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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