A2 ELE - Eletricidade

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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS
ELETRICIDADE
Ergonomia – Projeto e Produção – Itiro Iida
Tensão e Corrente Elétricas
Diferença de Potencial e Tensão Elétrica
Um corpo carregado positiva ou negativamente cria no seu entorno uma região com potencial elétrico, cujos símbolos usuais são V e U, e cuja unidade de medida é o volt (V). 
Se a carga é positiva, o potencial é positivo e, se a carga é negativa, o potencial é negativo.
O potencial elétrico é maior, em módulo, nas proximidades da carga, reduzindo sua intensidade com o aumento da distância.
Tensão e Corrente Elétricas
Por exemplo, na Figura 1.1, em torno da carga positiva Q, destacamos dois pontos – A e B – com potenciais elétricos VA e VB, sendo VB > VA. 
Caso um elétron seja colocado no ponto A, ele será atraído pela carga positiva Q, deslocando-se na sua direção (Figura 1.2).
O movimento do elétron ocorre, portanto, do potencial menor para o maior.
Tensão e Corrente Elétricas
A análise anterior permite concluir que, para que o elétron realize trabalho, ou seja, se movimente de um ponto para outro, é necessário que haja uma diferença de potencial (ddp) e que o movimento do elétron será sempre no sentido do potencial menor para o maior. 
A diferença de potencial é tecnicamente denominada tensão elétrica, cujos símbolos usuais são também V e U, e cuja unidade de medida também é o volt (V). 
Assim, na Figura 1.2, a tensão V entre os pontos A e B é dada por V = VB – VA. 
Tensão e Corrente Elétricas
A unidade de medida de tensão elétrica pode vir acompanhada de prefixos métricos. Na prática, as unidades mais comuns são:
Tensão e Corrente Elétricas
Tensão Contínua 
A tensão contínua é aquela que mantém a mesma polaridade durante todo instante.
A fonte de tensão contínua mais comum é a que fornece tensão constante, ou seja, não só a sua polaridade é a mesma como também o seu valor não se modifica com o tempo. 
Tensão e Corrente Elétricas
São exemplos de fontes ou geradores de tensão contínua a pilha, a bateria, o eliminador de bateria e a fonte de alimentação eletrônica, conforme apresenta a Figura 1.4.
Tensão e Corrente Elétricas
Tensão Alternada 
A tensão alternada é aquela que muda a sua polaridade em períodos regulares, isto é, com uma frequência constante, formando os ciclos. 
A tensão alternada das redes elétricas é senoidal, cuja amplitude varia constantemente de acordo com a forma de onda de uma senóide.
Tensão e Corrente Elétricas
As usinas hidrelétricas, termelétricas e nucleares brasileiras produzem tensão alternada senoidal com frequência de 60 Hz, isto é, 60 ciclos por segundo.
Uma exceção é a Usina Itaipu Binacional, cuja tensão produzida tem frequência de 50 e 60 Hz, já que, no Paraguai, sócio do Brasil na empresa, a frequência da rede elétrica é de 50 Hz.
Tensão e Corrente Elétricas
A tensão alternada pode também ser produzida por geradores a diesel, que são muito utilizados para suprir a falta de energia elétrica em locais em que ela é fundamental, como em supermercados, hospitais etc., ou complementá-la, como ocorre em muitas indústrias. 
Os geradores também são muito usados em locais em que a energia ainda não está disponível, como sítios e fazendas isolados de centros de distribuição de energia elétrica.
Tensão e Corrente Elétricas
Tensão Eficaz (RMS) 
A tensão alternada senoidal pode ser especificada, em termos de amplitude, de diversas formas.
Tensão instantânea [v(t)]: amplitude da tensão no instante t. 
Tensão de pico (VP = 2∙VP): amplitude máxima (positiva ou negativa) da tensão.
Tensão de pico a pico (VPP): amplitude total entre os dois pontos máximos (positivo e negativo) e igual ao dobro da tensão de pico, VPP
Tensão eficaz (RMS): a sigla RMS é proveniente do termo inglês Root Mean Square, que significa raiz média quadrática.
Tensão e Corrente Elétricas
Para entender o significado de tensão eficaz, considere uma tensão senoidal com valor de pico VP aplicada a uma resistência elétrica R.
A resistência converte a energia elétrica em calor (efeito Joule), dissipando uma potência média P. 
O valor eficaz dessa tensão é igual ao de uma tensão contínua V que, aplicada à mesma resistência R, faz que ela dissipe uma potência contínua igual à potência média P. 
Tensão e Corrente Elétricas
O valor da tensão eficaz em relação à tensão de pico é dado por: 
Do ponto de vista prático, a tensão eficaz é a única amplitude utilizada na área de instalações elétricas, ficando as outras formas de amplitudes restritas às áreas de eletrônica e telecomunicações.
Valores comuns de tensão eficaz em instalações elétricas residenciais e prediais no Brasil são 110 V, 115 V, 127 V, 220 V e 230 V, todos em 60 Hz.
Tensão e Corrente Elétricas
Corrente Elétrica
Aplicando uma diferença de potencial V em uma resistência R, fecha-se um circuito e os elétrons livres passam a fluir de forma ordenada, no sentido do potencial menor para o maior.
A essa movimentação de elétrons dá-se o nome de corrente elétrica, simbolizada por I e cuja unidade de medida é o ampère (A).
Tensão e Corrente Elétricas
Sentido da Corrente Convencional 
Como a corrente elétrica é constituída de elétrons em movimento, a sua intensidade é um valor negativo. 
Para tornar mais simples a análise de circuitos elétricos, usa-se a corrente convencional, que tem valor positivo, mas sentido inverso, isto é, tudo se passa como se ela se movimentasse no sentido do potencial maior para o menor.
Tensão e Corrente Elétricas
Assim, a corrente elétrica convencional sai do polo positivo da fonte de alimentação, atravessa a resistência e retorna à fonte pelo seu polo negativo.
A unidade de medida de corrente elétrica pode vir acompanhada de prefixos métricos. Na prática, as unidades mais comuns são:
Tensão e Corrente Elétricas
Correntes Contínua e Alternada 
A forma de onda da corrente elétrica depende do tipo de tensão aplicada (contínua ou alternada) e dos dispositivos que compõem o circuito. 
Se uma tensão contínua é aplicada a uma resistência, a corrente produzida também é contínua. Por isso, ela é denominada CC (corrente contínua) ou DC (direct current, em inglês).
Do mesmo modo, se uma tensão alternada é aplicada a uma resistência, a corrente produzida também é alternada, só que agora ela é denominada CA (corrente alternada) ou AC (alternate current, em inglês).
Tensão e Corrente Elétricas
Na prática, os termos CC (ou DC) e CA (ou AC) são utilizados para se referirem às correntes e às tensões.
Quanto à intensidade da corrente alternada senoidal, ela pode ser caracterizada pelas amplitudes instantâneas i(t), de pico (IP) e de pico a pico (IPP), mas a amplitude efetivamente utilizada na área de instalações elétricas é a eficaz ou RMS, que será representada simplesmente por I.
Potência e Energia Elétricas
Potência Elétrica
Considere um gerador de energia elétrica monofásica cuja tensão gerada tem valor eficaz V. 
Ao ligar uma carga no gerador, ele fornece uma corrente eficaz I, de acordo com a necessidade da carga.
Por exemplo, se a carga for uma única lâmpada, a corrente terá um valor, mas, se for um conjunto de lâmpadas, o gerador terá de fornecer uma corrente de valor bem maior.
A potência P que o gerador fornece à carga é o produto entre a tensão V e a corrente I, ou seja, ela também varia de acordo com a demanda da carga. Matematicamente: P = V · I.
Potência e Energia Elétricas
Consideremos ainda que a carga seja puramente resistiva, como é o caso de lâmpadas incandescentes, aquecedores, chuveiros etc. 
Nesse caso, a potência é denominada ativa e sua unidade de medida é o watt (W).
Potência e Energia Elétricas
A potência ativa é a medida da quantidade de energia elétrica convertida em outra(s) formas(s) de energia por unidade de tempo.
Essa é uma forma simples de tratar este assunto, mas suficiente para os nossos propósitos iniciais.
A potência é uma característica das cargas, sendo normalmente especificada pelos fabricantes. 
A Figura 1.26 apresenta alguns exemplos de cargas resistivas e suas respectivas especificaçõeselétricas.
Potência e Energia Elétricas
A unidade de medida de potência ativa pode vir acompanhada de prefixos métricos. Na prática, as unidades mais comuns são:
Potência e Energia Elétricas
A potência elétrica de um gerador é limitada por sua capacidade. 
Isso significa que há uma potência máxima que o gerador pode transferir a uma carga, e isso se traduz em sua capacidade de corrente.
Por exemplo, um gerador de 127 V/100 kW pode fornecer às cargas que ele alimenta uma corrente máxima igual a Imáx = 100.000/127 = 787,4 A. 
Se essa corrente fosse ultrapassada por causa de uma sobrecarga, a consequência seria a queda na tensão fornecida, ou seja, ela cairia para um valor abaixo de 127 V.
Potência e Energia Elétricas
Energia Elétrica
Para as instalações elétricas, a energia elétrica t consumida por uma carga é o produto entre a potên-cia ativa P da carga e o intervalo de tempo Dt em que essa carga consumiu essa potência. Matematicamente: 
A unidade de medida de energia elétrica é watt-hora (Wh), mas ela pode vir acompanhada de prefixos métricos. 
Na prática, as unidades mais comuns são: 
Potência e Energia Elétricas
Em uma instalação residencial, o medidor de energia é ligado após o ponto de entrega de energia por parte da concessionária local.
A Figura 1.28 apresenta um medidor de energia analógico e um digital. 
Potência e Energia Elétricas
O custo da energia elétrica no Brasil varia conforme a região, principalmente em função da concessionária responsável pela sua distribuição e pela classe de consumo (residencial, industrial, rural etc.). 
No site da Agência Nacional de Energia Elétrica (www.aneel.gov.br), é possível obter muitas informações sobre as concessionárias e os tipos de tarifa, quando existirem diferenças em função da atividade e da característica socioeconômica do consumidor.
Exercícios
Determine os valores de pico VP e de pico a pico VPP da tensão eficaz da rede elétrica de 220V.
Um circuito de iluminação de 127 V de uma instalação elétrica alimenta simultaneamente quatro pontos de luz em que se encontram apenas lâmpadas incandescentes, sendo duas de 150 W na sala, uma de 200 W na cozinha, uma de 150 W em um quarto e outra de 150 W em outro quarto. Determine:
a corrente que o circuito de cada ambiente solicita da concessionária;
a potência total instalada e a corrente total do circuito
Instrumentos de Medidas e de Testes
Multímetros Analógicos e Digitais
Os multímetros são instrumentos de medidas que servem para medir diversas grandezas elétricas. 
Os valores medidos podem ser obtidos de forma analógica ou digital.
No multímetro analógico, o resultado é mostrado por um ponteiro que deflete sobre uma escala graduada, sendo a leitura feita por meio da analogia entre a deflexão do ponteiro e o valor de fundo de escala selecionado (Figura 1.12-a).
No multímetro digital, o resultado é mostrado diretamente em um display, conforme o valor de fundo de escala selecionado (Figura 1.12-b).
Instrumentos de Medidas e de Testes
Voltímetro 
O voltímetro é uma das funções do multímetro e serve para medir tensão CC e CA. 
Para que a medida de uma tensão seja feita corretamente, as pontas de prova do voltímetro devem estar em contato com os dois pontos do circuito em que se pretende medir a diferença de potencial (ddp), ou seja, o voltímetro deve ser ligado em paralelo, conforme mostra a Figura 1.13. 
Instrumentos de Medidas e de Testes
Para medir uma tensão, deve-se selecionar no multímetro o tipo de tensão, VDC ou VAC, e o fundo de escala mais adequado para se obter a precisão desejada.
Na Figura 1.14, são mostradas as medidas de tensão de uma rede monofásica e de uma rede bifásica com um multímetro digital.
Instrumentos de Medidas e de Testes
Na função voltímetro, o instrumento comporta-se como se fosse uma resistência infinita, de modo que a corrente que ele desvia do circuito para realizar a medição é praticamente nula, não interferindo no seu comportamento.
Instrumentos de Medidas e de Testes
Amperímetro 
O amperímetro é outra função do multímetro e serve para medir CC e CA.
Para medir uma corrente, o circuito deve ser aberto no local desejado, fechando-se novamente por meio do amperímetro, para que a corrente passe por ele. 
Portanto, o amperímetro deve ser ligado em série no circuito, conforme mostra a Figura 1.16.
Instrumentos de Medidas e de Testes
Antes de medir uma corrente, deve-se selecionar no multímetro o tipo de corrente, ADC ou AAC, e o fundo de escala mais adequado para se obter a medida com a precisão desejada.
Na função amperímetro, o instrumento comporta-se como se fosse um curto-circuito, isto é, como uma resistência nula, de modo que toda a corrente o atravessa sem que ele interfira no comportamento do circuito.
Como se pôde observar, o amperímetro comum não é um instrumento muito prático de utilizar, já que a medida de uma corrente depende da abertura do circuito, o que nem sempre é uma tarefa simples.
Por isso, o multímetro preferido para uso em instalações elétricas é o multímetro alicate, que pode ser analógico (Figura 1.17-a) ou digital (Figura 1.17-c).
Instrumentos de Medidas e de Testes
Quando uma corrente elétrica atravessa um condutor, no seu entorno surge um campo magnético com intensidade proporcional à corrente. Se a corrente for alternada, o campo magnético também o será.
Um condutor imerso em um campo magnético alternado sofre indução de CA, cuja intensidade tam-bém é proporcional ao campo magnético. Esse é o princípio do multímetro alicate.
A Figura 1.17-b mostra as garras do multímetro alicate imersas no campo magnético produzido pela CA que percorre um condutor. As garras sofrem indução de CA, cujo valor é corrigido e indicado pelo display do instrumento.
Instrumentos de Medidas e de Testes
Com o multímetro alicate, pode-se medir a corrente de forma indireta, mas prática e segura, sem a necessidade de abrir o circuito.
As demais funções do multímetro alicate são similares às do multímetro comum, porém as medidas devem ser feitas pelas pontas de prova conectadas em seus respectivos bornes.
Instrumentos de Medidas e de Testes
Ohmímetro 
O ohmímetro é mais uma das funções do multímetro e serve para medir resistência elétrica. 
Para medir a resistência elétrica de uma resistência fixa ou variável, ou, ainda, de um conjunto de resistências interligadas, é preciso que elas não estejam submetidas a uma tensão, pois isso poderia acarretar erro de medida e até danificar o multímetro.
É preciso desconectar do circuito pelo menos um dos terminais do dispositivo, para medir a sua resistência.
As pontas de prova do ohmímetro devem ser conectadas em paralelo com o dispositivo cuja resistência será medida.
Instrumentos de Medidas e de Testes
Para medir uma resistência, deve-se selecionar no multímetro o fundo de escala mais adequado para se obter a precisão desejada.
Além disso, não se deve segurar a resistência com as duas mãos durante a medida, principalmente quando ela tiver valor elevado, pois a resistência do corpo ficaria em paralelo com o dispositivo, de modo que o multímetro mediria a resultante das duas resistências.
A Figura 1.19 mostra a forma errada de realizar essa medida. 
Resolução dos Exercícios
Determine os valores de pico VP e de pico a pico VPP da tensão eficaz da rede elétrica de 220V.
Exercícios
Um circuito de iluminação de 127 V de uma instalação elétrica alimenta simultaneamente quatro pontos de luz em que se encontram apenas lâmpadas incandescentes, sendo duas de 150 W na sala, uma de 200 W na cozinha, uma de 150 W em um quarto e outra de 150 W em outro quarto. Determine:
a corrente que o circuito de cada ambiente solicita da concessionária;
a potência total instalada e a corrente total do circuito
a corrente que o circuito de cada ambiente solicita da concessionária;
a potência total instalada e a corrente total do circuito