Apostila da Cemig - Instalações Residenciais

Apostila da Cemig - Instalações Residenciais

(Parte 2 de 6)

Manual de Instalações Elétricas Residenciais

Para que estes elétrons se movimentem de forma ordenada nos fios, é necessário ter uma força que os empurre. Essa força é chamada de Tensão Elétrica (U). Sua unidade de medida é o Volt. O símbolo desta unidade é V. Exemplo: Tensão elétrica de 127 V (Volts).

O movimento ordenado de elétrons, provocado pela tensão elétrica, forma uma corrente de elétrons. Essa corrente de elétrons é chamada de Corrente Elétrica (I). Sua unidade de medida é o Ampère. O símbolo desta unidade é A. Exemplo: Corrente elétrica de 10 A (Ampères).

Para que se tenha uma idéia do comportamento da tensão e da corrente elétrica, será feita uma analogia com uma instalação hidráulica.

A pressão feita pela água, depende da altura da caixa d’água. A quantidade de água que flui pelo cano vai depender: desta pressão, do diâmetro do cano e da abertura da torneira.

De maneira semelhante, no caso da energia elétrica, tem-se:

➡ A pressão da energia elétrica é chamada de Tensão Elétrica (U). ➡ A Corrente Elétrica (I) que circula pelo circuito depende da Tensão e da Resistência Elétrica (R).

A Resistência Elétrica (R) que o circuito elétrico oferece à passagem da corrente, é medida em Ohms (Ω)(ver subitem 1.4 página 13) e varia com a seção dos condutores (ver subitem 3.3 página 67).

Manual de Instalações Elétricas Residenciais 1.4 - Resistência Elétrica – Lei de Ohm

É chamada de Resistência Elétrica (R)a oposição que o circuito oferece à circulação da corrente elétrica. A unidade da Resistência Elétrica é o Ohme o seu símbolo é o Ω(letra grega chamada de ômega).

Lei de Ohm, assim chamada, devido ao físico que a descobriu (ver subitem 1.2 página 9)

Essa Lei estabelece que: se for aplicado em um circuito elétrico, uma tensão de 1V, cuja resistência elétrica seja de 1Ω, a corrente que circulará pelo circuito, será de 1A.

I=U

Com isso tem-se: R

Desta relação pode-se tirar outras, como:

U = R x I eR =U I

Onde:

U:Tensão Elétrica; I: Corrente Elétrica; R: Resistência Elétrica.

1.5 - Corrente Contínua e Corrente Alternada

A energia elétrica é transportada sob a forma de corrente elétrica e pode apresentar-se sob duas formas:

➡Corrente Contínua (C) ➡Corrente Alternada (CA)

A Corrente Contínua(C) é aquela que mantém sempre a mesma polaridade, fornecendo uma tensão elétrica (ou corrente elétrica) com uma forma de onda constante (sem oscilações), como é o caso da energia fornecida pelas pilhas e baterias. Tem-se um polo positivo e outro negativo.

B Circuito elétrico

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A Corrente Alternada(CA) tem a sua polaridade invertida um certo número de vezes por segundo, isto é, a forma de onda oscilação diversas vezes em cada segundo.

O número de oscilações (ou variações) que a tensão elétrica (ou corrente elétrica) faz por segundo é denominado de Freqüência.

A sua unidade é Hertze o seu símbolo é Hz. Um Hertz corresponde a um ciclo completo de variação da tensão elétrica durante um segundo. No caso da energia elétrica fornecida pela CEMIG, a freqüência é de 60 Hz.

A grande maioria dos equipamentos elétricos funciona em corrente alternada (CA), como os motores de indução, os eletrodomésticos, lâmpadas de iluminação, etc.

A corrente contínua (C) é menos utilizada. Como exemplo, tem-se: os sistemas de segurança e controle, os equipamentos que funcionam com pilhas ou baterias, os motores de corrente contínua, etc.

1.6 - Potência Elétrica

A Potência é definida como sendo o trabalho efetuado na unidade do tempo. A

Potência Elétrica (P)é calculada através da multiplicação da Tensão pela Corrente Elétrica de um circuito. A unidade da Potência Elétrica é o Watte o seu símbolo é o W.

Uma lâmpada ao ser percorrida pela corrente elétrica, ela acende e aquece. A luz e o calor produzido nada mais são do que o resultado da potência elétrica que foi transformada em potência luminosa (luz) e potência térmica (calor). Tem-se que:P = U x I(Watts)

Como U = R x Ie I =U(do subitem 1.4), R pode-se calcular também a Potência (P)através dos seguintes modos: P = (R x I) x IouP = R x I2

Então tem-se: P = U x UouP = U2

Onde:

P: Potência Elétrica; U:Tensão Elétrica; I: Corrente Elétrica; R: Resistência Elétrica.

1.7 – Cálculo da Energia Elétrica

A Energia Elétrica (E) é a Potência Elétrica (P) vezes o tempo de utilização (em horas, por exemplo) do qual o fenômeno elétrico acontece (uma lâmpada acesa, por exemplo).

E = (U x I) x touE = P x t

Onde: E:Energia Elétrica; P: Potência Elétrica; U:Tensão Elétrica; I: Corrente Elétrica; t:Tempo normalmente nesse caso, é adotado em horas (h). A unidade de Energia Elétrica (E) é o Watt-horae o seu símbolo é Wh.

1.8 – Cálculos de Grandezas Elétricas: I, R e E

Um chuveiro elétrico com uma potência de 4.400 Watts, 127 Volts, funcionando durante 15 minutos. Calcular a corrente, resistência e a energia elétrica consumida.

a)Corrente ElétricaI =P U

4.400 W=34,6 A (Ampères)

b)Resistência Elétrica R =U I 127 V=3,7Ω(Ohms) 34,6 A c)Energia ElétricaE = P x t

Primeiramente, deverá ser transformado o tempo dos 15 minutos em horas. Fazendo uma “regra de três”, tem-se:60 minutos1 hora 15 minutosx

4.400 W x0,25 h=1.100 Wh

x = 15 minutos= 0,25 h ou 1 h 60 minutos4

Observação: Efetuar os mesmos cálculos, considerando que o chuveiro elétrico foi feito para funcionar em 220 Volts.

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1.9 – Unidades de Medidas

As unidades de medidas no Brasil, utilizam o Sistema Internacional de Unidades.

A Tabela 1.1 mostra as principais unidades.

As unidades com os seus múltiplos e submúltiplos podem ser escritas com o seu nome por extenso ou através de seu símbolo.

Ampère A Corrente Elétrica Volt V Tensão Elétrica Watt W Potência Elétrica Volt-Àmpere VA Potência Elétrica Volt-Àmpere reativoVarPotência Elétrica Cavalo-vapor cv Potência Elétrica Watt-hora Wh Energia Elétrica Ohm Ω Resistência Elétrica Lúmen lm Fluxo Luminoso Lux lx Iluminância Hertz Hz Freqüência

Metro m Comprimento Quilômetro km Comprimento Metro quadrado m2 Área Metro cúbico m3 Volume GramagMassa (Peso) Quilograma kg Massa (Peso) Litro l Volume Segundo s Tempo Minuto min Tempo Hora h Tempo Quilômetro por horakm/hVelocidade Grau Celcius oC Temperatura Grau KelvinKTemperatura termodinâmica Tabela 1.1

As unidades possuem múltiplos e submúltiplos. A utilização de um ou outro, é em função da facilidade de expressar a quantidade da unidade em questão.

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Por exemplo, a Potência de uma lâmpada incandescente comum, é melhor ser expressa em W (Watts) do que em kW (quilowatts).

É sempre referido a uma lâmpada de 100 Watts e não uma lâmpada de 0,1 kW. A letra k (escrita em letra minúscula) colocada antes da unidade, representa que esta unidade está multiplicada por 1.0 e, consequentemente o número (valor da quantidade) deverá ser dividido por 1.0.

Do exemplo do subitem 1.8 página 15, a Energia Elétrica também poderá ser expressa:

1.100 Whou 1,1 kWh (Quilowatt-hora)

A Tabela 1.2 a seguir relaciona os valores mais usados das unidades elétricas, com os seus múltiplos e submúltiplos.

GRANDEZA NOME SÍMBOLO RELAÇÃO TENSÃO Microvolt µV 0,000001 V

MilivoltmV0,001 V VoltV1 V QuilovoltkV1.0 V

CORRENTE Microampère µA 0,000001 A

MiliampèremA0,001 A AmpèreA1 A Quilo AmpèrekA1.0 A

RESISTÊNCIAOhmΩ1 Ω

Quilo OhmkΩ1.0 Ω MegaohmMΩ1.0.0 Ω

POTÊNCIAWattW1 W

QuilowattkW1.0 W MegawattMW1.0.0 W

ENERGIA Watt-hora Wh 1 Wh

Quilowatt-hora kWh 1.0 Wh

Megawatt-hora MWh 1.0.0 Wh Tabela 1.2

Outras unidades, muito utilizadas para expressar a Potência Elétrica de motores são:

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Relação entre estas unidades de Potência: 1 cv = 735,5 W;1 cv = 0,735 kW;1 kW = 1,36 cv 1 HP = 746 W;1 HP = 0,746 kW;1 kW = 1,34 HP

No Anexo 1 página 207, encontra-se a Tabela “Conversão de Unidades”, com os fatores para transformar uma unidade em outra.

1.10 – Circuito Série e Circuito Paralelo

1.10.1 – Circuito Série

O Circuito Série é aquele constituído por mais de uma carga, ligadas em série uma com as outras, isto é, cada carga é ligada na extremidade de outra carga, diretamente ou por meio de condutores.

Exemplo de circuitos elétricos ligados em série muito utilizados: lâmpadas de árvore de natal.

As principais características são: ·as cargas dependem uma das outras para o funcionamento do circuito elétrico;

·existe apenas um caminho para a passagem da corrente elétrica.

➡Corrente Elétrica (I) A corrente elétrica é a mesma em todos os pontos do circuito, isto é, a mesma corrente passa através de todas as cargas.

ITotal= I1= I2= I3

➡Tensão Elétrica (U) A tensão da fonte de alimentação é dividida entre as cargas, isto é, a soma das tensões nos bornes de cada carga é igual a tensão da fonte.

UFonte= U1+ U2+ U3

R2 R3

Fonte U

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➡Resistência Elétrica (R) A resistência elétrica equivalente é igual a soma das resistências de cada carga.

REquivalente= R1+ R2+ R3

Exemplo:

No desenho deste subitem 1.10.1, se a tensão é de 120 Volts, R1= 10 Ω, R2= 30 Ωe R3= 40 Ω.

Calcular:a)A resistência elétrica equivalente; b)A corrente elétrica; c)A tensão elétrica em cada resistência.

Solução:

a)REquivalente= R1+ R2+ R3 = 10 + 30 + 40 = 80Ω b)Do subitem 1.4 página 13, tem-se:

I = U = 120 V = 1,5 A R80 Ω

Como ITotal= I1= I2= I3= 1,5 A c) U = R x I

U1= R1x I = 10 Ωx 1,5 A = 15 Volts U2= R2x I = 30 Ωx 1,5 A = 45 Volts U3= R3x I = 40 Ωx 1,5 A = 60 Volts

Deve-se notar que a soma das tensões em cada resistência, é igual a tensão da fonte:

U1+ U2+ U3= 15 V + 45 V + 60 V = 120 Volts

1.10.2 – Circuito Paralelo

O Circuito Paralelo é aquele constituído por mais de uma carga, ligadas em paralelo uma com as outras.

R1R2R3Fonte U

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As principais características são: ·as cargas não dependem umas das outras para o funcionamento do circuito elétrico; ·existe mais de 1 (um) caminho para a passagem da corrente elétrica;

·as tensões elétricas nas cargas são iguais a tensão da fonte de alimentação, isto é:

UFonte= U1= U2= U3

A Corrente Elétrica (I) total absorvida pelas cargas é igual a soma das correntes de cada carga:

ITotal= I1+ I2+ I3

O inverso da Resistência Elétrica (R) equivalente, é igual a soma dos inversos das resistências de cada carga:

1= 1 + 1 + 1

Exemplo: No desenho deste subitem 1.10.2, se a tensão é de 120 Volts,

Calcular:a)A resistência elétrica equivalente; b)A corrente em cada resistência e a corrente elétrica total; c)A tensão elétrica em cada resistência.

Solução: a) 1 = 1 + 1 + 1

REquivalenteR1R2 R3
REquivalente3020 60 6060

1 = 1 + 1 + 1 = 2 + 3 + 1 = 6

REquivalente= 60 = 10 Ω 6 b)Do subitem 1.4 página 13, tem-se:

I = Ue ITotal= I1+ I2+ I3

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ITotal= I1+ I2+ I3= 4 A + 6 A + 2 A = 12 A c)UFonte= U1= U2= U3=120 Volts

1.1 – Circuitos em Corrente Alternada

A forma mais comum que a corrente elétrica se apresenta é em Corrente Alternada (CA).

Serão apresentadas neste subitem 1.1, de uma maneira bastante simplificada, as principais características dos circuitos elétricos monofásicos e trifásicos em Corrente Alternada (CA). Caso sejam necessárias maiores informações, deve-se procurar uma literatura técnica especializada.

1.1.1 - Circuito Monofásico

Um gerador com uma só bobina (enrolamento), chamado de “Gerador Monofásico” ao funcionar, gera uma Tensão entre seus terminais.

Nos geradores monofásicos de corrente alternada, um dos terminais deste

Gerador é chamado de Neutro (N) e o outro de Fase (F). Um circuito monofásico é aquele que tem uma Fase e um Neutro (F e N). A tensão elétrica (U) do circuito é igual à tensão entre Fase e Neutro (UFN). A forma de onda da Tensão Elétrica, é uma senoide.

U t 1 Período

1.1.2 - Circuito Trifásico

Um gerador com três bobinas (enrolamentos), ligadas conforme a figura abaixo, é um “Gerador Trifásico”. Nesta situação, o Gerador Trifásico está com as suas três bobinas ligadas em Estrela (Y). Este gerador tem um ponto comum nesta ligação, chamado de ponto neutro.

Neste circuito trifásico com a ligação em Estrela, as relações entre as tensões elétricas, a tensão entre Fase e o Neutro (UFN) e a tensão entre Fases (UFF), são:

UFF=x UFNou UFN= UFF/
Sendo que(leia-se raiz quadrada de três) = 1,732

A Corrente Elétrica (I)é igual nas três Fases.

Quando as bobinas do Gerador Trifásico são ligadas entre si, de modo a constituírem um circuito fechado, como na figura abaixo, o Gerador tem uma ligação em Triângulo (Delta) (∆).

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F1 F2

F3 U t F1

F2 F3

Manual de Instalações Elétricas Residenciais I = i√ 3F2

F3 UFF = UFN

UFF = UFN I = i√ 3 i I = i√ 3 i F1 UFF = UFN

F2 UFN

As relações entre as tensões e correntes são:

Pode-se dizer que:UFF=UFNe I = i x

Pode-se ter os circuitos trifásicos a três fios – 3 Fases (F1, F2e F3) e a quatro fios

– 3 Fases e 1 Neutro (F1, F2e F3e N). Essas Fases também podem ser representados pelas letras: R, S, T ou A, B, C.

As formas de onda da tensão, são senóides, defasadas entre si de 120o .

Observação: usa-se também, denominar os geradores de corrente alternada de “Alternadores”.

1.1.3 - Potência em Corrente Alternada (CA)

Em um condutor elétrico (ver subitem 3.3.2.1 página 69) energizado em Corrente

Alternada (CA), passa uma determinada quantidade de energia, sendo um percentual Ativo e outro Reativo. Quanto maior for o percentual de Potência Ativa (kW) que passar, será melhor e mais econômico.

A Potência Reativa (kVAr) é necessária para produzir o fluxo magnetizante para o funcionamento dos aparelhos (motores, transformadores, etc), pode ser obtida junto a esses equipamentos, com a instalação de Capacitores.

A seguir, serão apresentados alguns conceitos, de forma bastante simplificada. Como foi visto anteriormente, em Corrente Alternada (CA), a Corrente Elétrica (I) e a Tensão Elétrica (U), são geradas e transmitidas em uma forma de onda de uma senoide.

As ondas de Corrente e de Tensão podem estar defasadas uma da outra em um circuito elétrico: quando a Corrente está em uma determinada posição, a Tensão pode estar em outra posição, e vice-versa.

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Assim tem-se:

Quando a Tensão está em fase com a Corrente, a carga é denominada de Resistiva. O circuito elétrico é Resistivo.

Quando a Corrente está atrasada em seu deslocamento da Tensão, a carga é denominada de Indutiva. Esse atraso (defasamento) é de até 90o. O circuito elétrico é Indutivo.

Quando a Corrente está adiantada em seu deslocamento da Tensão, a carga é denominada de Capacitiva. Esse adiantamento (defasamento) é de até 90o. O circuito elétrico é Capacitivo.

Em um circuito elétrico de Corrente Alternada (CA), a oposição à passagem da corrente elétrica recebe os seguintes nomes:

ϕ = 0I U

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•Resistência (R)quando se tratar de um circuito formado por resistência elétrica (ver subitem 1.4 página 13);

A soma vetorial das Reatâncias (XL+ XC) com a Resistência (R), dá-se o nome de Impedância (Z).

A Reatância Capacitiva opõe-se à Reatância Indutiva. Assim, a Reatância total do circuito (X)é dada pela diferença entre XLe XC(o maior destes dois valores determina se o circuito é Indutivo ou Capacitivo).

X = XL- XC XL> XC(o circuito é Indutivo) XC> XL(o circuito é Capacitivo)

Os valores da Resistência, das Reatâncias e da Impedância podem ser representados graficamente através de um triângulo retângulo.

Z= Impedância do circuito, da pela fórmula Z =R2+ X2

Onde: R= Resistência do circuito

X= Reatância total do circuito (que é igual a X = XL- XCou X = XC– XL).

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