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UNITPAC- CENTRO UNIVERSITÁRIO TOCANTINENSE PRESIDENTE ANTONIO CARLOS ITPAC- Instituto Tocantinense Presidente Antonio Carlos S/A Engenharia Elétrica Pesquisa – 02 Ronã Alves Silva Junior 0001394 Araguaína/ TO MAIO/ 2020 Pesquisa – 02 Trabalho apresentado como requisito Parcial para obtenção de aprendizado na Disciplina de instalação industrialdo Curso de Engenharia Elétrica da UNITPAC. Prof. Joaquim Primo Araguaína/ TO MAIO / 2020 CURTO-CIRCUITO NAS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS Introdução Curto-circuito acontece quando a resistência elétrica em um circuito é muito pequena e a corrente elétrica que o atravessa atinge uma intensidade elevada em excesso. Esse aumento na corrente elétrica causa uma grande liberação de energia e, consequentemente, um superaquecimento dos condutores. Exemplo comum de curto-circuito é o toque de cabos de postes de energia, ou ainda a colocação de metal na tomada. É provocada uma reação devido a dissipação de energia, gerando faíscas, podendo ocorrer explosão e até incêndio. Análise das correntes de curto-circuito A Análise da corrente de curto circuito em sistemas de baixa tensão é necessária para dimensionar corretamente a proteção do equipamento (disjuntor de proteção) ou da instalação elétrica (Cabos condutores). Para realizar a análise, temos que representar o sistema elétrico da indústria (transformadores e condutores elétricos) em circuitos unifilares representados por impedância (Z=R+jωl). No momento do curto – circuito, a corrente sofre uma alteração brusca de intensidade e após um determinado instante de tempo ela retorna ao seu estado nominal. Para isso temosum fator de correção denominado fator de impulso, que éreferente a assimetria da corrente ao período transiente. Sistema de base e valores por unidade O sistema "por unidade", ou, mais brevemente, sistema p.u., consiste na definição de valores de base para as grandezas (tensão, corrente, potência, etc.), seguida da substituição dos valores das variáveis e constantes (expressas no Sistema Internacional de unidades) pelas suas relações com os valores de base pré-definidos Os cálculos serão realizados no sistema p.u., e os resultados finais novamente convertidos para o S.I. através de G=Gpu.Gb, ou seja, multiplicando o valor em p.u. pelo valor da base. Dadas as relações existentes entre as unidades, só poderão definir-se duas bases independentes, a partir das quais se calculam todas as outras. A partir desses valores, definem-se trivialmente as bases de potência por fase (Sb/3) e de tensão simples (Vb/ 3 ), e também as bases para a potência activa e reactiva, numericamente iguais à base de potência aparente Numa rede com vários níveis de tensão, cujas zonas são definidas pelos transformadores existentes, haverá uma base de tensão para cada zona, sendo conveniente que as relações entre as bases de zonas adjacentes sejam iguais às relações de transformação dos transformadores que as ligam (nessa hipótese, os transformadores terão, em p.u., uma relação de transformação 1:1, o que é extremamente cómodo). No que respeita às características das máquinas (transformadores, geradores, etc.), os dados são fornecidos geralmente em valores percentuais, referidos aos valores nominais de potência e tensão da máquina. A compatibilização desses valores com as bases definidas para a rede em estudo requer uma mudança de base, cuja mecânica é descrita no ponto seguinte. A alteração das bases definidas para um elemento do sistema ou para uma rede ocasiona, obviamente, a modificação dos valores em p.u. Uma aplicação imediata da expressão anterior é a transformação dos valores das características das máquinas eléctricas, habitualmente dados em percentagem dos valores nominais da máquina, para valores em p.u. Tipos de curto-circuito Por ordem de gravidade, os principais tipos de curtos-circuitos podem ser divididos em [3]: (a) trifásico; (b) fase-fase e fase-fase com terra; (c) fase-terra. (a) Trifásico (simétrico das três fases): sólido ou com impedâncias no local de falta, fig. 5.2. (b) Fase-fase e fase-fase-terra: curto de duas fases sem e com curto a terra, figuras 5.3 e 5.4. (c) Fase-terra: com as outras duas fases ligadas, fig. 5.5. Determinação das correntes de curto-circuito Conforme a norma NBR 5410/2004, todo circuito deve ser protegido por dispositivos que interrompam a corrente neste circuito quando pelo menos um de seus condutores for percorrido por uma corrente de curto-circuito. Portanto, para que a interrupção da corrente de curto-circuito atue em um tempo suficientemente curto para que os condutores não atinjam os valores de temperatura, conforme visto. Para determinar a corrente de curto- circuito da peça de proteção do circuito, inicialmente, deve-se saber qual é o nível de curto-circuito da fonte geradora, onde em função da Tensão, Potência e Quantidade de transformadores obtêm-se a corrente de curto-circuito total do projeto. A corrente de curto-circuito total ( ) será obtida multiplicando a corrente de curto-circuito individual pela quantidade de transformadores informada, ou seja: = Corrente de curto-circuito total na fonte geradora; = Corrente de curto-circuito individual na fonte geradora; = Quantidade de transformadores Para determinar o valor da corrente de curto-circuito presumida no ponto considerado é necessário conhecer os seguintes dados: Corrente de curto-circuito total da fonte geradora (calculada no item 1); Tensão utilizada no circuito analisado (determinada nas propriedades do circuito); Material do cabo utilizado (informado no cadastro do condutor); Seção do condutor previamente calculada; Comprimento máximo da fiação do condutor principal. A seção do condutor é obtida no dimensionamento do circuito, através dos critérios iniciais de dimensionamento da fiação (critério da capacidade de condução de corrente, seção mínima e coordenação com a proteção contra sobrecarga). Será utilizado o comprimento máximo do circuito, que é obtido considerando o caminho crítico, ou seja, o maior caminho até o último ponto, independentemente de ser ponto com potência ou não. Por exemplo, para circuitos terminais, deverá contabilizar o maior trecho saindo do quadro de distribuição até o ponto com maior distância. Contribuição dos motores de indução nas correntes de falta Comportamento do Motor de Indução em um Curto-circuito Durante um pequeno período depois da ocorrência de um curto-circuito na rede, um motor de indução atua como fonte, alimentando a falta. Corrente de contribuição do motor de indução na ocorrência de um curto-circuito externo aos seus terminais é causada por uma tensão eletromotriz gerada pelo fluxo do rotor. Fluxo no rotor é produzido pela indução do estator, diferentemente da máquina síncrona onde o enrolamento DC é Na ocorrência de um curto-circuito externo ao motor, por exemplo, a tensão nos seus terminais tende a cair a zero, dependendo da impedância da falta. Neste momento, com a tensão nos terminais do estator igual à zero (ou próximo), não há mais a indução do estator que gera o fluxo no rotor, que tende a decair até zero. Uma vez que o fluxo no rotor não pode decair até zero instantaneamente, uma tensão induzida pelo rotor é gerada no enrolamento do estator causando a corrente de contribuição de curto-circuito do motor de indução para fluir até que o fluxo do rotor caia à zero. apresenta um gráfico do comportamento da constante de tempo de curto-circuito e a resistência do enrolamento do estator em função da potência do motor. por outro lado, para motores de maior porte a constante de tempo émaior e a resistência do estator menor. No instante igual a constante de tempo, o decaimento da corrente de contribuição do motor com relação ao valor inicial é de 37%. Aplicação das correntes de curto-circuito As correntes de curto circuito são de extrema importância em qualquer projeto de instalação elétrica dentro as suas aplicações práticas pode-se cotar: Determinação da capacidade de ruptura dos disjuntores Dimensionamento das proteções Dimensionamento da seção dos condutores dos circuitos elétricos Dimensionamento da seção dos condutores da malha de terra Questões 1 Conforme a Norma de Distribuição Unificada da Energisa - NDU-001, o método de partida permitido para motores de rotor em curto-circuito (assíncronos ou síncronos) de 5 CV ≤ P ≤ 15 CV é a chave estrela-triângulo. A instalação desta chave garante a redução na corrente de partida de: ( )58% ( )33% ( )67% ( )25% 2 Os curtos-circuitos podem ser do tipo permanente ou temporário (fortuito). Os curtos- circuitos permanentes são: ( ) sobre tensões na rede, como consequente quebra de isolamento do isolador, propiciando o arco elétrico (flashover). ( )do tipo irreversível espontaneamente, necessitando de conserto na rede para restabelecer o sistema. ( )sobre tensões induzidas devido a descargas atmosféricas indiretas. ( )originados pela salinidade na orla marítima. ( )decorrentes da existência de pássaros que pousam nas linhas de energia elétrica nas cidades. 3 A corrente de curto-circuito é defeito indesejável, e se não for rapidamente eliminada, os danos nos equipamentos que integram a rede elétrica poderão ser elevados. Nesse sentido, considere os seguintes itens: 1. Conhecer a dimensão do seu valor. 2. Efetuar a coordenação de relés. 3. Considerar as harmônicas na frequência industrial, devido à carga na linha. 4. Ter relés de proteção, com tempo de atuação superior a 6 s. São necessários para se dimensionar a proteção elétrica os itens: ( )1 e 2 apenas. ( ) e 4 apenas. ( )3 e 4 apenas. ( )1, 2 e 3 apenas. ( )1, 2, 3 e 4. FORNOS ELÉTRICOS Fornos a resistência Um dos equipamentos de maior importância dentro dos processos produtivos de uma indústria de qualquer porte é o forno elétrico, que precisa ter alta qualidade e longa vida útil para tornar as atividades rentáveis e eficientes. Nas situações em que é necessário atingir temperaturas mais altas, com limites máximos de 1200°C, o mais indicado é o uso da liga A-I, montada em tubos rosqueados com suporte cerâmico ou em espirais alojadas em canaletas do mesmo material. Os fornos elétricos são equipamentos que assumem diversas funções dentro do processo industrial, participando de serviços de moldagem, cura, polimerização, secagem, sintetização, entre outras atividades de tratamento térmico. Assim, uma resistência para forno elétrico deve atender cada um dos segmentos em que o equipamento estiver trabalhando, de acordo com as demandas do tipo de aquecimento industrial. o bom funcionamento, a resistência de um forno elétrico deve estar direcionada para equipamentos com temperaturas de trabalho entre 500°C e 1200°C, de acordo com o material utilizado e com a atividade que será desenvolvida. Com o tempo de uso e as constantes dilatações e contrações do fio devido ao aquecimento do cabo, o fio pode afrouxar; Ligar e desligar o conjunto de cabos pode causar desgaste e afrouxar as conexões. Caso exista algum desses problemas, substitua o elemento com defeito imediatamente e com peças de reposição originais de fábrica. De um modo geral, se um disjuntor desarma imediatamente após ser ligado, ou pressionando as teclas de início, ele indica um curto-circuito no interior do forno propriamente dito. Se há alguma evidência de formação de arco, chame um eletricista qualificado para corrigir o problema. Desligue todos os outros aparelhos que operam na mesma rede do forno. Morgan (2013) afirma ainda que fornos à resistência elétrica normalmente tem um aquecimento mais lento de que fornos de queima de combustíveis, desta maneira exigindo cadinhos com uma eficiência energética alta. Morganite (2005) afirma que essa distância do cadinho até a resistência deve variar de 45 a 70 mm, dependendo da potência do forno, e que ele deve ficar centralizado, desta maneira garantindo que a distância será homogenia para com as resistências. Fornos de indução A experiência relativa à formação de incrustações durante a manutenção da temperatura e o vazamento do ferro fundido nos fornos a indução do tipo canal evidencia algumas de suas causas, as quais são confirmadas na simulação computadorizada. As incrustações são originadas principalmente nos pontos onde há uma combinação de critérios: temperaturas locais do banho relativamente baixas alta energia específica da corrente do banho baixas velocidades médias da corrente Por meio de modificações específicas da geometria do canal e do estrangulamento, foi possível obter distribuições da corrente e da temperatura que resultaram em uma redução considerável dos fatores de influência sobre a formação de incrustações. Indutor do tipo canal trabalha conforme o princípio de um transformador, consistindo em uma bobina primária disposta em um núcleo de ferro fechado e um canal de fusão fabricado em material refratário, que forma o enrolamento secundário curto-circuitado após o enchimento com metal líquido. Em virtude desta forma construtiva, o forno possui um grau de eficiência relativamente alto, o que se reverte em economia de energia e rentabilidade no caso de operações contínuas. Por meio da crescente formação de incrustações, ou seja, do fechamento da seção transversal do canal particularmente na área de transição para o cadinho, há uma redução do transporte de calor. Apesar da eficiência comprovada do forno a indução do tipo canal para a fusão, manutenção da temperatura e vazamento de metais, ainda há potenciais de melhora em relação à troca de calor e matéria no próprio canal e ao tempo de vida útil do indutor. Fornos a arco A energia elétrica é gerada em diferentes tipos de instalações. Dois motivos principais levam a esta opção (em relação a corrente continua): (a) As maquinas geradoras são mais eficientes quando geram em corrente alternada e (b) a corrente alternada pode ser facilmente elevada ou reduzida através de transformadores, equipamentos estáticos, de elevadíssima eficiência. Como a potência elétrica é resultado do produto tensão – corrente, tensões elevadas permitem o transporte de elevada quantidade de energia (alta potência) com correntes relativamente baixas. O transporte dentro das cidades em “alta tensão” emprega, em geral, 13.800 V. Estas elevadas tensões exigem cuidados rigorosos com isolamento e proteção rigorosa dos usuários, pois são extremamente letais. Tensão é reduzida para 127 e/ou 220V, por exemplo, quando o isolamento é menos complexo e os riscos para os usuários são reduzidos. Somente em linhas de transmissão de elevadíssimas distâncias, quando as perdas por impedância da linha podem ser mais significantes, tem se empregado o transporte em corrente continua, como é o caso da linha de 700.000 V de Itaipú. Uma aciaria elétrica é um grande consumidor de energia elétrica, tipicamente na faixa de 20- 200MW (um forno de 100t requer uma potência média de 80MW. Naturalmente, os fornos elétricos a arco de corrente continua tem, em sua instalação, retificadores para transformar a corrente alternada recebida da concessionária em corrente contínua. pode ser aplicada com facilidade para obter as relações entre tensão e corrente aplicada. A resistência elétrica é, essencialmente, resistência a passagem dos elétrons no condutor (ou em um plasma, no caso doarco elétrico). Normalmente a carga do forno a arco é composta de sucata e ferro-ligas, nas usinas nãointegradas. Gusa sólido é também um importante componente da carga, por três motivos: (a) agrega C à carga (ver item .....) (b) tem baixo nível de residuais (Cu, Zn, S etc.) diluindo as impurezas da sucata e (c) tem alta densidade aparente. A necessidade de se aproveitar os elementos de liga contidos na sucata e se evitar a presença de elementos indesejáveis em determinados aços, exige do operador de forno elétrico — especialmente o produtor de aços especiais — uma cuidadosa separação e armazenamento da sucata. Normalmente, a sucata é reunida em grupos, por famílias de aços (ex.: sucata de aços 43xx, sucata de aços 86xx) de modo que, ao ser empregada, possa-se prever, com segurança, a composição química a ser obtida. De vez que a sucata pode ter densidade aparente muito baixa (sucata a granel tem densidade da ordem de 1t/m3 ), é importante balancear corretamente a carga, para se evitar a necessidade de muitos carregamentos, que comprometam a produtividade. Há ligas de alto teor de carbono ou baixo teor de carbono, ligas de baixo fósforo e enxofre, ligas de alto teor de residuais, etc. Questões 1 Em instalações elétricas industriais, estão presentes diversos equipamentos, entre os quais motores elétricos, lâmpadas, fornos elétricos.Alguns são responsáveis por diminuir e outros por aumentar o fator de potência da instalação. Sobre esses equipamentos, assinale a afirmativa correta. ( )Lâmpadas incandescentes e fornos elétricos resistivos possuem fator de potência unitário. ( )Motores elétricos possuem comportamento capacitivo, elevando o fator de potência. ( )Capacitores de correção de fator de potência são utilizados para abaixar o fator de potência. ( )Fornos indutivos e motores elétricos possuem fator de potência unitário. 2 as unidades residenciais são permitidos pontos de iluminação e tomadas em um mesmo circuito, exceto nas cozinhas, copas e áreas de serviço, que devem constituir um ou mais circuitos independentes. Com relação a esses casos, assinale V para a afirmativa verdadeira e F para a falsa. ( ) As proteções de circuitos de aquecimento ou condicionamento de ar podem ser agrupadas no quadro de distribuição da instalação elétrica geral ou num quadro separado. ( ) Quando um mesmo alimentador abastece vários aparelhos individuais de ar condicionado, deve haver uma proteção para o alimentador geral e uma proteção junto a cada aparelho, caso este não possua proteção interna própria. ( ) Circuitos independentes devem ser previstos para os aparelhos de potência igual ou superior a 1.500 VA (Volt‐Ampère), como fornos elétricos ou para aparelhos de ar condicionado, não sendo permitida a alimentação de mais de um aparelho do mesmo tipo, através de um só circuito. As afirmativas são, respectivamente, (A) F, V e F. (B) F, V e V. (C) V, F e F. (D) V, V e F. (E) F, F e V. 3 Os circuitos das instalações elétricas são as linhas de transmissão de energia interna, que se desenvolvem a partir da origem da instalação e podem ser de dois tipos: os circuitos de distribuição e os terminais. A divisão da instalação elétrica de uma edificação, em circuitos terminais, (A) dificulta a passagem dos condutores nos eletrodutos e as ligações deles nos terminais dos aparelhos de utilização. (B) possibilita que a queda de tensão e a corrente nominal sejam menores, além do dimensionamento de condutores e dispositivos de proteção de menor seção e menor capacidade nominal. (C) facilita a operação e manutenção, mas aumenta a interferência quando da utilização de equipamentos elétricos. (D) deve considerar a necessidade de diferenciar ao máximo as várias fases, isto é, as potências instaladas em cada fase devem ser muito distintas umas das outras. (E) deve prever circuitos de iluminação unidos às tomadas de uso geral, desde que divididos racionalmente pelos setores da unidade da edificação. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Introdução Eficiência significa fazer mais (ou, pelo menos, a mesma coisa) com menos, mantendo o conforto e a qualidade. Quando se discute energia, eficiência energética significa gerar a mesma quantidade de energia com menos recursos naturais ou obter o mesmo serviço ("realizar trabalho") com menos energia. Cada um de nós pode contribuir para um uso mais eficiente da energia, buscando equipamentos mais eficientes, ou seja, aqueles que usam menos recursos para proporcionar a mesma quantidade de energia útil. Levantamento e medições Essas curvas de carga são representadas em gráficos onde pode se conhecer o consumo de energia do cliente através da classe e faixa de consumo que se enquadra o mesmo e também através de sua demanda média Através dos gráficos podemos analisar mês a mês o consumo e a demanda de energia que a empresa utilizou, podendo assim analisar se o seu consumo está dentro do planejado e se o consumidor está utilizando de forma adequada a sua demanda contratada junto a concessionária de energia elétrica onde pode ser notado dados importantes como a utilização da demanda no horário de ponto e fora de ponta o valor da demanda contratada e a demanda realmente utilizada pelo consumidor. As medições aumentam a economia de energia pois permite aos gestores das empresas controlarem melhor o consumo de energia em suas instalações, permitindo-lhes ajustar a sua produção e maiores economias, por um período mais prolongado e com menores variações ao longo do tempo. Emprego de Medição & Verificação possibilita uma melhor engenharia de projeto de eficiência, levam naturalmente a um melhor projeto de retrofit, visto que há uma verificação dos resultados obtidos baseada em medição e não em estimativas. Como na Medição & Verificação ocorre primeiro a determinação da redução de energia consumida para somente depois calcular-se a economia pecuniária, é possível determinar a contribuição do projeto na redução de gases de efeito estufa Todo equipamento elétrico possui uma potência apresentada em Watts cujo símbolo é W. Exemplos: lâmpada incandescente = 100 W, chuveiro = 3.600 W, geladeira = 200 W, etc Para calcular o consumo de um equipamento multiplique sua potência pelo tempo de funcionamento em horas. Exemplos: lâmpada incandescente = 100 W, chuveiro = 3.600 W, geladeira = 200 W, etc Para calcular o consumo de um equipamento multiplique sua potência pelo tempo de funcionamento em horas. um chuveiro funciona 2 horas por dia logo seu consumo é 3.600 W x 2 horas = 7.200 Wh/dia Similar a 1 km que é 1000 metros ou 1 kg que é 1000 gramas. Desta forma, para calcular o consumo de energia elétrica por mês é só utilizar a expressão: Lâmpadas de 100 W funcionando 8 horas por dia pelo período de 1 mês (30 dias) Consumo = 2 x 100 W x 8 horas/dia x 30 dias Computador de 150 W funcionando 10 horas por dia durante 1 mês (30 dias) Consumo = 1 x 150 W x 10 horas/dia x 30 dias Consumo total destes equipamentos= 48 + 45 = 93 kWh/mês Este cálculo deve ser feito para todos os equipamentos elétricos porque o medidor de energia elétrica vai medir, durante um determinado período, em média 30 dias, o consumo de TODOS os aparelhos. Agora para saber quanto custa o funcionamento de cada aparelho elétrico multiplique o valor encontrado pelo valor da tarifa vigente em seu Estado. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA A partir dos estudos realizados, considera-se que para o sucesso e efetividade de resultados é importante realizar a seguinte sequência de etapas: Etapa 1 – Engajamento do Corpo Diretivo/Gerencial Etapa 2 – Pré-Diagnóstico de Oportunidades de Eficiência e Redução de Perdas Etapa 3 – Diagnóstico Energético (a ser contratado)Etapa 4 – Implementação das Ações Técnica e Economicamente Viáveis (a ser contratado) Nos itens seguintes é feita uma análise detalhada de cada ação proposta, numa sequência prática que permita buscar resultados técnicos e financeiros efetivos e atrativos. Frente aos cenários atuais de escassez de fontes de água, aumento de custos operacionais principalmente energia elétrica e falta de recursos financeiros, considera-se que a fase de implementação das ações viáveis seja uma oportunidade para busca de resultados técnicos e financeiros saudáveis para as empresas. Espera-se que esse trabalho permita que as decisões de implementação de cada gestor sejam feitas com base em informações que visam reduzir riscos e buscar recursos financeiros de uma forma padronizada, clara e aceita pelos agentes disponíveis, bem como demonstrar os resultados através de metodologia universalmente aceita e reconhecida Questões 1 A eficiência energética é parte da política estratégica de desenvolvimento em diversos países, incluindo o Brasil. Nesse sentido, a eficiência energética pode ser promovida pela ( )elevação da capacidade de produção de energia elétrica do país para aumento do consumo e da qualidade de vida da população. ( )redução do custo do kWh para propiciar a facilitação no acesso à energia elétrica para a população. ( )Política de combate ao consumo de energia por meio da conscientização dos males causados por esse consumo ao meio ambiente ( )Substituição do trabalho humano por máquinas para tornar os processos de fabricação mais eficientes e menos custosos ( )otimização dos processos de transformação, de transporte e de utilização dos recursos energéticos em toda a sua cadeia para o combate do desperdício. 2 Os principais elementos a serem utilizados pelas empresas com vista a melhorar seu grau de eco-eficiência são: I. redução do consumo de energia II. redução do consumo de matéria-prima III. Redução da emissão de substâncias tóxicas IV. Otimização do uso sustentável de recursos renováveis e aumento da reciclagem, prolongamento do ciclo de vida dos produtos V. aumento da intensidade de serviço (redução de desperdícios) VI. Agregação do valor dos bens e serviços Das declarações acima. a) Exceto a II, as demais estão corretas. b) Todas estão corretas. c) Exceto a IV, as demais estão corretas. d) Exceto a III, as demais estão corretas. e) Exceto a V, as demais estão corretas. 3 Cogeração é o nome dado a um sistema de eficiência energética elevada, baseada na geração simultânea de energias elétrica e térmica a partir de um combustível renovável ou não renovável. Exemplos de fontes renováveis são: biomassa florestal, bagaço da cana, óleos vegetais, casca de arroz e lixo, enquanto que na categoria das não renováveis estão diesel, óleo combustível, gás natural, carvão mineral e urânio. Duas características da cogeração são ( )menores impactos ambientais e menor dependência do supridor de energia elétrica ( )menor dependência do supridor de energia elétrica e maior risco de falta de energia. ( )maior risco de falta de energia e menor receita com a venda de excedentes. ( )menor receita com a venda de excedentes e menores impactos ambientais.