TÓPICOS DE ELETROTÉCNICA 1

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ELETROTÉCNICA, INSTALAÇÕES
E ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
Luiz Antônio Righi
www.ufsm.br/righi
Universidade Federal de Santa Maria
2005
SUMÁRIO
Parte I ELETROTÉCNICA 1
1. Apresentação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1 Objetivos e metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Tipos de energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1 Energia e potência térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.2 Energia mecânica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.3 Energia elétrica - história da eletricidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 Visão geral sobre eletricidade e eletrônica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4 Riscos e segurança em eletricidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4.1 Requisitos de segurança com eletricidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4.2 Proteção contra choques elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.5 Recomendações para as aulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.6 Primeiro trabalho prático: aparelho para teste de continuidade . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2. Visita técnica a instalações industriais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1 Um desafio para a comunidade escolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 Histórico e exemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.1 O Grupo Kuttner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.2 Grupo Kepler Weber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.3 PROJETEC Instalações Industriais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.4 Grupo BIS - Brazil Industrial Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.5 Monthenge Engenharia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.6 Grupo Widitec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3 Como fazer um relatório? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3. O circuito elétrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1 O que é um circuito elétrico ou eletrônico? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1.1 Fontes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.1.2 Interruptores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.1.3 Cargas e Componentes de circuitos elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2 Como se faz um circuito? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
SUMÁRIO iii
3.2.1 O local de trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.2 Identificar e separar os componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.3 Preparação dos componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.4 Circuito de uma lanterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.5 Realização de emendas e conexões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.6 Uso do alicate, da chave de fenda e da fita isolante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.7 Noções sobre soldagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.8 A lâmpada série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2.9 Ligação de tomadas e lâmpadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4. Corrente elétrica I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.1 Histórico e conceitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.1.1 Elétrons livres e carga elétrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.1.2 Estrutura atômica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.1.3 Eletrólise da água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.1.4 Os geradores não criam elétrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.2 Convenção de corrente elétrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.3 Lei de Kirchoff das correntes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.4 Unidade de medida de corrente elétrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.5 Ligação de ampeŕımetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.6 Aplicações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5. Tensão elétrica V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.1 Conceituação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.1.1 Geradores Eletroqúımicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.1.2 O conceito de potencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.1.3 Diferença de potencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.2 Lei de Kirchoff da tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.3 Medição de tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
6. Potência P e energia elétrica W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.1 Unidade de potência - Watt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.2 Convenção do sentido do fluxo de potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.3 Potência dos principais aparelhos eletrodomésticos e industriais . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6.4 Lei de Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6.5 Energia elétrica W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.6 Noções sobre tarifação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.6.1 Grupos e tipos de consumidores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.6.2 Parâmetros para tributação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
SUMÁRIO iv
6.6.3 Sistema tarifário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.7 Aplicações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
7. Resistência elétrica R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
7.1 Lei de Ohm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
7.2 Medição de resistência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
7.3 Aplicações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
8. Leitura de plantas e esquemas elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
8.1 Śımbolos convencionais para o estabelecimento de esquemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
8.2 Usando um mult́ımetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
8.3 Teste de diodos, transistores, bobinas,. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
8.3.1 Diodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
8.3.2 LED (Light Emitting Diode) e Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
8.3.3 Transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
8.3.4 Soquetes, conectores e jumpers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
8.3.5 Cristal e oscilador gerador de clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
9. Aprofundamento, avaliação e recuperação do primeiro bimestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
9.1 Resumo de grandezas elétricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
9.2 Exerćıcios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
9.3 Glossário de alguns termos técnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
9.4 Aplicações - trabalhos propostos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
9.4.1 Medição do rendimento de um bóiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
9.4.2 Medição do rendimento de uma bateria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
9.4.3 Ligação de um painel fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
9.5 Montagem de circuitos elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
10. Associação de resistores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
10.1 Associação de resistores em série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
10.2 Associação de resistores em paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
10.3 Divisor de tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
10.4 Divisor de corrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
10.5 Cálculo de circuitos em corrente cont́ınua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
11. Estudo experimental da resistência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
11.1 Resistividade ρ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
11.2 Tipos de resistores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
11.2.1 Resistores de fio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
SUMÁRIO v
11.2.2 Resistores de carvão - código de cores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
11.2.3 Resistores sensores de temperatura - NTC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
11.2.4 Termistores - PTC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
11.2.5 Termoresistências - PT100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
11.2.6 Resistores sensores de luz - LDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
11.2.7 Resistores sensores de deslocamento (Strain Gauge) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
11.2.8 Resistores variáveis - Variacs, trimpots e potenciômetros . . . . . . . . . . . . . . . . 75
12. Corrente alternada e alternador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
12.1 Histórico da corrente alternada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
12.2 Alternadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
12.2.1 Prinćıpio de funcionamento dos alternadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
12.2.2 Força eletro motriz induzida E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
12.3 Parâmetros caracteŕısticos dos sistemas de corrente alternada . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
12.3.1 Peŕıodo, freqüência, e velocidade angular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
12.3.2 Amplitude e ângulo de fase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
12.3.3 Potência instantânea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
12.3.4 Freqüência f . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
12.3.5 Tensão de pico ou máxima Vmax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
12.3.6 Corrente máxima Imax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
12.3.7 Valor eficaz de tensão e corrente V e I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
12.3.8 Defasagem θ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
13. Transformador monofásico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
13.1 Bobinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
13.2 Tensão de uma bobina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
13.3 Fundamentos dos transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
13.3.1 Transformador ideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
13.3.2 Perdas no transformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
13.3.3 Autotransformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
13.4 Transformadores para medição elétrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
13.4.1 Transformador de potencial - TP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
13.4.2 Transformador de corrente - TC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
13.4.3 O alicate amperométrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
13.5 Experiências . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
13.5.1 Ligação básica para um transformador monofásico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
13.5.2 Identificação de bobinas - polaridade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
13.5.3 Identificação da relação de transformação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
SUMÁRIO vi
14. Circuitos de corrente alternada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
14.1 Reatância XL e indutância L de uma bobina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
14.1.1 Auto-indução de uma bobina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
14.1.2 Permeabilidade magnética e indutância . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
14.1.3 Arco voltaico - solda elétrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
14.2 Capacitores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
14.2.1 Carga e campo elétrico no interior de um capacitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
14.2.2 Associação de capacitores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
14.2.3 Reatância capacitiva XC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
14.3 Circuito RLC série em corrente alternada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
14.3.1 Equação da fonte de tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
14.3.2 Equação da impedância . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
14.3.3 Equação da corrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
14.4 Circuito RLC paralelo em corrente alternada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
15. Medidores de potência e energia em corrente alternada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
15.1Medição de potência em corrente alternada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
15.2 Potências aparente, ativa e reativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
15.2.1 Potência aparente S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
15.2.2 Potência ativa P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
15.2.3 Potência reativa Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
15.3 Fator de potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
15.3.1 Importância do fator de potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
15.3.2 Rede monofásica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
16. Rendimento e correção do fator de potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
16.1 Ligação de motor monofásico com capacitores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
16.2 Rendimento de um motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
16.3 Correção do fator de potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
16.3.1 Energia armazenada em capacitores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
17. Circuitos trifásicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
17.1 A distribuição de energia elétrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
17.1.1 Redes monofásicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
17.1.2 Redes trifásicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
17.2 Ligações básicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
17.2.1 Ligação estrela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
17.2.2 Ligação triângulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
17.3 Ligação de motores trifásicos com chave manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
SUMÁRIO vii
18. Aprofundamento, avaliação e recuperação do semestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
18.1 Diodos retificadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
18.1.1 Especificações para diodos: tensão e corrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
18.1.2 Retificador de meia-onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
18.1.3 Retificador de onda completa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
18.1.4 Uso do capacitor como filtro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
18.1.5 Carregador de baterias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
18.2 Reguladores de tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
18.2.1 Fonte de alimentação CC ajustável . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
18.2.2 Fonte de tensão chaveada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Parte II Instalações e acionamentos 109
19. Força magnética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
19.1 Interação corrente x campo magnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
19.2 Eletróımãs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
19.3 Curva força x corrente de um eletróımã . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
20. Máquinas de corrente cont́ınua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
20.1 Prinćıpio de funcionamento dos motores de corrente cont́ınua . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
20.2 Ligações de uma máquina de corrente cont́ınua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
20.2.1 Máquina de ı́mãs permanentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
20.2.2 Motor de excitação independente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
20.2.3 Motor série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
20.2.4 Motor composto série-paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
20.3 Controle de velocidade de um motor de corrente cont́ınua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
21. Motores elétricos de indução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
21.1 Motor de indução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
21.1.1 Prinćıpio de funcionamento - campo girante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
21.1.2 Dados de placa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
21.1.3 Curvas conjugado-velocidade da carga e do motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
21.2 Partida de motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
21.2.1 Inércia da carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
21.2.2 Conjugado médio de aceleração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
21.2.3 Tempo de aceleração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
21.3 Instalação de motores elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
21.3.1 Fundações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
SUMÁRIO viii
21.3.2 Tipos de bases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
21.3.3 Alinhamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
21.3.4 Acoplamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
21.4 Sobrecarga e vida útil de motores elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
21.4.1 Termostatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
21.4.2 Protetores térmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
22. Instalações de força motriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
22.1 Motores elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
22.2 Aparelhos de solda elétrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
22.3 Ar condicionado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
22.4 Bombeamento de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
22.5 Geradores de energia elétrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
23. Luminotécnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
23.1 Conceitos de luminotécnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
23.2 Nı́veis de iluminamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
23.3 Escolha de lâmpadas e seus respectivos lúmens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
23.4 Tipos de lâmpadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
23.5 Iluminação Interna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
23.5.1 Residencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
23.5.2 Cálculo luminotécnico . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
23.5.3 Ligação de lâmpadas fluorescentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
23.5.4 Ligação de dimmers e controles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
23.5.5 Uma fotocélula simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
23.6 Resumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
24. Circuitos de iluminação e tomadas de uso geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
24.1 Materiais mais utilizados em instalações elétricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
24.2 Condutores fase, retorno, neutro e proteção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
24.3 Simbologia utilizada para os componentes de instalações elétricas . . . . . . . . . . . . . . . 138
24.4 Distribuição de tomadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
24.5 Quadro de distribuição - CD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
24.5.1 Divisão dos circuitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
24.5.2 Disjuntor Diferencial Residual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
24.6 Circuitos elétricos mais utilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
24.6.1 Lâmpada comandada por interruptor simples e tomada . . . . . . . . . . . . . . . . 139
24.6.2 Lâmpadas comandadas por interruptor duplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
24.6.3 Lâmpada comandada por dois pontos distintos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
SUMÁRIO ix
24.6.4 Campainha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
25. Dimensionamento de circuitos elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
25.1 Diagramas multifilares, unifilares e funcionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
25.2 Conceito de demanda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
25.3 Estimativa da demanda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
25.4 Dimensionamento dos condutores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
26. Entrada, aterramento e medição de energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
26.1 Tipos de consumidores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
26.2 Condições gerais das entradas de energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
26.3 Quadros de medidores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
26.4 Aterramento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
26.5 Pára-raios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
27. Aprofundamento, avaliação e recuperação do bimestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
28. Atuadores e sensores em processos industriais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
28.1 Atuadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
28.1.1 Solenóides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
28.1.2 Lâmpadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
28.1.3 Resistências . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
28.1.4 Motores elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
28.2 Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
28.2.1 Sensores de proximidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
28.2.2 Sensores de posição/velocidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
28.2.3 Sensores de força/pressão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
28.3 Aplicação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
29. Dispositivos para acionamento elétrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
29.1 Terminologia sobre acionamentos elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
29.2 O contator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
29.2.1 Contato principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
29.2.2 Contatos auxiliares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
29.2.3 Sistema de Acionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
29.2.4 Nomenclatura de contatos e bobina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
29.3 Fuśıveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
29.3.1 Classificação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
29.3.2 Fuśıveis de força tipo D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
SUMÁRIO x
29.3.3 Fuśıveis de força tipo NH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
29.4 Disjuntores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
29.5 Protetores térmicos (sondas térmicas) para motores elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
29.5.1 Termostatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
29.5.2 Protetores bimetálicos de disco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
29.6 Relés de Sobrecarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
29.6.1 Circuito principal ou de potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
29.6.2 Circuito auxiliar ou de comando . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
29.6.3 Terminais do relé de sobrecarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
29.7 Relés de tempo (temporizador) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
29.7.1 Relés de tempo com retardo na energização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
29.7.2 Relés de tempo com retardo na desenergização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
29.7.3 Relé de tempo estrela-triângulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
29.8 Relé de seqüência de fase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
29.9 Relé de proteção PTC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
29.10Relé de falta de fase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
29.11Relé de mı́nima e máxima tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
30. Chave de partida direta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
30.1 Chaves de partida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
30.2 Chave de partida direta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
30.2.1 Circuito principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
30.2.2 Circuito de comando . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
30.3 Exerćıcios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
31. Partida através de chave estrela-triângulo (Y-∆) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
31.1 Fundamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
31.2 Requisitos para uso da chave estrela-triângulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
32. Partida através de chave compensadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
32.1 Comparação entre chaves estrela - triângulo e compensadoras “automáticas” . . . . . . . . 173
32.2 Montagem de uma chave compensadora automática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
33. Quadros de comando . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
33.1 Partida através de chave série-paralela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
33.2 Chave de partida de um motor trifásico, com reversão manual rápida . . . . . . . . . . . . . 176
33.3 Chave de partida de um motor trifásico, com reversão manual lenta . . . . . . . . . . . . . . 176
33.4 Partida com comando de parada por chave fim de curso e reversão manual rápida . . . . . . 176
33.5 Partida de um motor trifásico, com comando de reversão instantânea por chave fim de curso 176
SUMÁRIO xi
33.6 Partida de vários motores trifásicos, com comando seqüencial manual lento . . . . . . . . . 176
33.7 Chave de partida de vários motores trifásicos, com comando seqüencial automático . . . . . 176
33.8 Comando de sentido de giro de um motor CC usando apenas uma botoeira . . . . . . . . . 176
34. Manutenção de quadros de comando . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
34.1 Chaves de partida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
34.1.1 Condições de serviço das chaves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
34.1.2 Instalação das chaves de partida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
34.1.3 Manutenção preventiva e corretiva em chaves de partida . . . . . . . . . . . . . . . . 180
34.2 Motores elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
35. Controle da velocidade de motores de indução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
35.1 A velocidade e o número de polos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
35.2 Motores com duas velocidades - ligação Dahlander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
35.2.1 Motores com mais de duas velocidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
35.3 Controle da velocidade de pequenos motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
35.3.1 Variação do escorregamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
35.3.2 Variação da resistência rotórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
35.3.3 Variação da tensão do estator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
35.4 Motores de indução com inversores de freqüência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
35.4.1 Caracteŕısticas dos inversores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
35.4.2 Variação da velocidade com inversores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
35.4.3 Condições especiais de serviço . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
35.4.4 Caracteŕısticas de desempenho dos motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
35.4.5 Caracteŕısticas do sistema de isolamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
35.5 Escolha do motor e do sistema de acionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
36. Recuperação e avaliações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
36.1 Exerćıcios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
36.2 Conclusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
Parte I
ELETROTÉCNICA
1. APRESENTAÇÃO
“Em primeiro lugar temos de conhecer-nos
e acostumar-nos a dialogar livremente
conforme o grau de nossa cultura.”
(J. Kentenich)
1.1 Objetivos e metodologia
Atualmente o mercado de trabalho está cada vez mais competitivo, levando-nos a uma busca cont́ınua de
aperfeiçoamento profissional, tanto na parte técnica como na parte de relacionamento interpessoal. Uma
das formas de se conseguir isto na vida acadêmica é realizando visitas técnicas e estágios em empresas
relacionadas com o curso. Porém, talvez o máximo aprendizado incluirá a apresentação e discussão das
experiências em sala de aula.
Assim, pode-se detectar dificuldades em alguns conteúdos, e em nossa formação pessoal, para que
aprendamos e cresçamos originalmente. Somente superaremos nossas dificuldades se nos livrarmos dos
conceitos culturais que nos são impostos pela força das propagandas, e se formos ousados e empreendedores,
pensando tanto em nós como ‘para’ e ‘com’ aqueles que nos rodeiam.
Talvez alguns técnicos não se dêem conta disso, mas não é questão de achar culpados. É preciso
reconhecer, com humildade e reflexão, que somos responsáveis, em maior ou menor escala, pela situação
de nosso mundo.
Esta parte do curso visa dar informações básicas necessárias à boa compreensão dos fenômenos elétricos,
ao mesmo tempo em que se treina no uso das principais ferramentas para lidar com eletricidade e/ou
eletrônica. Assim, a parte prática deste curso possui ênfase em medidas elétricas, onde permite a fixação
e aplicação dos conhecimentos teóricos.
A eletricidade é uma forma de energia, um fenômeno que é um resultado da existência de cargas
elétricas. A teoria de eletricidade e seu inseparável efeito, magnetismo, é provavelmente a mais precisa e
completa de todas as teorias cient́ıficas. O conhecimento da eletricidade foi o impulso para a invenção de
motores, geradores, telefones, rádio e televisão, raios-X, computadores e sistemas de energia nuclear. A
eletricidade é uma necessidade para a civilização moderna.
O que é mais importante - a teoria ou a prática? Talvez possamos citar vários exemplos a favor de uma
ou de outra. Entretanto, é certo que, sem uma das duas, os conhecimentos não podem ser transmitidos
e nem aplicados à tecnologia. No mercado de trabalho a teoria e a prática sempre se fazem presentes, a
1. Apresentação 3
ponto de, se o concorrente à vaga de trabalho não tiver QI (Quem Indica) ele deverá passar por testes e
estágios, para as empresas (a sociedade) selecionar a pessoa adequada a cada tarefa. Embora estejamos
ou não de acordo com a competição na sociedade moderna, somos certamente unânimes para concluir que
para uma sociedade desenvolvida cultural, técnica, e economicamente, a prática é fundamental.
Entre outros objetivos da prática de eletricidade destaca-se:
- Conhecer os principais equipamentos e componentes elétricos;
- Compreender um circuito elétrico, e suas variáveis; e,
- Medir, montar, e ligar circuitos elétricos.
Assim sendo . . . vamos adotar a seqüência t́ıpica de aula:
- apresentação: expositivo dialogada, transparências, quadro negro ou data-show;
- resolução de exerćıcios;
- montagem de experiências com anotação de dados em aula;
- realização do relatório;
- apresentação e entrega de relatório; e,
- correção e comentários pelo professor.
1.2 Tipos de energia
Embora a energia seja uma coisa só, ela pode se apresentar de formas diferentes.
Vamos fazer uma śıntese ou resumo do que observamos, salientando as quantidades ou valores.
1.2.1 Energia e potência térmica
A quantidade de energia térmica acumulada num reservatório de água quente, por exemplo, é:
Q = m c ∆T
Quando a energia é estática, isto é, não muda com o tempoa quantidade de energia térmica ou calor
trocada com o meio ambiente é nula. Neste caso a potência é zero.
Entretanto, quando a temperatura da água do reservatório mudar com o tempo, uma certa quantidade
de calor estará sendo trocada com o meio ambiente. Ela será simplesmente a divisão da equação anterior
pelo tempo.
P =
Q
t
=
m
t
c ∆T
A relação m/t é a vazão de água do reservatório. A potência P será a potência elétrica do aquecedor
(observando as unidades).
Exemplo
Calcular a potência de uma resistência elétrica para aquecimento de 20 litros de água, desde 20 até
80oC, durante o intervalo de 5 minutos (300 segundos).
Solução:
1. Apresentação 4
(a) Quantidade de calor, em calorias:
Q = m c ∆T = 20 kg × 1 kcal
kg oC
× (80− 20) oC = 1200 kcal = 1, 2× 106 cal
(b) Quantidade de calor ou energia, em joules: sabendo-se que 1 cal=4,186 Joules, calcula-se
Q = 1, 2× 106 × 4, 186 joule = 5, 023× 106 joule
(c) Potência elétrica ou térmica:
P =
trabalho ou energia
tempo
=
5 023 000
300
= 16 743 W
Podemos comparar este valor com a potência de alguns aparelhos elétricos.
1.2.2 Energia mecânica
Vamos estudar a energia mecânica através de um exemplo t́ıpico: puxar água de um poço com um balde
que pesa 20N (aproximadamente 2kg), uma manivela e uma roldana.
O trabalho
Se o poço tem 24,5 metros de profundidade, a energia gasta, ou trabalho realizado para trazer o balde do
fundo até a boca do poço é sempre a mesma, valendo
W = F d = 20N× 24, 5m = 490 J
Note que a unidade de medida de energia mecânica, J ou Nm, é a mesma que usaremos para o conjugado.
Tratam-se, no entanto, de grandezas de naturezas diferentes, que não devem ser confundidas.
1 Nm = 1 J = 1 Ws
Potência mecânica
A potência mede a “velocidade” com que a energia é aplicada ou consumida, e se calcula dividindo a
energia ou trabalho total pelo tempo gasto em realizá-lo. Assim, se usarmos um motor elétrico capaz de
erguer o balde de água em 2,0 segundos, a potência necessária será:
P1 = 245W
Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de realizar o trabalho em 1,3 segundos, a potência
necessária será:
P2 = 377W
A unidade mais usual para medida de potência mecânica é o cv (cavalo-vapor), equivalente a 736W.
Então as potências dos dois motores acima serão:
P1 = 0, 33cv
P2 = 0, 51cv
1. Apresentação 5
Conjugado
O conjugado, também chamado torque, momento ou binário, é a medida do esforço necessário para girar
um eixo.
É sabido, pela experiência prática que, para levantar um peso por um processo semelhante ao usado
em poços - a força F que é preciso aplicar à manivela depende do comprimento l da manivela. Quanto
maior for a manivela, menor será a força necessária. Se dobrarmos o tamanho l da manivela, a força F
necessária será diminúıda à metade.
Se o balde pesa 20N e o diâmetro do tambor é 0,20m, a corda transmitirá uma força de 20N na superf́ıcie
do tambor, isto é, a 0,10m do centro do eixo. Para contrabalançar esta força, precisam de 10N na manivela.
Se o comprimento l for o dobro, isto é, 0,40m, a força F será a metade, ou seja 5N.
Como vemos, para medir o ”esforço ”necessário para girar o eixo não basta definir a força empregada:é
preciso também dizer a que distância do eixo a força é aplicada. O ”esforço ”é medido pelo conjugado, que
é o produto da força pela distância, F × l .
No exemplo citado, o conjugado vale:
C = F r = 20N× 0, 10m = 10N× 0, 20m = 5N× 0, 40m = 2, 0Nm
Relação entre conjugado e potência
Quando a energia mecânica é aplicada sob a forma de movimento rotativo, a potência desenvolvida depende
do conjugado C e da velocidade de rotação n. As relações são:
Pmec = C × ω
onde:
C =conjugado em Nm
F =força em N
l =braço de alavanca em m
r =raio da polia em m
v= velocidade de giro no diâmetro d, em m/s
d =diâmetro da peça em m
n =rotação em rpm
ω = rotação ou velocidade angular, em rad/s.
Exemplo
Especificar um motor elétrico (potência) para puxar água de um poço, com 20m de altura e um balde
com 5kg, num tempo de 15 segundos.
Solução:
(a) Velocidade do balde: v = 2015 = 1, 33 m/s.
(b) Potência: P = F v = 5 kg × 10 m
s2
× 1, 33 ms = 66, 667 W
1. Apresentação 6
(c) Velocidade angular da polia: escolhendo-se uma polia com um raio r = 3 cm, ou r = 0, 03 m, a sua
velocidade angular será
ω =
v
r
=
1, 33
0, 03
= 44, 444 rad/s
(d) Rotações por minuto da polia: vamos fazer uma regra de três, considerando que
1 rpm → 2π
60
rad
s
x rpm → 44, 444 rad
s
logo
x =
44, 444× 60
2π
= 420, 16 rpm
Esta rotação é muito menor que a rotação dos motores comerciais, exigindo uma redução com correias,
engrenagens, ou outro dispositivo. Uma outra solução seria utilizar um motor com inversor de freqüência.
1.2.3 Energia elétrica - história da eletricidade
A história da eletricidade teve ińıcio começando por Luigi Galvani até os dias de hoje. Os Sistemas de
Potência, como hoje são conhecidos, têm pouco mais de 100 anos. Por volta de 1876 não se sabia como
transmitir a energia elétrica gerada.
De maneira resumida, os fatos marcantes da evolução dos sistemas de potência se concentram na época
da realização da concorrência para a construção do complexo de Niagara Falls, o maior do mundo de então,
que se iniciou em 1876. A evolução dos conceitos sobre os sistemas de potência foi marcante dentro de um
peŕıodo de 15 anos, praticamente definindo as caracteŕısticas dos sistemas como hoje se apresentam.
Em 1880, Thomas Alva Edson apresenta sua lâmpada incandescente (em corrente cont́ınua), a mais
eficiente de então. Nessa época, na Europa, havia avanços na utilização de corrente alternada. Em 1882,
Edson coloca em funcionamento um sistema de corrente cont́ınua em Nova York e funda a empresa Edison
Electric Company. Em 1885, George Westinghouse Jr. compra os direitos da patente de Goulard-Gibbs
para construir transformadores de corrente alternada e encarrega William Stanley dessa tarefa. Em 1886,
já há cerca de 60 centrais de corrente cont́ınua (Edison) com cerca de 150.000 lâmpadas. Na mesma época,
Stanley coloca em operação a primeira central em corrente alternada (Westinghouse) em Great Barrington,
Massachusetts. Os sistemas de corrente alternada se multiplicaram rapidamente e, já em 1887, existiam
cerca de 121 sistemas desse tipo em funcionamento, com cerca de 325.000 lâmpadas. Entre as novas
empresas, se destacam a empresa do próprio Westinghouse que cre sce contabilizando 125.000 lâmpadas
em corrente alternada.
A medição da energia elétrica consumida começa a ser um problema importante para os sistemas de
corrente alternada. Para os sistemas de corrente cont́ınua, existia medidores do tipo eletroqúımico. Assim,
os sistemas em corrente alternada cobravam por ”número de lâmpadas”. A solução do problema se deu
com Shallenberger, então engenheiro chefe de Westinghouse, que coloca em funcionamento um medidor
1. Apresentação 7
de energia em corrente alternada que dava uma leitura direta de quanta energia havia sido consumida e,
portanto, superior ao medidor eletroqúımico de Edison.
Um desenvolvimento fundamental se deu quando da publicação, por Nikola Tesla, de um artigo em que
mostrava que seria posśıvel construir um motor em corrente alternada. Westinghouse compra a patente de
Tesla e contrata seus serviços para desenvolver o motor, que só ficará pronto em 1892, e neste mesmo ano
entra em funcionamento o primeiro motor de indução de Tesla. A comissão responsável pela concorrência
pública para a licitação das obras de Niagara Falls decide que o sistema será em corrente alternada. En-
quanto isso, na Alemanha, é colocado em funcionamento um sistema de 100 HP (74,6 kW) com transmissão
de 160 km, em corrente alternada, 30.000 V. A empresa de Edison, a Edson General Electric Company,
junta-se com a Thomson-Houston, formandoa General Electric que passa a produzir em larga escala
transformadores e alternadores.
Em 1896, a Westinghouse ganha a concorrência para fornecer os alternadores e transformadores de
Niagara Falls que entra em funcionamento em 1896.
Se ligarmos um chuveiro elétrico a uma tomada com tensão, passará uma corrente elétrica que irá
aquecer a resistência. A resistência absorve energia elétrica e a transforma em calor, que também é uma
forma de energia. Um motor elétrico absorve energia elétrica da rede e a transforma em energia mecânica
dispońıvel na ponta do eixo.
1.3 Visão geral sobre eletricidade e eletrônica
Antes de iniciarmos o estudo da eletricidade, é bom fazermos um comentário sobre a energia elétrica:
• As necessidades e exigências de conforto da sociedade estão mudando rapidamente, haja visto a
enorme influência que a energia elétrica exerce em todos os setores da atividade humana. Somos
a cada dia que passa mais dependentes desta energia, no lar, no trabalho, nos locais de lazer, de
compras, enfim, em toda parte. Podemos nos perguntar: ‘Qual a importância da eletricidade para a
nossa vida? Quais as suas influências no que somos hoje e poderemos ser amanhã?’
• O projeto e montagem de circuitos elétricos exige uma série de cuidados com a segurança, obedecendo
certas normas que se desenvolveram ao longo da história. No Brasil, temos a NBR5410, que se originou
da antiga NB-3, criada no ińıcio do século XX. No RS, temos o regulamento geral das instalações
consumidoras (RIC), que é uma referência no tocante a instalações elétricas. E estas normas estão
em cont́ınua evolução, adaptando-se com novos materiais, e novas tecnologias de seu emprego. Quem
conhece o antigo padrão AWG?
• As fontes de energia elétrica são limitadas, e ela não pode ser desperdiçada. Existem infinitas alter-
nativas de projeto, que não podem ser desconsideradas, sob o risco de fracasso dos empreendimentos.
E se esse empreendimento é a Vida no planeta, nós, os projetistas, temos uma grande parcela de
responsabilidade. ‘Somos capazes de identificar pontos de desperd́ıcio de energia elétrica? Ou somos
capazes de planejar uma instalação elétrica segundo o critério do desenvolvimento sustentável?’
1. Apresentação 8
• As tendências atuais apontam que nas instalações do futuro a eletrônica e a informática serão essen-
ciais para a conservação da energia e do meio ambiente, exigindo projetos especiais. Temos como
exemplos: a) sistema de interfone integrado ao telefone; b) sistema de segurança monitorado por
câmaras de TV; c) tubulações para TV (antenas, a cabo, ...); d) sistema central de aquecimento
combinando gás, eletricidade, e coletores solares; e) todas tomadas com aterramento para ligar mi-
crocomputadores; e, f) tubulações para redes de computadores.
Neste momento, também podemos fazer uma pesquisa sobre as principais áreas da eletricidade e da
eletrônica, e associando com o nosso curso (fazer comentários). Com fins de orientação geral, apresenta-se
também alguma bibliografia em cada área.
1. Geração,
(a) NEVES, Eurico Trindade, Curso de Hidráulica. Editora Globo, 1960.
(b) UFSM, Curso de Engenharia em Sistemas Elétricos de Potência. Série PTI. 1983.
2. Transmissão,
(a) STEVENSON Jr., William D., Elementos de Análise de Sistemas de Potência. McGraw-Hill do
Brasil, 1981.
(b) RIGHI, Luiz Antônio, Confiabilidade de Sistemas Elétricos. Notas de aula. Dispońıvel em
www.ufsm.br/righi, UFSM, 2005.
3. Distribuição de energia elétrica,
(a) CEEE - Companhia Estadual de Energia Elétrica, Normas Técnicas de Distribuição. Porto
Alegre, 1982.
(b) FRIEDRICH, Nelton M., Redução de Custos em Eletrificação Rural. Governo do Paraná. Sec-
retaria do Interior. 1983.
4. Eletrônica analógica
(a) CIPELLI, Aantonio Marco, MARKUS, Otávio, SANDRINI, Waldir Teoria e Desenvolvimento
de Projetos de Circuitos Eletrônicos. Ed. Érica, 18a. ed., 2001.
(b) LA LOND, David E., ROSS, John A., Prinćıpios de dispositivos e circuitos eletrônicos. Makron
Books, 1999.
(c) LANDER, Cyril W., Eletrônica Industrial. Makron Books, 2a. ed., 1997.
(d) MALVINO, Paul Albert, Eletrônica. Makron Books, 4a. ed., 1997.
5. Eletrônica digital,
(a) ARAÚJO, Celso de, e CHUI, William Soler, Praticando Eletrônica Digital. Ed. Érica, 3a. Ed.,
1997.
1. Apresentação 9
(b) IODETA, Ivan Valeije, CAPUANO, Francisco Gabriel, Elementos de Eletrônica Digital. Ed.
Érica, 28a. ed., 1998.
6. Microprocessadores,
(a) GIMENES, Salvador P., Microcontroladores 8051. Prentice Hall, 2002.
(b) SILVA Jr., Vidal Pereira da, Aplicações Práticas do Microcontrolador 8051. Ed. Érica. 1994.
(c) CIPRIANO, Lúıs Benedito, CARDINALI, Paulo Roberto, Microprocessador Z80: Hardware e
Software. Ed. Érica. 4a. ed., 1983.
7. Simulação e análise de circuitos elétricos e/ou magnéticos,
(a) MARIANO, William César, Eletromagnetismo. Ed. Érica, 2003.
(b) RIGHI, Luiz Antônio, Eletromagnetismo. Notas de aula. Dispońıvel em www.ufsm.br/righi,
UFSM, 2005.
(c) EDMINISTER, Joseph A., Circuitos Elétricos, Makron Books, 2a. ed., 1991.
8. Instalações elétricas,
(a) COTRIM, A.A.M.B., Instalações Elétricas, Makron Books, 3a. Edição, 1993.
(b) CREDER, Helio, Instalações Elétricas, Livros Técnicos e Cient́ıficos, Rio de Janeiro, 8a. Ed.,
1983.
(c) PIRELLI CABOS S/A. Manual Pirelli de Instalações Elétricas, Editora Pini, São Paulo, 1999.
9. Automação industrial, e
(a) NATALE, Ferdinando, Automação Industrial. Ed. Érica, 6a. ed., 2000.
(b) WEG Automação Ltda, Sistemas de Treinamento: Metodologias de Ensino Técnico.
(c) SIEMENS - Material Elétrico Industrial, Compilado para Instalações Elétricas. Maio 1992.
(d) COAN S/A Materiais Elétricos, Componentes Elétricos. Dados Técnicos de Produtos Eletroeletrônicos.
1995.
(e) FARNELL Electronics Express, Componentes Eletrônicos. Na web: http : //www.farnell.com
(f) CTISM, CLP LOGO! Manual de Operação e Programação. Notas de Aula. 2004.
10. Manutenção.
(a) XENOS, Harilaus G., Gerenciando a Manutenção Produtiva. Nova Lima: INDG Tecnologia e
Serviços, 2004.
(b) FEIGENBAUM, Armand V., Controle da Qualidade Total: Aplicações nas Empresas. Mc Graw
Hill, 1994.
1. Apresentação 10
1.4 Riscos e segurança em eletricidade
Eletricidade é uma forma de energia, e quando bem utilizada nos fornece muito conforto. Mas quando foge
do nosso controle, muitas vezes por falta de informação, pode nos causar um enorme desconforto, podendo
até ser fatal.
O choque elétrico é um est́ımulo rápido do sistema nervoso do corpo humano pela passagem da corrente
elétrica. Essa corrente circula pelo corpo da pessoa quando ele se torna parte de um circuito elétrico que
possua uma diferença de potencial suficiente para vencera a resistência oferecida pelo corpo humano.
Os fatores que determinam a gravidade do choque elétrico são: percurso da corrente no corpo; intensi-
dade, duração, freqüência e forma da corrente; e, condições orgânicas do indiv́ıduo.
Percurso da corrente no corpo
Tem grande influência na gravidade do choque elétrico, o percurso seguido pela corrente no corpo
humano. Uma corrente de intensidade elevada que circule de uma perna para a outra pode resultar
somente em queimaduras locais, sem outra lesão mais séria.
No entanto, se a corrente elétrica de mesma intensidade circular de um braço a outro da v́ıtima, poderá
levar a uma parada card́ıaca ou paralisação dos músculos do coração.
Se a corrente elétrica circular através de um braço e sair pela cabeça, poderemos ter uma parada
respiratória, em função do sistema nervoso central respiratório se localizar no cérebro.
Caracteŕıstica da corrente elétrica
Sabemos que o fator decisivo no choque elétrico é a intensidade da corrente. Mas, tratando-se de
corrente cont́ınua (CC), as intensidades da corrente deverão ser mais elevadas para ocasionara morte.
As correntes alternadas de freqüência entre 20 e 100 Hz são as mais perigosas. E especificamente as de
60 Hz, usada no sistema de distribuição, são especialmente perigosas, uma vez que elas se situam próximas
à freqüência na qual a possibilidade de ocorrência de fibrilação ventricular é maior.
Condições orgânicas do indiv́ıduo
A intensidade da corrente elétrica que circulará pelo corpo da v́ıtima, sob determinada tensão, de-
penderá da resistência elétrica que esta oferecer à passagem da corrente; e também de qualquer outra
resistência adicional entre a v́ıtima e a terra.
1.4.1 Requisitos de segurança com eletricidade
A eletricidade é vital na vida moderna e é desnecessário ressaltar sua importância, quer propiciando con-
forto aos nossos lares, quer atuando como insumo nos diversos segmentos da economia. Por outro lado
o uso da eletricidade exige do consumidor a aplicação de algumas precauções em virtude do risco que a
eletricidade representa. Muitos não sabem, desconhecem ou desconsideram este risco. Os acidentes ocor-
ridos com eletricidade, no lar e no trabalho, são os que ocorrem com maior frequência e comprovadamente
os que trazem as mais graves consequências. As normas de segurança estabelecem que pessoas devem ser
informadas sobre os riscos a que se expõem, assim como conhecer os seus efeitos e as medidas de segurança
aplicáveis.
1. Apresentação 11
No dia a dia, seja no lar ou na indústria a maior preocupação sem dúvida é com o choque elétrico,
visto que este é o tipo de acidente que ocorre com maior freqüência. Incêndios e explosões causados pela
eletricidade são sinistros que ocorrem com menor freqüência. É importante alertar que os riscos do choque
elétrico e os seus efeitos estão diretamente ligados aos valores das tensões (Voltagens) da instalação, e é
bom lembrar que apenas altas tensões provocam grandes lesões. Mas por um outro lado existem mais
pessoas expostas à baixa tensão do que às altas tensões e que leigos normalmente não se expõem às altas,
proporcionalmente podemos considerar que as baixas tensões são as mais perigosas. O maior risco no
trabalho com a eletricidade é o contato direto, que pode ser definido como o ocorrido quando uma pessoa
tem acesso a alguma parte energizada de uma instalação, provocando uma passagem de corrente através
do corpo, uma vez que este é condutor e fecha um curto-circuito entre a massa e a terra. O que torna a
eletricidade mais perigosa do que outros riscos f́ısicos como o calor, o frio e o rúıdo é que ela só é sentida
pelo organismo quando o mesmo está sob sua ação. Para melhor quantificar o risco e a gravidade do
problema, apresentamos alguns dados estat́ısticos: 43% dos acidentes ocorrem nas residências; 30% nas
empresas; e, 27% não foram especificados.
1. O zelo pela conservação dos equipamentos elétricos é fundamental para preservar as condições de
segurança.
2. É importante deixar os equipamentos elétricos ligados somente o tempo necessário para o uso é
econômico e reduz o risco de acidentes.
3. Não deixar cair pequenos objetos, dentro dos equipamentos elétricos, ĺıquidos e outros materiais que
possam provocar curto-circuito.
4. Não utilizar de improvisações, comunicar ao responsável técnico habilitado qualquer irregularidade
verificada nos equipamentos e instalações elétricas.
5. Utilizar materiais, ferramentas e equipamentos dentro das normas técnicas.
6. Para medição dos circuitos utilizar apenas os instrumentos adequados, como Mult́ımetros, Volt́ımetros
e Ampeŕımetros, evitando as improvisações, que costumam ser danosas.
7. Para trabalhar em segurança é necessário primeiro saber a maneira correta de funcionamento do
equipamento , qual o tipo de serviço a ser realizado, observar bem o local de trabalho levantando as
posśıveis interferências que poderão causar algum dano.
8. Trabalhar sempre com o circuito elétrico desligado, utilizar placas de sinalização indicando que o
circuito ou o equipamento elétrico está em manutenção, evitando o uso de anéis, aliança, pulseiras,
braceletes e correntes.
9. Ao abrir chaves, não permanecer muito próximo para evitar o efeito do arco voltaico, sempre que
realizar manobras em chaves seccionadora ou disjuntores pelo punho próprio de acionamento, utilizar
luvas de PVC com isolamento de acordo com a classe de tensão do circuito a operar.
1. Apresentação 12
10. Um posto de trabalho totalmente isolado melhora a segurança. É melhor trabalhar numa bancada
isolante (madeira, fórmica), nunca deve ser metálica, e com uma base de madeira ou um tapete
anti-estático sobre a cadeira. Procure sempre usar um transformador de isolação para sua bancada.
11. Na alta tensão, alem de fazê-lo com o circuito desligado deve-se providenciar um aterramento múltiplo
das 3 fases do circuito.
12. E nunca é demais lembrar : EM SE TRATANDO DE ELETRICIDADE A GRANDE ARMA DA
PREVENÇÃO DE ACIDENTES é O PLANEJAMENTO.
13. A eletricidade não admite improvisações, ela não tem cheiro, não tem cor, não é quente nem fria,
mas ela é fatal.
1.4.2 Proteção contra choques elétricos
Indiscutivelmente, a melhor coisa que temos a fazer é a prevenção e o planejamento de proteção contra
choques elétricos. Ela pode ser:
Aterramento elétrico - ao se empregar o aterramento elétrico, se dará a passagem da corrente elétrica por
um caminho de menor resistência do que aquele oferecido pelo corpo de uma pessoa. Os três tipos
de sistemas de aterramento são os sistemas TT (um ponto da rede elétrica diretamente aterrado e as
massas aterradas); IT (não tem nenhum ponto da rede elétrica aterrada, estando apenas as massas
aterradas); e TN (tem um ponto da rede de alimentação diretamente aterrado, e as massas ligadas a
esse ponto, através de condutores de proteção).
Proteção por baixa tensão - a tensão não pode exceder 42 V, para adultos, e 24 V para brinquedos de
criança.
Proteção por duplo isolamento - o śımbolo de duplo quadrado indica que determinado equipamento é
dotado de duplo isolamento ou isolação reforçada.
Isolamento através de transformador - um transformador 1:1 pode fornecer 220 V com o secundário lev-
antado da terra. Qualquer pessoa que tocasse em uma parte energizada jamais tomaria choque.
Em piscinas e banheiras utiliza-se transformador rebaixador.
Proteção por utilização de equipamento de segurança - em instalações elétricas, onde os outros meios de
proteção não forem posśıveis e, o trabalho a ser executado tem de ser feito com a instalação energizada,
então o homem é que deve se proteger contra os choques elétricos, usando equipamentos de proteção
individual, tais como: luvas de borracha de B.T. ou A.T.; calçados com solado de borracha isolante;
roupas (calças, camisas de manga longa ou macacão de manga longa, de brim, que são isolantes
até determinada tensão e que protegem o corpo das ondas de calor, proveniente de um eventual
curto-circuito).
1. Apresentação 13
1.5 Recomendações para as aulas
Um bom curso técnico ou de engenharia começa com eletricidade básica. É a mesma que é estudada no
segundo grau, mas de uma forma mais prática. São aprendidas as grandezas f́ısicas como tensão, corrente,
resistência e potência. De posse desses conhecimentos, são estudados os semicondutores, como transistores
e diodos. Outros componentes eletrônicos são também estudados, como os capacitores e bobinas. O aluno
aprende a construir e consertar fontes de alimentação, amplificadores, rádios transmissores e receptores.
Finalmente chega a vez dos circuitos integrados (chips), entrando assim na etapa de eletrônica digital.
Aprendemos a construir cuircuitos digitais simples, como contadores, displays, somadores, multiplexadores,
decodificadores, etc. Um técnico formado assim está apto a consertar, projetar e construirequipamentos
em geral, e não apenas ter conhecimentos teóricos que não servem para nada.
Para consertar PCs, quadros de comando, circuitos de controle, os conhecimentos teóricos não são
suficientes, mas também não podem ser considerados indispensáveis. Mais importante é ter uma boa idéia
sobre o funcionamento dos circuitos, saber identificar se um módulo está ou não funcionando, conhecer
detalhes sobre o sistema operacional, aprender a resolver conflitos de hardware, etc. Por isso é necessário
estudar profundamente a teoria e as leis f́ısicas dos equipamentos à medida que vamos nos habilitando no
manuseio dos circuitos.
Laboratórios e bancadas que serão utilizadas:
1. Sala de aula com bancadas e equipamentos trazidos pelo professor e/ou pela turma; e,
2. Laboratórios de motores elétricos e/ou acionamentos elétricos.
Para que as aulas possam transcorrer na melhor maneira posśıvel, num clima ideal para a aprendizagem,
seguem abaixo algumas recomendações, que valem para todos (alunos, monitores, instrutores, professores
. . . ):
1. Utilizar sempre uma capa ou avental de proteção. Atar os cabelos, não usar mantas ou cachecol.
Usar calçados isolantes. Limpar e secar bem as mãos.
2. Entrar no ambiente de trabalho somente com a permissão do professor ou funcionário encarregado
dos laboratórios.
3. Nas experiências de grupo, revezar as tarefas para que todos possam participar com igualdade.
4. Não entrar no almoxarifado. Aguardar o material ser distribúıdo.
5. Mexer somente nos equipamentos e materiais autorizados pelo professor.
6. Na realização de experiências, trabalhar sempre com as fontes e equipamentos desligados, ligando-os
somente após a conferência feita pelo professor.
7. Cuidados com as escalas dos equipamentos de medidas. Verificar sempre qual tipo de grandeza será
medida e sua dimensão.
1. Apresentação 14
8. Certifique-se que os aterramentos estão sendo feitos de maneira correta. Cuidado com a ligação de
osciloscópios e equipamentos de medida que necessitam de aterramento e transformador de isolação.
9. Acompanhar a ordem das experiências rigorosamente, item por item, fazendo apenas o que foi so-
licitado. A mudança do roteiro, ou da experiência não compete ao momento. Apresente qualquer
sugestão ou cŕıtica por escrito ao professor, que certamente será bem vinda.
10. Os equipamentos dos laboratórios devem ser sempre manuseados com atenção e cuidado a fim de
zelar pela sua conservação e evitar que sejam danificados pelo uso indevido.
11. Ao verificar qualquer irregularidade, seja ela na bancada de trabalho, material ou equipamento,
comunicar imediatamente ao professor.
12. Não comer, não beber e não fumar dentro dos laboratórios.
13. Ao terminar a experiência, organizar a sua bancada, deixando-a limpa e arrumada, nas condições em
que a recebeu. Desligar todas as chaves e luzes antes de sair.
14. Procure fazer o máximo de silêncio, evitando conversas ou rúıdos desnecessários. Procure desligar o
seu celular enquanto estiver em aula.
15. Procure não entrar e sair durante a aula, pois tira a atenção de quem está concentrado. Lembre-se
que a concentração é important́ıssima, e muito dif́ıcil de conseguir para a maioria das pessoas. Vamos
procurar seguir os intervalos e os peŕıodos normais de aula.
16. Finalmente, lembre-se: “laboratório não é lugar para brincadeiras, conversas, e atividades semel-
hantes”, que distraiam a atenção e a harmonia no trabalho.
17. O PROFESSOR é o RESPONSÁVEL pela segurança dos alunos e dos equipamentos. Lembremos
sempre que ele tem o DEVER de estabelecer as condições para a aprendizagem.
De acordo com as diretrizes do Colégio Técnico Industrial de Santa Maria: “No ato da matŕıcula
será fornecida aos alunos dos cursos profissionalizantes uma lista dos materiais de uso individual1. É
indispensável a aquisição do material solicitado para freqüentar as aulas”, informamos a você a lista das
ferramentas e materiais necessários para a competências de it Eletricidade, Instalações e Acionamentos
Elétricos:
Especificação das ferramentas necessárias para cada grupo2:
1. 1(um) alicate universal 8”, acabamento fosfatizado ou cromado, com isolação elétrica para 1000Volts,
fabricado conforme normas da ABNT;
1 Para o Curso de Mecânica, é suficiente uma lista por grupo de até 04(quatro) alunos.
2 Novas ou em perfeito estado de conservação.
1. Apresentação 15
2. 3(três) chaves de fenda, fabricadas conforme normas da ABNT, nas bitolas 1/8” x 6”, 3/16” x 6”, e
1/4” x 6”;
3. 1(uma) chave de fenda isolada com teste, cabo com lâmpada Néon, fabricada conforme normas
ABNT;
4. 1(um) estilete com corpo de plástico, com trava para fixação de lâmina (largura da lâmina de 9,5
mm);
5. 1(um) rolo de fita isolante de 10 metros; e,
6. 1(um) mult́ımetro tensão DC 1000 V, tensão AC 750 V, corrente DC 10 A, resistência 20 MΩ, teste
de diodo, e teste de continuidade.
Especificação de materiais3:
1. 1(uma) extensão, de comprimento de 4m (ou mais), de cabo flex́ıvel, bitola 2,5 mm2, com plugs
macho e fêmea de três pinos (fase, neutro e aterramento);
2. 1(uma) lâmpada incandescente de 60 W, um suporte e uma tomada ligadas em uma base de madeira
de 10 cm x 20 cm x 2,5 cm;
3. 2(duas) ponteiras de cor preta e vermelha, , bitola 2,5 mm2, com 1 m de comprimento cada, nas
cores preta e vermelha, com plug banana e ponteira de fio ŕıgido de 10 mm2;
4. 1(um) soldador a estanho, com potência de 25 a 100 W;
5. pedaços de fios de cobre ŕıgido e/ou flex́ıvel nas diferentes bitolas;
6. pedaços de fios de ńıquel-cromo (resistência de chuveiro, estufas, etc.);
7. sucatas de equipamentos elétricos e/ou eletrônicos (resistores, diodos, relés, transistores, tiristores,
transformadores, pequenos motores, etc.);
8. uma caixinha de parafusos, porcas, aruelas, componentes, e,
9. uma caixa ou maleta para guardar as ferramentas e o material.
Convida-se à turma, para elaborar, durante cada aula, uma série de pontos que foram bem entendidos,
ou que ficaram como questões, trabalhos. Quando assinar a lista de chamada, favor marcar uma letra de
A a E, conforme o código presente na planilha.
No dia marcado para recuperação (final do bimestre), o professor organizará a turma em grupos,
conforme as respostas marcadas nas aulas anteriores, e promover um debate. Este será o momento de cada
um(a) defender ou reavaliar suas respostas diante do mundo, representado pela maioria da turma.
3 Novos ou usados, em bom estado de conservação, que serão usados nas aulas práticas.
1. Apresentação 16
O debate possui regras, a fim de que fale um(a) de cada vez, dando a oportunidade a todos de exporem
seu trabalho, sua opinião, seu conhecimento, seus gostos, etc. Além da parte cognitiva, ou do reconheci-
mento intelectual, o debate permitirá à turma tomar uma decisão de estudar determinado assunto, refazer
determinada experiência, e aplicar de alguma forma particular o que se estudar.
1. Apresentação 17
1.6 Primeiro trabalho prático: aparelho para teste de continuidade
Pode-se afirmar, pela experiência, que uma das maiores necessidades de um mult́ımetro é verificar a con-
tinuidade de um circuito, de uma bobina, de um fio, de uma chave, de um contato, ou de uma trilha
de circuito impresso. Este instrumento é essencial para o técnico, e pode ser feito com facilidade como
veremos a seguir.
Pode-se fazer um aparelho de teste de continuidade com duas pilhas AA 1,5V; um resistor de carvão
de 560Ω (verde + azul + marron), e um LED (‘Light Emiter Diode’ ou diodo emissor de luz), conforme
mostra-se o esquema na figura 1.1.
Todo circuito eletrônico necessita, para funcionar, de uma fonte de energia que, na maioria dos casos
se resume em uma fonte de tensão, como a associação de pilhas. Assim, alimentar um circuito significa
ligar o circuito a uma fonte de tensão apropriada, como as duaspilhas, neste caso.
O diodo emissor de luz (LED) é um componente que emite luz quando polarizado diretamente (positivo
no anodo e negativo no catodo). A resistência série R tem a finalidade de limitação de corrente através da
junção. Quando em operação, o LED apresenta uma queda de tensão da ordem de 1,7 a 2,1 Volts entre
seus terminais e deve passar uma corrente de aproximadamente 10mA a fim de que este possa emitir uma
luminosidade ideal. Assim, o valor da resistência R calcula-se pela seguinte fórmula4:
Vcc − VR − Vγ = 0
Vcc −R i− Vγ = 0
R =
Vcc − Vγ
i
=
3, 0− 1, 7
10× 10−3
= 130 Ω
onde:
Vcc - tensão das pilhas, igual a 3,0 Volts;
Vγ - queda de tensão no LED, igual a 1,7 Volts (valor adotado);
i - corrente máxima no LED, igual a 10 mA; e,
R - resistor série que desejamos calcular.
Este é o valor mı́nimo do resistor série. Considerando que conseguiu-se um brilho suficiente no LED
com um resistor de 560Ω, e este valor significa economia de energia e maior durabilidade da pilha, este foi
o valor adotado.
Para montagem do circuito, pode-se seguir os passos seguintes:
1. Adquirir o material (comprar ou retirar de sucata);
2. Montagem do circuito para verificar se o brilho do LED é suficiente;
3. Fazer um projeto do dispositivo (tipo caneta, tipo caixa de fósforo, etc.);
4. Lixar bem as peças antes de estanhar. Estanhar as peças individualmente, e depois emendar;
4 Este cálculo será visto nos caṕıtulos seguintes.
1. Apresentação 18
""
bb
Fonte, Vcc @@R@@R@@R
LED, Vγ
?
6
Ponteiras
-
i
�
iR, VR
��S
SS��
Fig. 1.1: Circuito do aparelho de teste de continuidade.
5. Usar capas de fios como soquete isolante;
6. Fechar com cola ou fita adesiva.
7. Testar em vários materiais, fios, metais, isolantes, etc.
Agradecemos antecipadamente, a disponibilidade do servidor Orlando Cavalheiro, do laboratório
de Acionamentos Elétricos do CTISM, que colocou-se à disposição para ajudar na montagem deste
circuito.
2. VISITA TÉCNICA A INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS
“Você já reparou como entre tantas pessoas que fazem exatamente a mesma coisa
sempre existem aquelas que encontram uma maneira de fazer melhor?
Gente que se supera. Gente que insiste, persiste,
que acreditando nas suas idéias
não descansa enquanto não consegue colocá-las em pé.
Esse é o tipo de gente que você reconhece de longe.
Porque está à frente, servindo de exemplo,
servindo de referência para todos aqueles que vêm depois.
São pessoas assim que movem o mundo e ampliam horizontes.
São pessoas assim que fazem as coisas acontecerem.”
(PROJETEC Instalações Industriais)
2.1 Um desafio para a comunidade escolar
Vamos desenvolver o nosso conteúdo e aplicar através de um trabalho prático em instalações industriais.
Assim, inicialmente, não vamos nos preocupar com o programa das disciplinas (conteúdo e avaliação) e
questões burocráticas, e nos concentrar em criar um clima favorável para compreender a importância desta
disciplina no contexto do trabalho diário. O professor apresenta à turma a seguinte proposta:
“Desejo montar uma indústria do tipo . . . . . . . . . . . . e estou fazendo uma concorrência para escolher o
melhor projeto. Todos os grupos interessados podem se inscrever, para apresentar um anteprojeto. As
propostas devem ser apresentadas na forma de relatório, contendo análise técnico e econômica e desenhos
das plantas. Conforme as particularidades e originalidades dos trabalhos, poderemos formar um grande
grupo para reunir as idéias num projeto mais detalhado.”
O trabalho consiste em:
a) fazer visita(s) a uma(s) instalação(ões) industrial(is);
b) identificar as cargas e regimes de funcionamento das instalações;
c) quantificar os fluxos de matéria, fluido e energia do sistema;
d) fazer uma análise técnico-econômica do processo;
e) apresentar uma sugestão de uma instalação industrial similar;
f) fazer um esboço das instalações (plantas, localização de máquinas, pessoal, etc.)
g) apresentar um relatório defendendo a sua proposta.
2. Visita técnica a instalações industriais 20
2.2 Histórico e exemplos
2.2.1 O Grupo Kuttner
O Grupo Kuttner se desenvolveu a partir de uma empresa de Engenharia, fundada em 1949 pelo Engenheiro
Dr. Carl Küttner, sendo hoje um Grupo empresarial internacional, dedicado à engenharia e construção de
instalações industriais.
Nosso trabalho consistiu o fornecimento tipo “chave na mão” de instalações nas áreas de metalurgia e
manuseio de materiais, assim como para a indústria de fundição.
Nossa gama de atividades compreende o desenvolvimento de novas tecnologias, a Engenharia, o Pro-
jeto, o Fornecimento, a Montagem e a Colocação em funcionamento de instalações completas, incluindo,
equipamentos mecânicos e elétricos, comandados pôr sistemas de controle via PLC e supervisão de processo.
O Grupo KÜTTNER emprega atualmente mais de 300 funcionários no mundo inteiro. Todos os sócios
trabalham na empresa.
2.2.2 Grupo Kepler Weber
MALTARIAS
Projeto, fabricação de equipamentos e supervisão de montagem para entregar prontas e em funciona-
mento, unidades completas para recepção, processamento e armazenagem de cevada e malte.
Atuando neste segmento desde 1976, oferece tecnologia de ponta em projeto mecânico, elétrico e de
automação. Estes itens, aliados ao elevado padrão de qualidade das máquinas e equipamentos, justificam
a significativa presença da empresa no setor de maltarias, em todo o mercado sul-americano.
Contemplam:
Unidades de Recepção
Instalações de Pré-Processamento ou de Limpeza, Classificação e Secagem do Produto
Armazenagem de Cevada
Máquinas e Equipamentos para Maceração, Germinação, Secagem, Limpeza, Armazenagem e Manejo
de Malte
Ligação Elétrica, de Força e Aterramento.
CERVEJARIAS
Kepler Weber também quer dizer tecnologia avançada em instalações para recepção, estocagem e ben-
eficiamento de malte e adjuntos em plantas cervejeiras. A empresa desenvolve e implanta projetos que
contemplam diversas capacidades e configurações, tendo como objetivo atender a todas as necessidades do
setor seco em cervejarias.
Contemplam:
Moegas de Recepção
Silos de Armazenagem
Instalações de Limpeza, Dosagem/ Pesagem e Condicionamento
2. Visita técnica a instalações industriais 21
Moagem do Malte e dos Adjuntos
Sistemas de Despoeiramento
Instalação Elétrica de Força e Aterramento
Automação
INSTALAÇÕES PORTUÁRIAS
Projeto, fabricação e montagem de equipamentos para movimentação e armazenagem de granéis sólidos
em estações de transbordo multimodais, tanto em portos maŕıtimos e fluviais. Também neste importante
segmento, a qualidade Kepler Weber está presente através de silos metálicos, elevadores e transportadores
horizontais.
INDÚSTRIAS
Projetos, fabricação e montagem de transportadores de granéis para indústrias de fertilizantes, açúcares,
esmagamento de grãos, farelos, minérios, reśıduos de madeira e outras atividades que exijam movimentação
de altas capacidades.
FÁBRICAS DE ALIMENTOS BALANCEADOS
Fábricas de rações para avicultura, suinocultura, piscicultura e pet food, fornecidas em capacidades que
atendem às necessidades de pequenos, médios e grandes produtores ou industrias. Dotadas de diversos graus
de automação, permitem um efetivo controle de sanitariedade e gerenciamento completo dos equipamentos
e do processo de produção.
Fornecidas pelo sistema ”turn-key”, relacionam equipamentos como pré-misturadores, misturadores
horizontais de duplo helicóide, moinhos de martelos com aspiração, silos quadrangulares ou redondos, silos
de granja, linhas de peletização e extrusão, instalações elétricas e automação, entre outros.
INSTALAÇÕES PARA FARINHAS
Para as moageiras, panificadoras e fábricas de macarrão e biscoitos, a Kepler Weber oferece equipamen-
tos que mecanizam e automatizam todas as funções