos principais. O arco principal irradia a luz intensa que vemos. Como visto na Figura 68. O tempo de espera para que a pressão se estabeleça no tubo de arco provoca a característica chamada de período de aquecimento comum a todas as lâmpadas de alta pressão. Da mesma forma, esse tipo de lâmpada não pode reacender até que a lâmpada esfrie. ARCO ARCO ELETRODOS INICIAL PRINCIPAIS PRINCIPAL ELETRODO DE PARTIDA PARTIDA OPE RAÇÃO Figura 68 - Lâmpada de mercúrio Característica de operação ALTA EFICIÊNCIA E BAIXO CUSTO DE OPERAÇÃO: As lâmpadas de descargas de alta pressão são, em geral, as mais eficientes fontes de luz. VIDA LONGA: Apresentam uma vida maior do que as lâmpadas incandescentes e similares às lâmpadas fluorescentes. TAMANHO COMPACTO: Produz alto fluxo luminoso a partir de uma fonte relativamente compacta. A combinação de alta eficiência e vida longa torna as lâmpadas de descargas de alta pressão uma fonte de luz ideal para várias aplicações comerciais e industriais. 92 10 LÂMPADAS DE MERCÚRIO As lâmpadas de mercúrio têm a mesma constituição e operação básica descrita anteriormente. O tubo de arco é feito de quartzo e contém gás argônio e pequena quantidade de mercúrio. A lâmpada tem também um resistor de partida para limitar a corrente que flui para o eletrodo de partida. Aplicações Até então ainda encontramos lâmpadas de mercúrio em diversas aplicações. As principais são: - Iluminação de ruas; - —luminação comercial e industrial com projetos; - Iluminação paisagística; - —luminação de segurança comercial e residencial; - Iluminação de pátios de estacionamento. Tipos de lâmpadas de mercúrio Na Figura 69 demonstramos os principais tipos de lâmpadas de mercúrio. ELÍPTICO TUBULAR OVALADO REFLETOR REFLETOR (E) (B OU BT) IR) ALUMINIZADO PARÁBOLICO ' (PAR) Figura 69 - Lâmpadas de mercúrio Podem ser classificadas em dois tipos: - Stander, - Luz Mista Stander: estão disponíveis na seguintes potências: 40/50W, 75 W, 100W, 175 W, 250 W, 400W, 700W, 1000W. Os formatos possíveis, mais comuns, são os indicados abaixo: Luz Mista: estas lâmpadas são projetadas para substituir as incandescestes. Elas não necessitam de equipamentos auxiliares (reator) externos para seu funcionamento. O circuito do mesmo é substituído por um filamento localizado dentro de seu bulbo. Tanto o filamento que serve de reator como os tubos de arco contribuem para os fluxos luminosos da lâmpada, daí a denominação de Luz Mista. - Iluminação de quadras esportivas externas. Tipos de lâmpadas de vapor de mercúrio As lâmpadas de vapor metálico se encontram na seguinte categoria: Linha Stander - elas se apresentam nas potências de 175, 250, 400 e 1000 W. O acabamento do bulbo pode ser claro ou revestido. MQI - as lâmpadas de halogenetos metálicos MQI são tubulares com duplo contato (duas extremidades). São fontes de luz muito compactas e com excelente cor, sendo muito usadas na iluminação de displays (mostruários comerciais), com acentuada aplicação com sancas espots de parede. Exigem luminárias especiais com lentes de vidro. As potências são 70 e 150W. 95 96 12 LÂMPADAS DE SÓDIO DE ALTA PRESSÃO Sua constituição básica do tipo “lâmpada dentro da lâmpada”. Essa lâmpada difere bastante das lâmpadas de mercúrio e vapores metálicos. A diferença principal esta no tubo de arco. Em vez de quartzo, o tubo é feito de material cerâmico, um óxido de alumínio translúcido (a alumina), capaz de suportar altas temperaturas de operação. Numa extremidade do tubo de arco está um reservatório de amalgama exclusivo que mantém a mistura líquida de sódio- mercúrio no ponto mais frio do tubo (externo a ele). Este reservatório contribui para melhorar a vida da lâmpada e a consistência de fluxo luminoso. Existem outras diferenças. Por exemplo: Em lugar de um eletrodo de partida, a lâmpada requer um circuito de ignição com o reator que fornece um pulso de alta tensão para o inicio do arco. RESERVATÓRIO DE AMALGAMA | (COM MERCÚRIO E SÓDIO) GÁS DE ENCHIMENTO Y (XENON) ELETRODOS TUBO DE ARCO PRINCIPAIS ESTRUTURA DE MONTAGEM Figura 71 — Lâmpada de sódio de alta pressão Característica de operação - Mais Alta Eficiência/Menor Custo de Operação: Esse tipo de lâmpada é mais eficiente do que as de mercúrio e vapor metálico. - Manutenção de Lumens Superior - Vida Muito Longa: Tem a vida média nominal de 24000 horas. - | Tempo de Reacendimento Mais Curto - Menores Restrições de Operações: Podem ser operadas em qualquer posição sem que isto afete o seu desempenho. 97 Luz com Cor Regular e Boa: Elas fornecem uma luz aconchegante com um certo acinzentamento do vermelho e do azul dos objetos coloridos. Elas proporcionam luz branca, similar a incandescente, com boa reprodução de cores. Aplicações Iluminação externa a projetores, Iluminação pública, Iluminação de segurança, Iluminação de áreas de estacionamento, Iluminação comercial interna e externa, Iluminação industrial. Tipos de lâmpadas Elas se apresentam em diversas formas e tamanhos e tem bases E-27 ou E-40. A maioria dos tipos está disponível com o bulbo externo nos acabamentos - Claro e Difuso. Normalmente são usadas as lâmpadas de 50, 70, 150, 250 e 400 watts. Lâmpadas E-Z Luz? (GE) - são lâmpadas de sódio chamadas de intercambiáveis com mercúrio porque podem substituir estas ultimas, em instalações já existentes, sem necessidade de trocar o reator. Lâmpada White Lucalox? - sua luz tem aparência similar a incandescente e índice de reprodução superior as de vapores metálicos. São menos eficientes e tem vida mais curta do que as vapores de sódio comuns.