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Projeto Elétrico Predial e Industrial

Prof. Dorival Rosa Brito

Conceitos Fundamentais

Vitória- ES - 2020

AULA 02

TópicosEnergia elétricaFontes de eletricidadeFontes de tensão e correnteGeração de tensão e correnteTransformadoresCircuitos monofásicos e trifásicosPotência ativa, reativa e aparenteFator de potência e eficiência

POTÊNCIA

Potência

][. WIVP =

RVIRP

22. ==

Geral

Resistor

ENERGIA

Energia

][. kWhtPE =

TempoPotência

FONTES DE ELETRICIDADE

Fontes de Eletricidade

Convertem energia química em energia elétrica

Baterias e pilhas

Fontes de Eletricidade

A tensão é produzida a partir da rotação de bobinas através de um campo magnético estacionário

Geradores (síncronos)

Fontes de Eletricidade

A força da água faz mover as pás de uma turbina (geradores síncronos)

Energia hidráulica

Usina de Itaipu Usina de Tucuruí

Fontes de Eletricidade

Carvão, óleo ou gás natural são queimados para gerar calor

Energia térmica

Usina de Candiota - RS

Fontes de Eletricidade

A energia do vento faz mover as pás de uma turbina (aerogerador)

Energia eólica

Osório - RS

Fontes de Eletricidade

O calor é obtido a partir de uma reação nuclear (fissão nuclear) e depois convertido em energia elétrica

Energia nuclear

Fukushima - JapãoChernobyl - Ucrânia Angra - Brasil

Fontes de Eletricidade

Convertem energia luminosa em energia elétrica

Células solares

TIPOS DE FONTES

Tipos de FonteFontes de tensão e corrente:

Corrente Contínua (CC)Corrente Alternada (CA)

!

Tipos de CircuitosCircuitos de:

Corrente Contínua (análise temporal)Corrente Alternada (análise espectral)

GERAÇÃO CC/CA

Motor: é uma máquina que converteenergia elétrica em energia mecânicaPresente em:

Motores e Geradores

Gerador: é uma máquina que converte energiamecânica de rotação em energia elétricaA energia mecânica pode ser fornecida por umaqueda-d’água, vapor vento, gasolina ou óleodiesel ou por um motor

Motores e Geradores

Tipos de MotoresClassificação

GERADOR CC

Gerador CCGerador CC simples

Imã

FioEixo

Comutador

Escova

Lâmpada

Imã

Gerador CC

Gerador CC: princípio de funcionamentoPrincipais partes:

EscovasArmaduraComutadorEnrolamento de campo

!

Gerador CCComponentes

Estator Rotor

GERADOR CA

Gerador CAGerador CA simplesPrincipais partes:

Campo magnéticoEscovas e anéis de contatoCondutores que giram através do campo

Gerador CAGerador CA simples: funcionamento

Gerador CAGeradores CA também são chamados dealternadores (presente em automóveis)

Gerador CAPrincipais componentes

Estator Rotor

Escovas

Gerador CAEspecificações

WEG

3600 RPM

2 Pólos 60Hz 3 fases ligação em estrela para 13800 volts

15625KVA 12500kW 0,80 FP

60 0C

Fabricante

Rotação

Número de pólos, frequência de saída, número de fases, tipo de ligação e tensão

fornecida

Potência

Temperatura

Motor CAMotor de indução: é o tipo de motor CA maisusado na prática

Motor de InduçãoPrincipais componentes:

Motor de Corrente AlternadaLei de Ampére

André-Marie Ampère (1775 à 1836) foi um físico, filósofo, cientista e matemático francês que fez importantes contribuições para o estudo do eletromagnetismo

A lei de Ampére diz basicamente o seguinte: um fio ao conduzir uma corrente elétrica, gera um campo magnético, com linhas de força perpendiculares a ele

Motor de Corrente AlternadaPrincipais partes:

Estator (parte estacionária)Rotor (parte rotativa)

Princípio de funcionamento:Quando o enrolamento do estator é energizadoatravés de uma alimentação, cria-se um campomagnético rotativo. À medida que o campo varre oscondutores do rotor, é induzida uma fem nessescondutores ocasionando o aparecimento de um fluxode corrente nos condutores. Esta interação provoca oaparecimento de um torque sobre o rotor

Geração de Energia Energia elétrica

Geração deEnergia elétrica

EquipamentosAparelhosMotores(cargas)

Potência(V,I)

(transmissão)

CargasEquipamentos e aparelhos

CargasMotores (eletrodomésticos)

CargasMotores (Engenharia)

TRANSFORMADORES

TransformadoresEquipamento formado por duas bobinasisoladas eletricamente em torno de umnúcleo comumA energia elétrica de uma bobina étransferida para a outra através doacoplamento magnético

TransformadoresBaixa potência (monofásicos)

TransformadoresMédia potência (trifásicos)

TransformadoresMédia potência

Sistemas de distribuição de energia elétrica

TransformadoresAlta potência

Subestações de energia

Transformadores

Bobinas Bobinas

Transformador

Relação de Tensão

s

p

s

p

NN

VV

=

Vp – tensão na bobina do primárioVs – tensão na bobina do secundárioNp – número de espiras da bobina do primárioNs – número de espiras da bobina do secundário

Relação de Corrente

p

s

s

p

II

VV

=

Ip – corrente na bobina do primárioIs – corrente na bobina do secundário

Relação de Espiras

espirasderelaçãoNN

s

p =

1:4 (elevador)

4:1 (abaixador)

Eficiência

entradasaída

PPE

p

sf ==

Ps – potência de saída do secundárioPp – potência de entrada no primário

Circuitos Monofásicos e Trifásicos

Circuito MonofásicoFontes em fase

Circuito TrifásicoFontes defasadas (120 graus)

Circuito TrifásicoUm circuito trifásico pode ser visto como acombinação de 3 circuitos monofásicos

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS

A potência, geralmente, é fornecida por umgerador de CA que produz 3 tensões iguais,cada uma delas defasada de 1200 das demais

Vp = Tensão de Pico

Vp

-Vp

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS

A potência, geralmente, é fornecida por umgerador de CA que produz 3 tensões iguais,cada uma delas defasada de 1200 das demais

Vp = Tensão de Pico

EFp VV 2=

Vp

-Vp

VEF = Tensão Eficaz 127V (POA), 220V (RS)

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS

A potência, geralmente, é fornecida por umgerador de CA que produz 3 tensões iguais,cada uma delas defasada de 1200 das demais

Tensão Eficaz

Vp

-Vp

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS

A maior parte da geração, transmissão edistribuição de tensão/corrente alternadaatualmente é trifásica

Geração DistribuiçãoTransmissão

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS

Podem ser usados por cargas monofásicasPermitem uma maior flexibilidade na escolhae/ou determinação das tensõesOs circuitos trifásicos são mais leves do que oscircuitos monofásicos de mesma potênciaOs equipamentos trifásicos têm menoresdimensões e são mais eficientes do que osmonofásicos de mesma potência

TENSÕES DE FASE E DE LINHA

TENSÕES DE FASE E DE LINHA

Voltímetro V1 → Vfase=VF: VT, VR e VS

Voltímetro V2 → Vlinha=VL: VRS, VST e VTR

127V (POA), 220V (RS)

220V (POA), 380V (RS)

POTÊNCIA

Potência

IVPotência .= Aparente

A potência aparente é composta por duasparcelas:

AtivaReativa

A potência ativa é transformada em:

Potência Ativa

Potência mecânica

Potência térmica

Potência luminosa

A potência reativa é transformada em campomagnético, necessário ao funcionamento de:

Potência Reativa

Motores

Transformadores

Reatores

PotênciaEm projetos de instalação elétricaresidencial os cálculos efetuados sãobaseados na potência ativa e na potênciaaparentePortanto, é importante conhecer a relaçãoentre elas para que se entenda o que éfator de potência

PotênciaMonofásica

IVSsenIVQ

IVP

...cos..

===

θθ Ativa, real [W]

Reativa [VAR]

Aparente [VA]

P

QS

θ

Fator de PotênciaSendo a potência ativa uma parcela dapotência aparente, pode-se dizer que elarepresenta uma porcentagem da potênciaaparente que é transformada em potênciamecânica, térmica ou luminosa

A esta porcentagem dá-se o nome de fator de potência

Fator de Potência

θθ coscos===

VIVI

SPFP

Indutivo: I -> V (atraso)

Capacitivo: V -> I (avanço)FP

Fator de Potência

1 – para iluminação (incandescente)

< 1 – para tomadas de uso geralFP

Em projetos elétricos:

Quanto menor pior! (maiores perdas nos sistemas de energia elétrica). No Brasil o limite é 0,92 (Indústria)

Fator de Potência

iluminação:

Potência (aparente)

660VA * 1 = 660 W

Em projetos elétricos (exemplo) :

Fator de potência

tomadas:

Potência (aparente)

7300VA*0,8 = 5840 W

Fator de potência

PotênciaTrifásica

LL

LL

LL

IVSsenIVQ

IVP

....3

cos...3

==

=

θ

θ Ativa, real [W]

Reativa [VAR]

Aparente [VA]

P

QS

θ

PotênciaPotências típicas de aparelhos eletrodomésticos

Relação com Outras DisciplinasFísicaEletricidade em CC e CADisciplinas do Curso Técnico emEletrotécnica

Material SuplementarA. E. Fitzgerald - Máquinas Elétricas - EditoraBookman (ISBN: 8560031049)J. David Irwin - Análise de Circuitos emEngenharia - Editora Makron Books (ISBN:9788534606936)James W. Nilsson - Circuitos Elétricos - EditoraLTC (ISBN: 8521613636)

PotênciaEm projetos elétricos o levantamento das

potências é feito mediante uma previsão daspotências (cargas) mínimas de iluminação etomadas a serem instaladas, possibilitando,assim, determinar a potência total prevista para ainstalação elétrica residencial