Conceitos Básicos de Conceitos Básicos de EletricidadeEletricidadeLeonardo Faria Costa

Energia MecânicaEnergia Mecânica

Energia Cinética

Energia Potencial

Energia ElétricaEnergia Elétrica

Energia Elétrica

Energia Térmica ou Calorífica

Energia Luminosa

Energia Sonora

Energia Cinética

Energia Energia ElétricaElétrica

Geração de Energia ElétricaGeração de Energia Elétrica

Usina Hidrelétrica de Salto Caxias

1240 MW

Rio Iguaçu – PR

Copel

ConsideraçõeConsideraçõess Um corpo, ao cair, ganha

velocidade à medida que for

caindo, aumentando a velocidade,

ele ganha energia.

Mas não é preciso que a queda seja

vertical para que haja ganho de

energia, pois num plano inclinado

também há aumento progressivo de

energia.

Construção de Usinas

Hidrelétricas usando os

planos inclinados dos rios

para a geração da

eletricidade.

ConsideraçõeConsideraçõess

O fluxo das águas de um rio

não se apresenta o mesmo

durante o ano inteiro, sendo

influenciado pelas chuvas.

vazão se modifica de

acordo com a estação do

ano.

Por isso é necessário

estudar muito bem o

regime de um rio antes

de começar a edificação

de uma usina.

ConsideraçõeConsideraçõess Se uma usina hidrelétrica for

projetada para trabalhar com a

vazão mínima - nas cheias ela

se inundará e desperdiçará

muita água;

Se for projetada para aproveitar

as cheias - suas turbinas ficarão

quase paralisadas no período

das secas.

Os rios mais adequados

para a construção de

hidrelétricas são os de

maiores desvios, mas

são estes os mais sujeitos

a grandes variações da

vazão.

SoluçãoSolução

Regularizar a vazão para que a Usina

possa funcionar o ano todo com toda a

potência instalada.

Componentes de um Sistema Componentes de um Sistema ElétricoElétrico

Geração;

Transmissão (SE elevadora e SE abaixadora);

Distribuição.

GeraçãoGeraçãoObtida pela energia potencial da água (hidrelétrica) ou

Energia potencial dos combustíveis (termoelétrica).

Termelétricas

Convencionais:

Combustíveis fósseis (petróleo, gás natural,etc.)Combustíveis não fósseis (madeira, bagaço de cana, etc.)

Nucleares:

Combustível (urânio enriquecido)

TransmissãoTransmissão

Transporte de energia gerada até os centros consumidores

Geração = 13.8kV – economicamente viável

T

G

Valores escolhidos em função da potência de transmissão e distância

até os centros consumidores

Por que eleva-se a tensão da Por que eleva-se a tensão da geração para transmissão?geração para transmissão?

Ao elevar a tensão elétrica V, para uma mesma

potência elétrica P, teremos uma menor corrente

I. Como as perdas térmicas são dadas pela Lei de

Joule, que afirma que a perda é proporcional ao

quadrado da corrente, conclui-se que reduzindo

a corrente elétrica e aumentando a tensão

obtemos uma grande redução nas perdas.

ExemploExemplo

Usando um gerador de 13,8kV sob potência de

50MW.

Pretendemos transmitir potência de 50MW com FP

de 0,85 por meio de uma LT trifásica com

condutores de alumínio deste a Usina Hidrelétrica

(tensão do gerador é 13,8kV) até o centro de

consumo situado a 100 Km de distância

a) Usando a LT direta sobre 13,8kV

b) Usando a LT sobre 138kV

Resultado em escala Resultado em escala realreal

ResultadoResultado

O cabo para conduzir a energia em questão sob

tensão de 13,8 kV deverá ter diâmetro de 13 cm

Mas sob tensão de 138 kV deverá ter diâmetro

de 1,3 cm.

Por isso as linhas de transmissão da usina até os

centros consumidores 'funcionam' sob altas

tensões.

TransformadoTransformadorr É o equipamento responsável por ora elevar, ora abaixar as

tensões elétricas;

Entre o Gerador e o início da LT coloca-se um

Transformador elevador de Tensão (distancia da ordem de

500m);

No final da LT, na Subestação, coloca-se um Transformador para

abaixar a Tensão.

DistribuiçãoDistribuição Parte do Sistema Elétrico já dentro dos centros de utilização (cidade, bairros, indústrias)

Início – Subestação abaixadora (13.8kV ou 34kV)

Fim – Subestação abaixadora de BT (380/220V

• As redes de distribuição dentro dos centros urbanos podem ser aéreos ou subterrâneos

• A entrada de energia do consumidor final é denominada ramal de entrada (aérea ou subterrânea)

DistribuiçãoDistribuição Redes de distribuição

primária (DP) e

secundária (DS) são

trifásicas, e a ligação

aos consumidores

poderão ser

monofásica, bifásica

ou trifásica de acordo

com a sua carga

Esquema detalhado da Esquema detalhado da Geração até a Utilização - Geração até a Utilização -

consultarconsultar

http://www.feiradeciencias.com.br/sala12/12_19.asp

Partes de uma Usina Partes de uma Usina HidrelétricaHidrelétrica

Partes de uma Usina Partes de uma Usina HidrelétricaHidrelétrica

Partes de uma Usina Partes de uma Usina HidrelétricaHidrelétrica

Casa de ForçaCasa de Força

Concentra os equipamentos eletromecânicos responsáveis pela produção de energia , como a turbina e o gerador.

Partes de uma Usina Partes de uma Usina HidrelétricaHidrelétrica

1. Barragem2. Condutos Forçados3. Casa de Força4. Subestação Elevadora5. Subestação Abaixadora6. Subestação de Distribuição

Submúltiplos das Unidades de Submúltiplos das Unidades de MedidaMedida

K (Kilo) – 10³M(Mega) – 10⁶G(Giga) - 10⁹

m(mili) – 10⁻³µ(micro) – 10⁻⁶

Grandezas Elétricas Grandezas Elétricas FundamentaisFundamentais

Corrente ElétricaTensão ElétricaPotência ElétricaResistência

Estrutura da MatériaEstrutura da Matéria Matéria é constituída por átomos;

Átomos são compostos de partículas muito pequenas chamadas : prótons, nêutrons e elétrons;

Elétrons se localizam na eletrosfera. Prótons e Nêutrons ficam no núcleo;

Elétrons – carga elétrica negativaPrótons – carga elétrica positivaNeutro – sem carga elétrica

Estrutura da MatériaEstrutura da MatériaA facilidade ou dificuldade de os elétrons se

deslocarem de sua órbitas determinam a condutividade elétrica do material

Se os elétrons livres se libertam das suas órbitas com facilidade – materiais condutores (alumínio, cobre, prata...)

Se os elétrons livres tem dificuldade em se libertar de suas órbitas - materiais isolantes (cerâmica , vidro, plástico...)

EletricidadeEletricidadecorrente elétrica Símbolo – IUnidade – A (Ampere)

Corrente elétricaCorrente elétrica

Corrente elétrica é o fluxo de cargas que atravessa a seção reta de um condutor por unidade de tempo.

dt

dqi

Tensão ou Diferença de Tensão ou Diferença de PotencialPotencial

Símbolo – V ou EUnidade – (V) Volts

Potência ElétricaPotência Elétrica

Símbolo – PUnidade – W (Watts) ou J/s(Joule/segundo)

Mede quanto trabalho pode ser realizado em

um certo período de tempo (velocidade com

que um trabalho é executado)

IVP

A Potência determinaA Potência determina

O quanto uma lâmpada é capaz de emitir luz;

O quanto um motor é capaz de produzir trabalho;

O quanto um chuveiro é capaz de aquecer a água;

Quanto um aquecedor de ambientes é capaz de produzir

calor.

Tipos de PotênciaTipos de Potência

No Sistema Elétrico existem três tipos de Potência

Potência AtivaPotência Ativa

É a capacidade real das cargas produzirem trabalho.

É aquela que realmente se transforma em

Relação entre cv e kW: 1cv = 746W = 0,746kW

Potência AtivaPotência AtivaCircuitos de Corrente Contínua

Circuitos de Corrente Alternada (CA) monofásico

Circuitos de Corrente Alternada (CA) trifásico

P– potência elétricaV – Tensão entre duas fases quaisquer I – corrente em uma das fasesFp – Fator de Potência

FpIVP

FpIVP 3

IVP

Potência ReativaPotência Reativa É responsável pela produção dos campos eletromagnéticos necessários

para o funcionamento dos equipamentos como.

Reatores, motores, transformadores,...

Potência AparentePotência Aparente É a multiplicação da Tensão Elétrica pela Corrente Elétrica.

É a potência Total gerada e transmitida a carga.

22

222

QPS

QPS

S

PFp cos

ExercícioExercícioTem-se um motor monofásico, onde algumas medidas nele foram feitas:

O medidor de potência mostra 2208W O medidor de Tensão indica 220V O medidor de Corrente indica 11,6A

Calcule S, P, Q e Fp.

22

222

QPS

QPS

S

PFp cos

Resistência ElétricaResistência Elétrica Símbolo – R Unidade – Ω (ohms)

Oposição interna do material a circulação de cargas elétricas

Cada material tem a sua resistência específica, ou resistividade (ρ);

A expressão da resistência em função do condutor é:

A

lR .

R – resistência Ωρ – resistividade do material (Ω.mm²/m)l - comprimento (m)A – área da seção reta (mm²)

ExercíciosExercícios1) Considere: ρ cobre = 0,0178Ω.mm²/m, ρ alumínio =

0,028Ω.mm²/m

a) Determine a resistência de um fio de alumínio de 1 Km de extensão e de seção de 2,5mm².

b) Se no exercício a) fosse um condutor de cobre, Qual seria sua resistência?

A

lR .

Respostaa) R = 11,2Ωb) R = 7,12Ω

Lei de OhmLei de Ohm

A fórmula que relaciona

Tensão (V)Corrente (I)Resistência (R) é

IRV

Circuito SérieCircuito Série Corrente é a mesma para todos os resistores; Tensões dependerão dos valores dos

Resistores; Resistência Total é a soma das Resistências.

21 RRRT

Circuito ParaleloCircuito Paralelo Tensão é a mesma para todos os resistores; Correntes dependerão dos valores dos Resistores; Resistência Total é o inverso da soma dos

inversos das Resistências.

321

1111

RRRRT

ExemploExemplo A iluminação de uma árvore de Natal é um exemplo

de circuito série.

Supor que tenhamos lâmpadas de 8V cada uma e

queremos ligar na tomada de 120V de nossa casa.

a) Como vamos fazer essa ligação?

b) Qual a corrente que irá circular em cada lâmpada?

c) Qual a resistência equivalente?

Resposta:

a)15 lâmpadasb)I=0,625Ac)Rt = 192Ω

ExemploExemplo Num circuito de 220V, desejamos instalar três lâmpadas

iguais cujos filamentos têm a mesma resistência de 20Ω.

a) Qual a resistência equivalente?

b) Qual a corrente resultante?

c) Qual a potência total dissipada?

Resposta:

a)R = 6,66Ωb)I = 33Ac)P = 7260W