7/29/2019 Apostila 03 Eletricidade e Automacao

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Ooperrio desperta com o toque do rdio-relgio. Levanta, acende a luz. Toma um banho quente. Prepara seu lanche comauxlio da torradeira eltrica.

Sai de casa, pega um trlebus. Chega fbrica, marca o ponto na mquinaleitora de cartes magnticos. Dirige-se ao posto de trabalho e l est o tornoCNC dando os ltimos retoques numa pea.

Alguma coisa ajuda a vida do operrio desde que ele acorda. a eletricidade.

Voc j imaginou o mundo sem eletricidade? No existiria nenhum dosequipamentos de que o operrio precisou. Nem o rdio, nem a televiso.Tampouco existiriam as mquinas comandadas por computador e robs.Certamente, sem a eletricidade a automao no teria alcanado o estgio

de desenvolvimento que possui hoje.Para poder imaginar um mundo sem eletricidade, temos de regredir mais de

cem anos. Foi somente no ltimo quarto do sculo passado que os primeirosgeradores de eletricidade, os dnamos, foram aperfeioados de modo a setornarem fontes de suprimento. Em 1875, um desses geradores foi implantadoem Paris (Frana), para fornecer eletricidade s lmpadas de uma estao.

Mas o que a eletricidade?

Esta uma questo em parte j respondida na Aula 1 deste mdulo, quandotratamos da automao de forma mais genrica. Nesta aula vamos abordar

conceitos tcnicos, que so fundamentais para a aplicao da automao.

Eletricidade

Eletricidade uma manifestao de uma forma de energia associadaa cargas eltricas, paradas ou em movimento. O que possui cargas eltricasso os eltrons, partculas minsculas que giram em volta do ncleodos tomos que formam as substncias. A figura a seguir representa umtomo de hidrognio.

Eletricidadee automao

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Um problema

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Na Grcia antiga, j se conhecia a propriedade do mbar de atrair partculasde p ao ser esfregado em outro material. O mbar uma resina amarela,semitransparente e quebradia, e na lngua grega chamada de elektron.Talvez tenha sado da o nome da eletricidade.

Ocorre que certos materiais perdem cargas eltricas quando atritadoscom outros (ou, dependendo do material atritado, ganham cargas eltricas em

vez de perd-las).Quando ganham, dizemos que ficam carregados negativamente, poisconvencionou-se dizer que os eltrons possuem cargas negativas. Quandoperdem eltrons, ficam carregados positivamente. Estando eletricamentecarregado, o material capaz de atrair corpos eletricamente neutros e cargas comsinais opostos.

Este fato pode ser verificado facilmente. Por exemplo, um pente depois deser atritado vrias vezes contra o cabelo atrai pedaos pequenos de papel picado.

Esta forma de eletricidade chama-se eletrosttica.

Tenso, corrente e resistncia eltricas

No ano 1800, o italiano Alessandro Volta inventou a pilha eltrica.Ele observou que dois metais diferentes, em contato com as pernas de uma rmorta, fizeram a perna da r se movimentar. Volta concluiu acertadamente queo movimento da perna da r devia-se passagem de eltrons, a que ele de-nominou corrente eltrica.

Mais tarde, Volta descobriu que os eltrons se movimentavam de um metalpara outro, atravs da perna da r, impulsionados por uma diferena de cargaseltricas entre os metais. Essa diferena, capaz de provocar o movimento orde-

nado dos eltrons de um metal para outro, chamada hoje de tenso eltricatenso eltricatenso eltricatenso eltricatenso eltricaou diferena de potencial eltrico. A unidade de medida de tenso eltrica o volt, em homenagem a Alessandro Volta.

A pilha de Volta, ou pilha voltaica, ou qualquer gerador de tenso eltricaso capazes de manter entre seus plos uma diferena de potencial. H o plopositivo, que tem menos eltrons e o negativo, que tem mais eltrons.

Um material condutor (como o fio de cobre, no qual os eltrons se movimentamde um tomo a outro com mais facilidade) quando ligado entre os dois plos

representao do tomo de hidrognio

Tenso

eltrica: diferena

de potencial

eltrico entre dois

pontos, capaz de

gerar movimento

ordenado dos

eltrons entre um

ponto e outro.

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A U L Ado gerador permite a passagem de corrente eltrica no sentido do negativo parao positivo. O corpo que tem menos eltrons tende a atrair os eltrons do corpoque tem mais.

As figuras representam um circuito eltrico. Qualquer caminho fechado poronde possa passar a corrente eltrica forma um circuito eltrico. O circuitotambm pode ser desenhado com smbolos:

A corrente eltrica provocada por uma pilha chamada corrente contnuacorrente contnuacorrente contnuacorrente contnuacorrente contnua,pois sempre percorre o circuito no mesmo sentido. Assim tambm a correntegerada pelas baterias dos automveis.

As mquinas utilizadas na automao necessitam de corrente contnua paramovimentar certos tipos de motores e grande parte dos componentes eletrnicos.

Em 1831, Michael Faraday observou que ms em movimento dentrode circuitos fechados do origem corrente eltrica.

pilha gerando corrente em um condutor

pilha gerando corrente em um condutorcom a pilha substituda pelo seu smbolo

Corrente

contnua:

movimento

ordenado de cargas

eltricas, sempre

no mesmo sentido,

do plo negativo de

uma fonte para

o plo positivo. Sua

unidade de medida

o ampre.

movimento de mgerando corrente

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A U L A Outra coisa que Faraday percebeu, usando instrumentos sensveisao movimento dos eltrons, foi que, afastando-se o m do circuito, o sentidoda corrente mudava. Assim, com movimentos de aproximao e afastamentodo m, produziu-se pela primeira vez uma corrente eltrica que mudavade sentido. Isto recebeu o nome de corrente alternadacorrente alternadacorrente alternadacorrente alternadacorrente alternada.

As usinas geradoras de energia eltricaproduzem tenso e corrente alternadas.O smbolo de um gerador de tenso alternada mostrado na figura ao lado. Este o tipode tenso que encontramos nas tomadas denossas residncias e fbricas.

Observe que no existe definio de qual

seja o plo positivo ou negativo. O que de fatoocorre que a polaridade da tenso alternada seinverte vrias vezes a cada segundo. No Brasil,graas velocidade com que giram as turbinasdas nossas hidreltricas, a polaridade da tensoalternada se inverte 60 vezes a cada segundo.

As mquinas que necessitam de corrente contnua devem possuir umdispositivo capaz de converter a tenso alternada recebida da rede eltrica paraa tenso contnua necessria, num esquema como o da figura a seguir.

Para distribuir a eletricidade, foram inicialmente utilizados condutoresde ferro, depois substitudos pelos de cobre, melhor condutor eltrico.

Eltrons em movimento chocam-se com os tomos do material condutor.Isto dificulta a corrente eltrica. A esta oposio passagem de corrente eltrica

Corrente

alternada:

movimento

ordenado de cargas

eltricas, pormcom sentido que

muda de um

instante para outro.

A freqncia com

que a corrente

alternada muda de

sentido depende do

tipo de gerador

utilizado.

smbolo dogerador de

tensoalternada

tomadade tensoalternada

converso de tenso alternada para contnua em mquinas de corrente contnua

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A U L Ad-se o nome de resistncia eltricaresistncia eltricaresistncia eltricaresistncia eltricaresistncia eltrica, e seu smbolo mostrado na figura a seguir.Sua unidade de medida o ohm.

Potncia eltrica

A eletricidade, convertida em outra forma de energia, pode ser utilizada emdiversas situaes comuns. o caso, por exemplo, da resistncia de umchuveiro, que aquece a gua que passa pela resistncia eltrica. Dizemosque o chuveiro converte energia eltrica em energia trmica.

Os motores eltricos, quando recebem tenso, giram seu eixo. Dizemosque os motores convertem energia eltrica em energia mecnica, possibilitandoque outros corpos sejam movimentados por meio do giro de seu eixo.

Os gases das lmpadas fluorescentes emitem luz ao serem percorridospela corrente eltrica. Dizemos que as lmpadas convertem energia eltricaem energia luminosa.

Voc mesmo capaz de observar vrias situaes em que a energia eltrica convertida em outra forma de energia, a fim de gerar alguma coisa til sociedade.

A quantidade de energia que um sistema eltrico capaz de fornecerdepende da tenso e da corrente do sistema eltrico. Mais precisamente,chamamos de potncia eltrica, cujo smbolo a letra P, a capacidade

de fornecimento de energia num certo intervalo de tempo.

A unidade de medida da potncia eltricapotncia eltricapotncia eltricapotncia eltricapotncia eltrica o watt, em homenagemao inventor de motores, o escocs James Watt (1736-1819).

Problemas energticos atuais

Atualmente, o desenvolvimento de qualquer nao est associado produode energia eltrica. As naes andam preocupadas com o elevado consumo deenergia eltrica. A construo de usinas hidreltricas, principal fonte de energiaeltrica em diversos pases, como o Brasil, requer altos investimentos. As obras

de uma usina, alm de caras, produzem alteraes irreversveis no meioambiente, tais como mudana no curso de rios, inundao de florestas, mudanasclimticas e desapropriaes. Por isso, economizar energia um dever de todocidado. E ns podemos fazer isso em casa e na fbrica.

Em casa, ligando apenas o necessrio, nas horas certas. Ligar apenase somente o necessrio um hbito que podemos levar para o trabalho.

Nas fbricas, os tcnicos j se preocupam em especificar mquinas quesejam mais eficientes, isto , que executem mais trabalho com menor consumode energia.

smbolo da resistncia eltrica

Potncia

eltrica:

capacidade

de fornecimento

de energia eltrica

num intervalo

de tempo. Para

o sistema que

recebe a energia

eltrica e a

converte em outraforma de energia,

a potncia eltrica

representa a

capacidade

de absoro

e converso de

energia num dado

intervalo de tempo.

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A U L A Teste sua aprendizagem. Faa os exerccios e confira suas respostas com asdo gabarito.

Marque com X a resposta correta.

Exerccio 1Exerccio 1Exerccio 1Exerccio 1Exerccio 1Eletricidade uma manifestao de uma forma de energia associadaao movimento ordenado dos:a)a)a)a)a) ( ) planetas;

b)b)b)b)b) ( ) eltrons;c)c)c)c)c) ( ) prtons;d)d)d)d)d) ( ) ncleos atmicos.

Exerccio 2Exerccio 2Exerccio 2Exerccio 2Exerccio 2O plo negativo de uma fonte de tenso eltrica assim chamado porque,comparado ao seu plo positivo, ele possui:a)a)a)a)a) ( ) menos eltrons;

b)b)b)b)b) ( ) a mesma quantidade de eltrons;c)c)c)c)c) ( ) mais eltrons;d)d)d)d)d) ( ) mais corrente.

Exerccio 3Exerccio 3Exerccio 3Exerccio 3Exerccio 3Em um circuito eltrico, a corrente contnua quando os eltronsmovimentam-se sempre:a)a)a)a)a) ( ) no mesmo sentido;

b)b)b)b)b) ( ) mudando de sentido;c)c)c)c)c) ( ) da direita para a esquerda;d)d)d)d)d) ( ) em estrutura cristalina.

Exerccio 4Exerccio 4Exerccio 4Exerccio 4Exerccio 4Associe a primeira coluna segunda coluna:

Exerccios

1.1.1.1.1. ( ) Oposio passagem de correnteeltrica.

2.2.2.2.2. ( ) Diferena de potencial eltrico capazde gerar corrente eltrica.

3.3.3.3.3. ( ) Energia eltrica desenvolvida numintervalo de tempo.

4.4.4.4.4. ( ) Movimento ordenado dos eltrons.

a)a)a)a)a) Tenso eltrica

b)b)b)b)b) Corrente eltrica

c)c)c)c)c) Resistncia eltrica

d)d)d)d)d) Potncia eltrica