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Eletricista Instalador Predial CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA – CNI Armando de Queiroz Monteiro Neto Presidente SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – SENAI Conselho Nacional Armando de Queiroz Monteiro Neto Presidente SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL - SENAI Departamento Nacional José Manuel de Aguiar Martins Diretor Geral Regina Maria de Fátima Torres Diretora de Operações Confederação Nacional da Indústria Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional Eletricista Instalador Predial Brasília 2010 Júlio Cezar Págio © 2010. SENAI – Departamento Nacional É proibida a reprodução total ou parcial deste material por qualquer meio ou sistema sem o prévio consentimento do editor. Equipe técnica que participou da elaboração desta obra Ficha catalográfica elaborada por Luciana Effting CRB 14/937 – SENAI/SC Florianópolis P136e Págio, Júlio Cezar Eletricidade instalador predial / Júlio Cezar Págio. Brasília: SENAI/DN, 2010. 485 p. : il. color ; 30 cm. Inclui bibliografias. 1. Eletricidade. 2. Instalações elétricas. 3. Circuitos elétricos. 4. Energia elétrica - Distribuição. I. SENAI. Departamento Nacional. II. Título. CDU 621.316.17 SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional Setor Bancário Norte, Quadra 1, Bloco C Edifício Roberto Simonsen – 70040-903 – Brasília – DF Tel.:(61)3317-9000 – Fax:(61)3317-9190 http://www.senai.br Coordenador Projeto Estratégico 14 DRs Luciano Mattiazzi Baumgartner - Departamento Regional do SENAI/SC Coordenador de EaD - SENAI/ES Fernanda Pagani Tessinari - DETEC - Divisão de Educação e Tecnologia Coordenador de EaD – SENAI/SC em Florianópolis Diego de Castro Vieira - SENAI/SC em Florianópolis Design Educacional, Design Gráfico, Diagramação e Ilustrações Equipe de Desenvolvimento de Recursos Didáticos do SENAI/SC em Florianópolis Revisão Ortográfica e Normativa FabriCO Fotografias Banco de Imagens SENAI/SC Http: //www.sxc.hu/ http://office.microsoft.com/en-us/images/ http://www.morguefile.com/ Sumário Apresentação do curso ..............................................................................07 Plano de estudos .........................................................................................09 Unidade 1: Iniciando na Eletricidade ....................................................11 Unidade 2: Medidas das Grandezas Elétricas ....................................163 Unidade 3: Riscos Elétricos .......................................................................197 Unidade 4: Tecnologias e Práticas Profissionais ...............................217 Unidade 5: Interpretando um Projeto Elétrico Residencial ...........387 Sobre o autor ................................................................................................451 Referências .....................................................................................................453 7 Apresentação do Curso Prezado aluno, É com grande satisfação que apresento a você, o curso de Eletricista Instalador Predial. Você deve estar pensando: é possível um curso tão prático na modalidade à distância? Foi pensando nisso, que toda uma equipe multidisciplinar de profissionais trabalhou cuidadosamente para torná-lo uma reali- dade. O curso está dividido em cinco unidades, nas quais você será o protagonista do seu processo de apren- dizagem. Todas as unidades apresentam informa- ções na medida certa, começando pelos fundamen- tos básicos da eletricidade. Na segunda unidade você conhecerá o que são grandezas elétricas e como mensurá-las. Os riscos elétricos inerentes à profissão do eletri- cista e às instalações elétricas também serão estu- dados. A quarta unidade será voltada para a parte prática, são as tecnologias e práticas profissionais que lhe darão a oportunidade de executar algumas tarefas. E, por fim, você aprenderá a fazer algumas etapas de um pequeno projeto elétrico residencial. Você perceberá que, ao longo do curso, existe uma preocupação constante com as normas de seguran- ça e as normas de execução das instalações elétri- cas. O objetivo é torná-lo um profissional conscien- te na sua prática profissional. Desejo a você um ótimo aprendizado, na certeza de que, com seu empenho e nosso apoio, você concre- tizará o seu objetivo: a sua qualificação profissional como eletricista instalador predial. 8 Para reforçar o aprendizado, junto a este material impresso, você receberá um DVD, cuja finalidade é tornar a aprendizagem mais dinâmica e interativa. Assim, tenha certeza, você se tornará um profissional de primeira categoria na área de instalações elétricas prediais. Bons estudos! Júlio Cezar Págio Núcleo de Educação a Distância SENAI - ES 9 Plano de Estudos Carga horária: � 160 horas Ementa Iniciando na eletricidade. Medidas das grandezas elétricas. Riscos elétricos. Tecnologias e práticas profissionais. Interpretando um projeto elétrico resi- dencial. Objetivos Objetivo Geral Planejar e executar instalações elétricas prediais de acordo com os padrões, a norma regulamentadora de segurança e as normas técnicas da ABNT (Asso- ciação Brasileira de Normas Técnicas). Objetivos Específicos � Ler, analisar, executar projetos elétricos; � Fazer manutenção; � Calcular corrente, tensão, potência; � Distribuir circuitos de instalações elétricas pre- diais; � Adquirir conhecimentos e habilidades nos estu- dos de tecnologia, de eletrotécnica e prática; � Conhecer as normas técnicas e de segurança. 11 1Iniciando na EletricidadeAulas Acompanhe nesta unidade o estudo das aulas seguintes: Aula 1: Estrutura da matéria Aula 2: Princípio da eletricidade estática Aula 3: Geração e uso de eletricidade Aula 4: Circuitos elétricos Aula 5: Grandezas elétricas Aula 6: Leis de Ohm Aula 7: Condutores e isolantes Aula 8: Tipos de circuitos elétricos Aula 9: Aplicação da lei de Ohm aos circuitos Aula 10: Resistividade dos materiais Aula 11: Energia e potência Aula 12: Produção e distribuição de energia Aula 13: Potência de corrente alternada 12 Para iniciar Está unidade apresenta assuntos fundamentais para você que deseja ser um eletricista instalador predial. Conhecerá a origem da eletricida- de para entender suas fontes. Também estudará como é gerada, produ- zida e distribuída a eletricidade. Circuitos elétricos, energia, potência, condutores e isolantes serão abordados de forma clara e objetiva para que você possa, profissionalmente, exercer com qualidade seu trabalho. Com disciplina e dedicação, você fará da sua aprendizagem um proces- so de construção do conhecimento. Bons estudos! Aula 1: Estrutura da matéria Ao final desta aula você estará apto a: � Compreender os conceitos básicos da estrutura da matéria; Nesta aula você conhecerá o princípio da matéria e a sua constituição. Este co- nhecimento será muito útil para que você entenda como tudo começa. Nos ele- mentos da matéria, se origina a eletricidade. Eletricista Instalador Predial 13Unidade 1 Pergunta O que é matéria? Matéria é tudo que existe no universo, tem uma massa e ocupa um lugar no espaço. Reflita Existem “coisas” no universo que não ocupam lugar no espaço? Sim, coisas como o calor, o som ou a eletricidade não ocupam lugar no espaço. Toda a matéria existente no universo é constituída por: Moléculas: é combinação de dois ou mais átomos 14 Veja uma molécula de água: 2 átomos de hidrogênio e 1 de oxigênio; Átomo de Oxigênio Átomos de Hidrogênio Figura 1 - Molécula de água – H2O Fonte: Theodoro Filho (2007,p. 07) Toda a matéria existente no universo é constituída por: Átomos: é a menor partícula em que um elemento pode se dividido, conser- vando suas propriedades originais. Figura 2 - Sistema solar (Mercúrio, Venus, Terra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Netuno e Plutão) Fonte: SENAI (1980, p. 11) Eletricista Instalador Predial 15Unidade 1 Ele é semelhante ao nosso sistema solar. No centro fica o sol, que é o núcleo. Em volta giram os planetas, formando as camadas. Figura 3 - Átomo e suas partículas subatômicas (prótons, elétrons e nêutrons) Texto da figura: Nêutrons Prótons Núcleo Atômico Elétron Pergunta Quer saber mais sobre cada uma das partes que compõe o átomo? Confira a seguir. Núcleo: é o centro dos átomos. Nele, temos as partículas subatômicas prótons e nêutrons. Prótons: são as partículas subatômicas positivas. Nêutrons: são as partículas subatômicas sem carga elétrica. Eletrosfera: são as camadas ou órbitas formadas pelos elétrons, que se movi- mentam em volta do núcleo. Elétrons: são partículas subatômicas com carga elétrica negativa. É por meio de alguns elementos encontrados na natureza que ocorrerá o fenô- meno conhecido como eletricidade e os efeitos produzidos por ela, como luz, calor, som e outros. Na próxima aula, você estudará os princípios da eletricidade gerados por cargas elétricas em repouso. Também conhecido com eletricidade estática. Vamos em frente, com dedicação e motivação! 16 Relembrando Nesta primeira aula você conheceu a origem da eletricidade, além dos se- guintes assuntos: � A matéria é constituída por moléculas; � Molécula é a combinação de dois ou mais átomos; � O átomo é a menor partícula em que um elemento pode ser dividido; � O átomo é constituído por um núcleo, onde se encontram os prótons, elétrons e nêutrons; � É de alguns elementos da matéria que se origina a eletricidade. Colocando em Prática Chegou o momento de colocar em prática os conhecimentos apreendi- dos. No final desta unidade realize algumas atividades que preparamos para você. Faça desse momento uma construção significativa do apren- dizado. Eletricista Instalador Predial 17Unidade 1 Aula 2: Princípio da eletricidade estática Ao final desta aula você estará apto a: � Reconhecer e definir o princípio básico que rege a eletricidade estática; � Reconhecer os processos de eletrização dos corpos; � Reconhecer aplicações da eletricidade estática. Na aula anterior você aprendeu o conceito elementar, o que é matéria e que, por meio de alguns elementos encontrados na natureza. ocorre o fenômeno da eletricidade e seus efeitos. Nesta aula você conhecerá os princípios básicos da eletricidade estática e como ela aparece. É um conhecimento importantíssimo, pois, levará você a compre- ender porque ela ocorre, e onde ela pode ser observada e aplicada em muitos momentos do mundo moderno. Embora a eletrostática ou eletricidade estática tenha pouca aplicação prática para você, futuro eletricista predial, ela permitirá a você entender como ela se origina e se aplica na sua futura profissão. 18 Por muitas vezes, a presença da eletricidade estática pode ser indesejável e perigosa em equipamentos ou instalações elétricas, quando se descarrega por centelha. No nosso dia a dia, estamos constantemente adquirindo cargas estáticas po- sitivas e negativas por fricção, ao nos movimentarmos por meio do ar ou em contatos com outros objetos. Um raio é um exemplo de eletricidade estática O acúmulo de cargas estáticas nas nuvens pode provocar uma descarga elétrica para a terra. Nos para-raios as descargas são direcionadas para terra. Atração e Repulsão entre corpos carregados Percebeu? Na eletricidade estática, é exatamente assim que ocorre a eletriza- ção dos corpos, ou seja, eles ficam eletricamente carregados. Eletricista Instalador Predial 19Unidade 1 Pergunta Este processo ocorre por quê? Porque se baseia no seguinte princípio: Figura 4 - Atração e repulsão de cargas elétricas Fonte: Valkenburgh. Van & Nooger & Neville, INC. (1982) Isso ocorre devido ao campo elétrico existente nas cargas elétricas: Figura 5 - Linhas de forcas das cargas elétricas Fonte: Valkenburgh. Van & Nooger & Neville, INC. (1982) 20 Pergunta Como ocorre esse processo? A eletrização acontece por três processos. Confira quais são eles: a Eletrização por fricção Devido ao contato por fricção, algumas eletrosferas se cruzam, e uns dos corpos têm a facilidade de fornecer elétrons (-) para o outro. Assim, um corpo fica com muitos elétrons (negativo) e o outro fica com falta de elétrons (mais positivo). Com isso, podemos dizer que a fricção funciona como uma fonte de eletricidade. <inserir ilustra 1.2.7> Figura 6 - Eletrização por fricção Fonte: Valkenburgh. Van & Nooger & Neville, INC. (1982) b Eletrização por contato Os corpos são colocados em contato, favorecendo uma nova distribuição de cargas pela superfície dos condutores. Veja o esquema a seguir: Eletricista Instalador Predial 21Unidade 1 Figura 7 - Eletrização por contato c Eletrização por indução Esse processo pode ocorrer por simples aproximação de um corpo eletrizado, em outro que esteja equilibrado eletricamente, sem que haja o contato entre eles. Também é conhecido como indução eletrostática. Figura 8 - Eletrização por indução d Aplicações da eletricidade estática Embora não seja comum a produção deste tipo de eletricidade para o seu uso no dia a dia- e até mesmo indesejável, como foi dito anteriormente - ela tem aplicações importantes na indústria, tais como: dispositivo eletrostático para remoção de partícula sólidas poluidoras do meio ambiente e processo eletros- tático de pinturas industriais. Como ocorre esse processo? A eletrização acontece por três processos. Confira quais são eles: a Eletrização por fricção Devido ao contato por fricção, algumas eletrosferas se cruzam, e uns dos corpos têm a facilidade de fornecer elétrons (-) para o outro. Assim, um corpo fica com muitos elétrons (negativo) e o outro fica com falta de elétrons (mais positivo). Com isso, podemos dizer que a fricção funciona como uma fonte de eletricidade. <inserir ilustra 1.2.7> Figura 6 - Eletrização por fricção Fonte: Valkenburgh. Van & Nooger & Neville, INC. (1982) b Eletrização por contato Os corpos são colocados em contato, favorecendo uma nova distribuição de cargas pela superfície dos condutores. Veja o esquema a seguir: 22 Figura 9 - Aplicações da eletricidade estática Relembrando Nesta aula você teve a oportunidade de aprender: Que a eletricidade estática é baseada no princípio da atra- ção e repulsão de cargas eletricas, o qual, cargas iguais se repelem e diferentes se atraem. Que a eletricidade estática pode ser produzida por ficção, contato e indução de corpos carregados. Aprendeu também que a eletricidade estática pode trazer ao homem efeitos benéficos em algumas aplicações, princi- palmente na indústria, ou maléficos, quando ocorre dandos ao homem e ao seu patrimônio. Na nossa próxima aula você estudará a geraçao de eletrici- dade e suas aplicações. Prepare-se para mais essa jornada. Eletricista Instalador Predial 23Unidade 1 Colocando em Prática Chegou o momento de colocar em prática os conhecimentos apreendi- dos. No final desta unidade realize algumas atividades que preparamos para você. Faça desse momento uma construção significativa do apren- dizado. Aula 3: Geração e uso de eletricidade Ao final desta aula você estará apto a: � Reconhecer os processos de geração de eletricidade; � Entender o processo de geração por ação química e suas aplicações; � Entender o processo de geração por magnetismo e suas aplicações. Nas aulas anteriores você viu: � A matéria é constituída de átomos, e esses, de prótons, elétrons e nêutrons; � O princípio básico que rege a eletricidade estática é que os pólos iguais se repelem e os diferentes se atraem; � Os processos de eletrização dos corpos são fricção, contato e indução;� A eletricidade estática tem aplicações importantes na indústria. 24 Agora, nesta aula, você conhecerá as principais formas de geração de eletricida- de. Aproveite bastante esta aula, para conhecer as formas de geração de eletri- cidade, que serão utilizadas na sua prática profissional. Geração e uso da eletricidade Pergunta Como se dá a geração de eletricidade? A geração de eletricidade pode se dar por uma ação química, pelo magnetis- mo, luz, calor, pressão e fricção. Você conhecerá as duas mais utilizadas em grande escala no mundo moderno: a eletricidade gerada pela ação química e pelo magnetismo. O processo de ge- ração eletrostático (atrito ou fricção) você conheceu na aula anterior. A eletricidade gerada pela ação química A eletricidade gerada pela reação química dos elementos é, talvez, o segundo processo mais importante de geração de eletricidade pelo homem. A pilha mais simples, uma pilha úmida é constituída por duas placas, de ZINCO e de COBRE, conhecidas como elétrodos, e uma solução ácida, como ácido sulfúrico + água que funciona como um eletrólito. Figura 10 - Geração de eletricidade por ação química Fonte: Valkenburgh, Van & Nooger & Neville, INC. (1982) Terminal Negativo (Zinco) Terminal Positivo (Cobre) Pilha Primária Eletricista Instalador Predial 25Unidade 1 Pergunta E como ocorre a produção de eletricidade? Ocorre pela reação química do eletrólito (ácido sulfúrico+ água) em contato com os elétrodos (zinco e cobre),esses elétrodos liberam elétrons de seus áto- mos para a solução. O zinco, lentamente dissolvido pela solução, deixa elétrons na parte não dissolvida, ficando mais negativo. Processo semelhante ocorre com elétrodo de cobre que não é dissolvido, mas libera elétrons que se unem aos átomos hidrogênio da solução, originando uma carga positiva e tornando o elétrodo mais positivo. Esse processo dura até as duas placas ficarem totalmente carregadas, formando o que chamamos de diferença de potencial (d.d.p), um mais positivo e outro mais negativo. Agora veja o que ocorre quando ligamos o terminal negativo e positivo: Figura 11 - Liberação de elétrons pelo processo químico chamado de eletrólise Fonte: Valkenburgh. Van & Nooger & Neville, INC. (1982) Haverá um fluxo de elétrons do elétrodo negativo para o positivo por meio do fio. Assim, com espaço deixado na placa negativa, haverá o fluxo de elétrons do elétrodo positivo para o negativo por meio da solução ou eletrólito, gerando assim, um fluxo constante de elétrons em uma única direção. 26 Esta eletricidade que tem uma mesma in- tensidade e um único sentido, chamamos de eletricidade continua ou corrente contínua. Hoje, a eletricidade produzida pela ação química está muito presente no nosso cotidiano, por meio das modernas pilha e baterias. A eletricidade gerada pela ação do magnetismo Hoje, é o principal processo de geração de eletricidade em grande escala são as usinas hidroelétricas, usinas nucleares, usinas térmicas e outras. Baseia-se no movimento relativo entre um ímã e um condutor. Como você pode observar na figura a seguir, com movimentos circulares do condutor dentro do campo magnético do imã, este “cortará” a linha de força do imã. O resultado deste processo será o deslocamento dos elétrons livres do condutor, gerando uma eletricidade que varia de intensidade e movimento. Figura 12 - Geração de Eletricidade por Ação do Magnetismo Fonte: Valkenburgh. Van & Nooger & Neville, INC. (1982) Eletricista Instalador Predial 27Unidade 1 Esta eletricidade que varia de intensidade e alterna o seu movimento chamamos de ele- tricidade alternada ou corrente alternada. Quase toda eletricidade usada no nosso dia a dia é produzida por grandes plantas de geração de eletricidade alternada. Com exceção das utilizadas em aparelhos portáteis, os quais são alimentados por pilhas e baterias que forne- cem eletricidade contínua. Figura 13 - Geração de eletricidade por energia termoelétrica e hidroelétrica Esquema de usina nuclear Esquema de usina hidrelétrica 28 Relembrando Muito bem, mais uma aula chega ao fim. Ela oportunizou você a aprender que existem vários processos de geração de eletricidade, porém, as mais utilizadas são: por ação quí- mica e pelo magnetismo. No processo de geração química há um fluxo constante de elétrons em uma mesma direção. É chamado de corrente contínua. Exemplos: pilha e baterias. O processo de geração por ação do magnetismo existe uma alteração do sentido de movimentos dos elétrons. Chama- mos esta variação de corrente alternada. Ela é produzida por grandes plantas de geração de eletricidade. A partir da próxima aula você estará conhecendo o que é um circuito elétrico, como ele é constituído. Então, vamos em frente? Colocando em Prática Chegou o momento de colocar em prática os conhecimentos apreendi- dos. No final desta unidade realize algumas atividades que preparamos para você. Faça desse momento uma construção significativa do apren- dizado. Aula 4: Circuitos elétricos Ao final desta aula você estará apto a: � Definir o que é um circuito elétrico; � Conhecer os principais componentes que constitui um circuito elétrico básico. Eletricista Instalador Predial 29Unidade 1 Na aula anterior você estudou os seguintes assuntos: � Os processos mais utilizados para geração de energia na atualidade são: a ação química e pela ação do magnetismo. � A corrente contínua é um fluxo constante de elétrons em uma mesma dire- ção e a alternada acontece é um movimento ordenado de cargas elétricas com alteração do sentido de movimentos dos elétrons. Agora você é convidado a ampliar seus conhecimentos, conhecendo o que é um circuito elétrico e seus componentes. E também poderá iniciar sua prática profissional na manipulação dos circuitos nas instalações elétricas. Circuito elétrico elementar Você já ouviu falar muito nos circuitos de Fórmula 1. Neles os carros dão suces- sivas voltas num caminho fechado. Pergunta Mas, o que um circuito de Fórmula 1 tem a ver com um circuito elétrico? Observe as figuras a seguir: Figura 14 - Analogia entre circuitos: um autódromo e um circuito elétrico 30 Atenção Num circuito de Fórmula 1, o caminho por onde circulam os carros de corrida é fechado. Num circuito elétrico, há um caminho fechado por onde circulam as cargas elétricas. Em uma instalação elétrica existe um conjunto de circuitos elétricos que de- sempenham varias funções: ligar uma lâmpada, um ventilador, uma TV e muitos outros utensílios e equipamentos elétricos. Um circuito elétrico básico é constituído dos seguintes componentes: TEM NO TELECOM Interruptor – é um dispositivo de manobra Um fio condutor. Por onde circulam as cargas elétricas; BATERIA - Fonte geradora produz d.d.p Lâmpada – é um receptor, aparelho consumidor de energia; → página 9 ilustra 1.4.3 Figura 15 - Circuito elétrico elementar Confira cada um deles! Eletricista Instalador Predial 31Unidade 1 Componentes do circuito elétrico Fonte geradora É a que gera ou produz energia elétrica a partir de outro tipo de energia. Veja alguns exemplos: Consumidor O aparelho consumidor é o elemento que emprega a energia elétrica e a con- verte em outra forma de energia. A forma de energia convertida realizará uma forma de trabalho que nós usamos no nosso dia a dia. Confira alguns exemplos: 32 Figura 16 - Efeitos produzidos pela eletricidade (luz, ventilação e calor respectivamente) Condutor O Condutor elétrico é o responsável pela ligação entre o consumidor e a fonte geradora, ele permite a circulação de corrente elétrica, da fonte ao consumidor e o retorno da mesma à fonte. Você certamente já deve conhecer o condutor elétrico por outro nome. Ele mais conhecido por fio elétrico. Eletricista Instalador Predial 33Unidade 1 Na verdade, o fio é um dos tipos de condutores, que podem também levar o nome de fio, ou cabos, flexíveis ou rígidos, isolados ou nus. Veja! Quadro 01 - Exemplos de condutoresusados nas instalações elétricas. Fios rígidos Cabo rígido Cabo flexível com isolação adicional Cabo flexível multipolar Cordão flexível torcido Cabo flexível paralelo Dispositivo de manobra O dispositivo de manobra é um componente que permite operar ou manobrar qualquer circuito elétrico. Ele interrompe ou permite a passagem da corrente elétrica dando total autonomia ao operador ao manipular o circuito, no ato dei- xar ou não o circuito ligado e ou desligado. Veja alguns exemplos: Quadro 02 - Exemplo de chaves de manobras Interruptor externo Chave seccionadora Botoeira liga/desliga 34 Relembrando Nessa aula você aprendeu que o circuito elétrico é um caminho fechado por onde circulam as cargas elétricas. Viu também que o circuito elétrico é composto por uma fonte geradora, um condutor que interliga a fonte ao consumidor e o dispositivo de manobra, que permite o comando de ligar ou desligar o circuito elétrico. Na próxima aula você terá oportunidade de conhecer quais as grandezas elétricas que estão presentes e que aparecem quando você liga e desliga um circuito elétrico. Colocando em Prática Chegou o momento de colocar em prática os conhecimentos apreendi- dos. No final desta unidade realize algumas atividades que preparamos para você. Faça desse momento uma construção significativa do apren- dizado. Aula 5: Grandezas elétricas Ao final desta aula você estará apto a: � Reconhecer as principais grandezas elétricas que surgirão em um circuito elétrico; � Conceituar corrente elétrica, tensão elétrica e resistência elétrica; � Reconhecer os múltiplos e submúltiplos das principais grandezas elétricas. Eletricista Instalador Predial 35Unidade 1 Lembre-se que você já estudou anteriormente o que é Circuito elétrico e seus componentes: a fonte geradora, o consumidor, o condutor e o dispositivo de manobra. Nesta aula, você estudará as grandezas elétricas que podem estar presentes nos circuitos elétricos. Isso lhe dará subsídios para aprender os conceitos para serem utilizados nas próximas aulas. Grandezas elétricas de um circuito Pergunta Você deve estar imaginando o que é uma grandeza elétrica, não é mesmo? Então, vamos lembrar algumas grandezas físicas. Volume = Litro Massa = Grama Comprimento = Metro Estas são unidades de medidas que utilizamos no nosso cotidiano que chama- mos de grandezas físicas. Portanto, uma grandeza é tudo aquilo que pode ser medido. Assim, como estas grandezas são utilizadas no dia a dia, um eletricista também deve utilizar as grandezas elétricas, medindo e comparando os seus valores. 36 Veja a representação gráfica do circuito elétrico: Força eletromotriz (bateria) + - Condutor (fio) Corrente elétrica Carga (lâmpada) Controle (chave) Figura 17 - Circuito elétrico elementar Fonte: SENAI (2009, p. 23) Conheça as grandezas da fonte geradora, corrente elétrica e da resistência elé- trica. Fonte geradora A fonte geradora produz uma força eletromotriz (f.e.m.). Essa energia movimen- ta os elétrons de um extremo ao outro do material, mantendo o desequilíbrio elétrico dos átomos do material. Isso ocorre nas baterias e geradores de eletri- cidade. Veja! Figura 18 - Deslocamento de eletros provocado por uma força eletromotriz Fonte: SENAI (1980, p. 11) Eletricista Instalador Predial 37Unidade 1 O desequilíbrio elétrico é uma grandeza elétrica que está presente nos terminais dos geradores, chamada diferença de potencial (d.d.p.) ou tensão elétrica, e seu símbolo é a letra E. Então: Grandeza Diferença de potencial Símbolo E V Unidade Figura 19 - Diferença de Potencial Confira o exemplo: E = 5V + - Figura 20 - A d.d.p. ou tensão fornecida pelo gerador é de 5 Volts Corrente elétrica Quando a lâmpada é acessa no circuito haverá um movimento ou um fluxo de elétrons de um extremo ao outro do condutor metálico. Seu símbolo e a letra I (Intensidade de corrente ele elétrica). Figura 21 - Movimento de elétrons em um condutor Fonte: SENAI (1980, p. 11) 38 O sentido da corrente elétrica pode ser: convencional ou real. Figura 22 - Sentidos da corrente elétrica Fonte: Valkenburgh. Van & Nooger & Neville, INC. (1982) Ao movimento ordenado de cargas elétricas num condutor, denominamos de corrente elétrica. Grandeza Corrente Elétrica Símbolo I A Unidade Figura 23 - Corrente Elétrica Exemplo: Figura 24 - A Intensidade de corrente elétrica que passa pela lâmpada é de 5 Coulomb por segundo ou, simplesmente, 5 Ampères. Eletricista Instalador Predial 39Unidade 1 Resistência elétrica Vamos adiante? Os exemplos anteriores se referem à corrente elétrica circulante pelos materiais. Porém, não foi mencionado, sobre a dificuldade que as cargas elétricas têm ao atravessar esses materiais. Figura 25 - Comparativa de resistência elétrica nos materiais Fonte: SENAI (1980, p. 11) A oposição ao movimento dos elétrons no meio condutor deno- minou-se resistência elétrica. Grandeza Resistência Elétrica Símbolo R Ω Unidade Figura 26 - Resistência Elétrica 40 Para ficar mais claro o assunto, veja o exemplo: Figura 27 - A resistência oferecida pela lâmpada à passagem da corrente elétrica é de 1Ω (lê-se 1 Ohm). Múltiplos e submúltiplos das grandezas elétricas Assim como as grandezas físicas, comprimento, massa ou volume, as grandezas elétricas têm também suas unidades maiores ou menores: Veja alguns exemplos: Ampères Para expressar a quantidade de corrente elétrica em ampères (A). I = 3 ampères ou I = 3A Figura 28 - Escala em Ampères Para corrente inferiores, utilizar o miliampère (mA) Para correntes superiores, utilizar o kiloampères (kA) Eletricista Instalador Predial 41Unidade 1 Exemplo: I = 2mA k A I = 0,000002kA I = 6k A A I = 6000 A Volts Para expressar a quantidade de tensão elétrica em Volts (V). Exemplo: E = 3 Volts ou E = 3V Figura 29 - Escala em Volts Para corrente inferiores, utilizar o miliVolts (mV) Para correntes superiores, utilizar o kiloVolts (kV) Exemplo: I = 2mV kV E = 0,000002 kV I = 6kV V E = 6000 V Ohms Para expressar a quantidade de resistência elétrica em Ohms (Ω) 42 Exemplo: R = 3 Ohms ou R = 3Ω Figura 30 - Escala em Ohms Para corrente inferiores, utilizar o miliOhm (MΩ) Para correntes superiores utilizar o kiloOhm (kΩ) Exemplo: I = 2mΩ kΩ R = 0, 000002kΩ I = 6kΩ Ω R = 6000 Ω Eletricista Instalador Predial 43Unidade 1 Relembrando: Conceituar as principais grandezas elétricas, a corrente elétrica, resistência elétrica e a diferença de potencial, foi assunto desta aula. Aprendeu também que, como são grandezas, podem ser mensuradas, e que cada grandeza tem sua forma de representação e suas unidades padrão, bem como, suas correspondências menores e maiores. Conforme você observa no quadro a seguir Quadro 03 Grandezas elétricas (tensão, corrente e resistência) Grandeza Símbolo Unidade Submúltiplos Múltiplos Diferença de potencial E V - Volts uV - mV kV - MV Corrente elétrica I A - Ampéres uA - mA kA - MA Resistência Elétrica R Ω -Ohm uΩ - mΩ kΩ - MΩ Siga em frente, pois a próxima aula traz para você Lei de Ohm, um assun- to imprescindível para continuidade de seu aprendizado em eletricidade. Colocando em Prática Chegou o momento de colocar em prática os conhecimentos apreendi- dos. No final desta unidade realize algumas atividades que preparamos para você. Faça desse momento uma construção significativa do apren- dizado. 44 Aula 6: Leis de Ohm Ao final desta unidade você estará apto a: � Conhecer e compreender as Leis de Ohm; � Aplicar as Leis de Ohm nos circuitos elétricos. Pergunta Você lembra o que estudou na aula anterior? Você viu as principais grandezas presentes no circuito elétrico. A diferença de potencial (d.d.p. ou tensão), corrente elétrica e resistência elétrica. Agora, um novo assunto é apresentado a você: Lei de Ohm. Essa lei será impor- tante para você calcular a tensão elétrica, a resistência elétrica ecorrente elétri- ca sem uso de instrumentos de medição. E assim, resolver situações problemas no seu dia a dia. Lei de Ohm Observe o circuito a seguir: Figura 31 - Circuito elétrico elementar Fonte: SENAI (2009, p. 26). Eletricista Instalador Predial 45Unidade 1 É neste circuito elétrico elementar que você compreenderá a aplicação das Leis de Ohm. No início do século XIX, o físico e matemático alemão George Simon Ohm de- senvolveu as teorias conhecidas como Leis de Ohm. Foi entre as três grandezas elétricas que você já conhece (R, E e I), que Ohm estabeleceu uma relação para os circuitos elétricos. R= Resistência elétrica em ohm (Ω) E= Tensão elétrica em volts (V) I= Corrente elétrica em ampères (A) E para facilitar ainda mais, observe as três letras dentro do triângulo, chamadas de triângulo mágico: E R I Figura 32 - Relação Fundamental de Ohm Esta é a relação fundamental de Ohm. Quadro 04 - Intensidade E R I = E R “A intensidade de corrente elétrica é diretamente proporcional a tensão e inversamente proporcional a resistên- cia.” REI 46 Quadro 05 - Tensão Elétrica E R I E = R x I Desta relação fundamental George Simon Ohm também deduziu outra duas relações: A tensão elétrica é diretamente proporcional a corrente e resistência elétrica. Quadro 06 - Resistência E R I R = E I A resistência é diretamente propor- cional a tensão e inversamente pro- porcional a corrente. Aplicações da Lei de Ohm no circuito elétrico elementar Dica Que tal, agora, você aplicar a Lei de Ohm no circuito elétrico elementar? Se você conhecer o valor de tensão e a resistência empregada no circuito ele- mentar apresentado na figura a seguir, você terá o valor da corrente. Veja! A corrente elétrica (I) no triângulo do REI está oculta. Então: Eletricista Instalador Predial 47Unidade 1 E R vv I = E R Logo: I = 12 = 1,2 A 10 Conhecendo o valor de tensão e da corrente que passa no circuito elementar, conforme a figura a seguir, você terá o valor da resistência. 48 E E I Veja! Ocultando a grandeza Resistência Elétrica (R) desconhecida, temos: R = E I Logo: R = 12 = 10 Ω 1,2 Agora, conhecendo o valor da corrente que passa no circuito e o valor da resis- tência empregada, você terá o valor da tensão elétrica (E). Eletricista Instalador Predial 49Unidade 1 E R I Veja! Ocultando a grandeza Tensão Elétrica, temos: E = R x I Logo: E = 10 x 1,2 = 12 V Relembrando Nesta aula, você aprendeu como aplicar a Lei de Ohm num circuito ele- mentar. Conhecendo a analogia do triângulo mágico, foi mais fácil você desenvol- ver as três relações desta Lei. Confira! E R I I = E R E = R x I R = E I Na próxima aula, você terá a oportunidade de conhecer os materiais con- dutores e materiais isolantes aplicados na eletricidade. Vamos em frente? 50 Colocando em prática Chegou o momento de colocar em prática os conhecimentos apreendi- dos. No final desta unidade realize algumas atividades que preparamos para você. Faça desse momento uma construção significativa do apren- dizado. Aula 7: Condutores e isolantes Ao final desta aula você estará apto a: � Reconhecer os materiais condutores de eletricidade; � Reconhecer os materiais isolantes; � Conhecer as aplicações dos materiais condutores e isolantes. Aplicar as Leis de Ohm nos circuitos elétricos elementares foi assunto estudado na aula anterior, certo? Agora, você conhecerá os materiais que permitem, ou não, o fluxo desses elétrons. São chamados de matérias condutores e isolantes de eletricidade. São importantes por serem materiais que se aplicam nas instalações elétricas prediais. Condutores Pergunta Você sabe o que são condutores? Eletricista Instalador Predial 51Unidade 1 São materiais que possuem grande quantidade de elétrons livres, devido à sua estrutura atômica. Materiais como prata cobre, ouro e alumínios são considerados bons condutores de eletricidade. Pelo fato dos elétrons das últimas camadas dos materiais condutores estarem pouco presos aos núcleos dos seus átomos, os elétrons ficam mais fáceis de serem retirados. Figura 33 - Elétrons livres em um bom condutor Fonte: SENAI (1980, p. 11) Isolantes São materiais que possuem pequena quantidade de elétrons livres, devido a sua estrutura atômica. Materiais como: vidro, plástico, borracha, e baquelita são consi- derados isolantes de eletricidade. 52 Pelo fato dos elétrons estarem muito presos aos núcleos dos seus átomos, os elétrons ficam difíceis de serem retirados. Figura 34 - Elétrons livres em um bom condutor Fonte: SENAI (1980, p. 11) Aplicações dos condutores e isolantes Veja onde você pode aplicar estes materiais nas instalações elétricas: Figura 35 - Isolante nas ferramentas para proteger contra choque elétrico, nos eletrodomésticos e outros. Eletricista Instalador Predial 53Unidade 1 Figura 36 - Componentes elétricos (conjunto condutor +isolante) Figura 37 - 1 Condutor sólido de cobre – aplicado principalmente nas instalações elétricas prediais para conduzir a eletricidade aos seus consumidores. 2 - Isolante composto termoplástico de PVC – aplicado para isolar os condutores entre si. Relembrando Os materiais condutores são aqueles que possuem grande quantidade de elétrons livres, e por serem bons condutores de eletricidade, eles são utili- zados nas instalações elétricas prediais. Ex: fio de cobre, fio de alumínio e outros. Os isolantes são materiais que possuem pequenas quantidades de elé- trons livres por serem maus condutores de eletricidade, são usados para isolar os fios, ferramentas e componentes elétricos de contatos acidentais, os quais podem causar um choque elétrico. Os tipos de circuito elétricos que você pode utilizar em eletricidade será o assunto a seguir. Aproveite para fazer ótimas descobertas. 54 Colocando em prática Chegou o momento de colocar em prática os conhecimentos apreendi- dos. No final desta unidade realize algumas atividades que preparamos para você. Faça desse momento uma construção significativa do apren- dizado. Aula 8: Tipos de circuitos elétricos Ao final desta aula você estará apto a: � Conhecer as principais características elétricas do circuito série, paralelo e misto; � Conhecer os principais símbolos gráficos de componentes aplicados aos circuitos, elétricos. Você estudou na aula anterior o que é e quais são os condutores e isolantes elétricos, bem como suas aplicações. Você lembra que na aula 4 foi apresentado a você um circuito elétrico elementar? Agora, você conhecerá outros tipos de circuitos elétricos, isso complementará os seus conhecimentos sobre circuitos. Eletricista Instalador Predial 55Unidade 1 Tipos de circuitos elétricos Você é convidado a analisar outros tipos de circuitos elétricos, que também po- dem ser montados com vários tipos de aparelhos consumidores, de diferentes formas. Para entender o nosso circuito, vamos observar uma analogia! Figura 38 - Analogia ao circuito elétrico série. Veja que a água só terá um único caminho a percorrer ao sair do reservatório. Ela sai de uma casa chega até à casa seguinte. Se por algum motivo a água for interrompida na casa 2, a casa 3 ficará sem o abastecimento de água pelo reservatório. Caso seja interrompido na casa 1, a casa 2 e 3 também ficarão sem água. Um circuito elétrico também pode ser montado desta mesma forma. A este tipo de circuito, damos o nome de circuito elétrico em série. 56 Pergunta Vamos conhecer melhor esse circuito? Circuito elétrico em série Como você pode perceber, a corrente só tem um caminho para circular: Figura 39 - Circuito elétrico série Fonte: SENAI (1980, p. 06) Acompanhe as características do circuito em série: � Se uma lâmpada está queimada ou é retirada da série, acorrente tem o seu caminho interrompido; � A saída de um componente é ligada na entrada do outro; � Caso o interruptor seja desligado todas as lâmpadas se apagarão. Reflita Seria viável uma instalação elétrica predial com este tipo de circuito? Eletricista Instalador Predial 57Unidade 1 Se você respondeu que não, está totalmente certo. O circuito elétrico do tipo série se restringe a pequenas aplicações como um circuito de uma pequena árvore de natal por exemplo. Para entender o segundo circuito elétrico, você pode fazer a mesma analogia, porém, mudar a forma de ligação da tubulação. Veja! Figura 40 - Analogia ao circuito elétrico paralelo. Observe que a água, agora, não terá mais um único caminho para percorrer. Ao sair do reservatório, ela entra nas casas por tubulações distintas. Se, por algum motivo, a água for interrompida na casa 2, a casa 1 e a casa 3 não ficarão sem o abastecimento de água pelo reservatório. O mesmo acontece se for interrompi- do na casa 2 ou na casa 3, as demais também não ficarão sem água. Um circuito elétrico também pode ser montado desta mesma forma. A este tipo de circuito, damos o nome de circuito elétrico paralelo. 58 Veja: Circuito elétrico paralelo Como você percebe a corrente agora tem três caminhos para circular: Figura 41 - Circuito elétrico paralelo Fonte: SENAI (1980, p. 09) Confira as características do circuito paralelo: � O circuito paralelo tem vários caminhos para corrente circular; � Os consumidores podem ser manobrados independentemente; � Cada consumidor tem seu próprio caminho. Reflita Seria viável uma instalação elétrica predial com este tipo de circuito? Se você respondeu que sim, sua resposta esta totalmente certa. Pois, numa instalação elétrica predial, os seus elementos devem funcionar de forma inde- pendente. O circuito elétrico do tipo paralelo se aplica a todas as instalações elétricas prediais e industriais. Eletricista Instalador Predial 59Unidade 1 Agora que você já conhece o circuito série e paralelo, é hora de fazer a com- binação dos dois circuitos. Está combinação dos circuitos série e paralelo recebe o nome de circuito elétri- co misto. Confira. Circuito elétrico misto O circuito elétrico misto apresenta parte de seus aparelhos consumidores liga- dos em série e parte ligados em paralelo. Figura 42 - Circuito elétrico série Fonte: SENAI (1980, p. 11) Pergunta Quer saber quais são suas características? O circuito misto deve ser analisado por partes: � A parte série segue as características do circuito série; � A parte paralela segue as características do circuito paralelo. 60 Reflita Seria viável uma instalação elétrica predial com este tipo de circuito? Se você respondeu que não, sua resposta esta totalmente certa. Por ser, o cir- cuito elétrico, misto a combinação dos dois outros circuitos, os seus elementos em série deixam os aparelhos consumidores do circuito elétrico mistos também dependentes. O circuito elétrico do tipo misto também se restringe a pequenas aplicações, como um circuito de uma pequena árvore de natal, por exemplo. Representações por símbolos gráficos Na realidade, quando os circuitos elétricos são representados em forma de de- senho, na medida em que são acrescentados mais componentes, torna-se mais difícil representá-los. A partir de agora, você deverá conhecer algumas das representações gráficas utilizadas para leitura e interpretação dos circuitos elétricos. Quadro 07 - Simbologia gráfica dos componentes de um circuito elétrico Fonte geradora Pilhas Baterias Condutor Fios Cabos Ponto de Ligação Permanente Não permanente Eletricista Instalador Predial 61Unidade 1 Dispositivo de Manobra Aberto Fechado Aparelho Consumidor Lâmpada Fonte: SENAI (1980, p. 03) Relembrando Nesta aula, você teve a oportunidade de aprender que, em um circuito elétrico em série, a corrente tem um só caminho para circular. Por isso, torna-se inviável sua utilização em instalações prediais. No circuito elétrico paralelo, a corrente elétrica circula por vários caminhos, o que torna viável sua em instalações elé- tricas prediais. E, por último, você viu que o circuito elétrico misto possui a características dos circuitos - em série e em paralelo -, não sendo viável sua utilização em instalações prediais. Para a próxima aula, reúna dedicação e disciplina, para que os seus objetivos de aprendizagem sejam alcançados. 62 Colocando em prática Chegou o momento de colocar em prática os conhecimentos apreendi- dos. No final desta unidade realize algumas atividades que preparamos para você. Faça desse momento uma construção significativa do apren- dizado. Aula 9: Aplicação da Lei de Ohm aos circuitos elétricos Ao final desta aula você estará apto a: � Aplicar a Lei de Ohm nos circuitos série, paralelo e misto; � Calcular a corrente tensão e resistência elétrica. Dando continuidade aos seus estudos neste próximo desafio, você aplicará as Leis de Ohm e Kirchhoff nos circuitos série paralelo e misto. Esta aula lhe dará conhecimento para analisar um circuito de uma instalação elétrica como: circui- tos de iluminação, tomadas e outros. Aplicação das Leis de Ohm e Kirchhoff no circuito série É importante que você conheça as características do circuito série: 1 Nos circuitos série, a corrente sempre será a mesma em todo o percurso do circuito; Eletricista Instalador Predial 63Unidade 1 2 A tensão elétrica da fonte se divide, proporcionalmente, pelas suas cargas; 3 A resistência total do circuito será sempre maior que a maior resistência do circuito. Figura 43 - Circuito elétrico série (com três cargas associadas) Fonte: SENAI (1980, p. 36) Então, acompanhe um passo a passo para calcular o valor da corrente: Exemplo 1: 1º: Calcular a resistência total do circuito: Veja: RT = R1 + R2 +R3 RT = 10 +5 +15 RT = 30Ω RT= R1+ R2+R3...+Rn É a equação geral para o cálculo da resistência total para os circuitos série. 2º: Calcular a corrente total do circuito: Dados: E = 15V; RT = 30Ω; Logo: IT = E IT = 15 I = 0,5A R 30 64 Quer outro exemplo? Então vamos lá! Exemplo 2: Aplicar a Lei de Ohm em um circuito série, o qual não se sabe qual a ten- são elétrica que a fonte nos fornece: Figura 44 - circuito elétrico série (calculando a tensão total) Fonte: SENAI (1980, p. 36) Acompanhe novamente o passo a passo para calcular o valor da tensão da fonte: 1º: Calcular o valor da resistência total: RT = R1 + R2 +R3 RT = 10 +5 +15 RT = 30Ω 2º: calcular o valor da corrente total. Dados: E = 15V RT = 30Ω Logo: IT = E IT = 15 I = 0,5A R 30 3º: Calcular o valor da tensão Dados: RT = 30 Ω IT = 0,5 A Logo: E = R x I E = 30x0,5 E = 15V Eletricista Instalador Predial 65Unidade 1 Para reforçar ainda mais seus conhecimentos, confira mais um exemplo: Exemplo 3 Um dos valores de resistência é desconhecido. Também existe uma queda de tensão provocada pelo resistor R1, R2 e R3, que chamaremos de v1, v2 e v3. Figura 45 - circuito elétrico série (calculando a tensão parcial de cada carga) Fonte: SENAI (1980, p. 37) Pergunta Mas, o que é essa “Queda de Tensão”? Você já deve ter vivenciado a seguinte situação: Uma lâmpada está ligada a uma rede elétrica 110 Volts. Se ao mesmo tempo ligarmos um chuveiro elétrico, também de 110 Volts que está instalado na mes- ma rede... Pergunta O que acontecerá? 66 Se você observar, a lâmpada sofrerá uma queda na sua luminosidade. Isso ocorre porque houve uma queda de tensão, provocada pelo chuveiro elétrico. Ao ser ligado, este exige maior corrente elétrica da rede, conseqüentemente há maior queda de tensão. Coisa semelhante ocorre com a corrente de água encanada. Observe a figura a seguir: Figura 46 - Analogia de queda de tensão na rede elétrica Fonte: SENAI (1980, p. 38) Você já deve ter observado quando uma torneira está aberta, a pressão do jatodiminui se alguém abre uma outra torneira na mesma rede. Abrindo a torneira 2, aumentou-se a vazão no condutor, fazendo cair a pressão na torneira 1. Em uma rede elétrica, o comportamento de perda de pressão ocorre de manei- ra semelhante. Agora, você tem o passo a passo para calcular o valor da resistência R3 e as quedas de tensão v1, v2 e v3. Vamos retomar o exemplo: Eletricista Instalador Predial 67Unidade 1 1º passo: Calcular a queda de tensão na resistência R1; Dados: I = 0,5 A; R1 = 10Ω Logo v1 = R1 x I v1 = 10 x 0,5 v1 = 5V 2º passo: calcular a queda de tensão em R2; Dados: I = 0,5A; R2 = 5Ω Logo: v2 = R2 x I v2 = 5 x 0,5 v2 = 2,5V 3º passo: calcular a resistência R3 e a queda de tensão na resistência R3; Dados: I = 0,5 A; E = 15V Logo: v3 = R3 x I R3 = v3 I Atenção Neste caso, você não pode calcular só pela Lei de Ohm, pois, não temos os valores de v3 e R3.Você precisa conhecer uma nova lei chamada Segunda Lei de Kirchhoff para complementar nossos cálculos. Segundo a teoria de Gustav Kirchhoff, a Lei para quedas de tensão, afirma que: A soma de todas as quedas de tensão em um circuito série é igual ao total da tensão fornecida por uma fonte geradora Et = v1 + v2 +v3...vN. Logo, pela Lei de Kirchhoff: ( ET = v1 + v2 +v3 ) Logo: ET= v1 + v2 +v3 15 = 5 + 2,5 +v3 15 - 5 - 2,5 = v3 v3 = 7,5V Agora sim, você conclui o 3º passo: 68 R3 = v3 I R3 = 7,5 0,5 Logo: R3 = 15Ω Relembrando Para trabalhar com circuito série você precisa saber algumas de suas ca- racterísticas: Nos circuitos em série, a corrente sempre será a mesma em todo o per- curso do circuito; A tensão elétrica da fonte se divide, proporcionalmente, pelas suas cargas; A resistência total do circuito será sempre maior que a maior resistência do circuito. A queda de tensão pode ser representada por v = r.i (devido ao fato do condutor oferecer resistência à passagem da corrente elétrica). Você conheceu uma nova teoria: a ASegunda Lei de Kirchhoff (A soma de todas as quedas de tensão em um circuito série é igual ao total da tensão fornecida por uma fonte geradora Et = v1 + v2 +v3...vN. l Podemos seguir adiante? Os caminhos a percorrer estão cheios de surpre- sas! Aplicação das Leis de Ohm e Kirchhoff no circuito paralelo Por meio da análise do circuito paralelo, você entenderá melhor como funciona- rão os circuitos das instalações elétricas, pois é exatamente ele que você utiliza- rá para fazer as suas instalações elétricas. Veja os exemplos a seguir: Exemplo 1 Para entender como aplicar a primeira Lei de Ohm no circuito paralelo você precisa saber as características do circuito paralelo: 1 Nos circuitos associados em paralelo, a tensão elétrica sempre será a mesma em todo o percurso do circuito; 2 A corrente elétrica será dividida, proporcionalmente, a cada consumidor; Eletricista Instalador Predial 69Unidade 1 3 A resistência total do circuito será sempre menor que a menor resistência do circuito paralelo. Figura 47 - Circuito elétrico paralelo (com três cargas associadas) Agora você já sabe que, nos circuitos paralelos, a tensão elétrica será a mesma, a corrente se dividirá e a resistência total será sempre menor que a menor resis- tência do circuito. Confira o passo a passo: 1º: Calcular a resistência total (R T) utilizar três possibilidades de equações. NR 1 ..... 2R 1 + 1R 1 = RT 1 Esta é a equação geral para cálculo da resistência total para o circuito paralelo; Particularidades: Circuito paralelo para 2 resistores; 2R 2R +1R ×1R =RT Circuito paralelo para 2 ou mais resistores iguais; N T R R =R v 70 Pergunta Então, vamos aplicar a primeira equação geral? ET = 36V R1 = 12Ω R2 = 10Ω Ω=⇔=⇔=+=+⇔+= 45,5RT 11 60RT 60 11 60 6 60 5 10 1 12 1 2R 1 1R 1 RT 1 Atenção Você deverá relembrar um conceito matemático! Para o caso da soma das frações com denominadores diferentes você deve, an- tes, retirar o mínimo múltiplo comum (m.m.c.) dos denominadores: Veja: m.m.c. de 12,10 2 6 5 2 3 5 3 1 5 5 1 60 2º: Calcular a corrente total. Pois, você já sabe a tensão total e já calculou a re- sistência total do circuito: Eletricista Instalador Predial 71Unidade 1 Dados: ET= 36V; RT = 5,45Ω Logo: A6,6I 45,5 36I R EI TT T T =⇔=⇔ Muito bem! Agora você esta pronto para encarar mais uma desafio. Calcular a tensão elétrica. Exemplo 2 Calcular a tensão elétrica (E) que a fonte geradora fornece. Observe que ela agora é desconhecida. Figura 48 - Circuito elétrico paralelo (Calculando a tensão total) Lembre-se que, para calcular a tensão elétrica (E) você deve utilizar a seguinte expressão: ET= RT X IT. Pergunta Você já aprendeu como calcular a resistência total (RT)? 72 Podemos iniciar o passo a passo? 1º: Calcular a resistência total do circuito paralelo com duas resistências. Dados: R1 = 12Ω, R2 = 10Ω NR 1 ..... 2R 1 + 1R 1 = RT 1 Esta é a equação geral para cálculo da resistência total para o circuito paralelo; Particularidades: Circuito paralelo para 2 resistores; 2R 2R +1R ×1R =RT Circuito paralelo para 2 ou mais resistores iguais; N T R R =R Dica Como no circuito só existe duas resistências, você poderá também calcular a resistência total do circuito paralelo utilizando a segunda expressão. Lembre-se: Como só tem duas resistências, você pode calcular com esta expressão. 21 21 T R+R R×R =R Eletricista Instalador Predial 73Unidade 1 Veja como ficam mais rápidos os cálculos: Agora sim, já é possível calcular a tensão total, pois você já a corrente total já dada no circuito! Veja: 2º: calcular a tensão elétrica (E) fornecida pela fonte. Dados: RT = 5,45 Ω Pergunta O mesmo cálculo foi apresentado de forma diferente, lembra? IT = 6,6 A Logo: V36E6,645,5EIRE TTTTT =⇔×=⇔×= Avançando mais um pouquinho no conhecimento do circuito paralelo, confira um novo exemplo: Exemplo 3 Neste exemplo, você deve calcular os valores da Tensão total (ET) e correntes elétricas (I1) e (I2) de uma das resistências. Observe o circuito e veja as informações que ele oferece: Ω=⇔ + × = + × = 45,5 22 120 1012 1012 RR RR R 21 21 T 74 Figura 49 - Circuito elétrico paralelo (calculando as correntes) Dica No circuito paralelo a tensão é a mesma!! Confira o passo a passo: 1º: Calcular primeiro a tensão total ET. Como o circuito apresentado é paralelo, a tensão sobre os resistores é a mesma da fonte geradora. Se, v1 = 36V então v2 também será de 36v, logo, podemos concluir que a tensão (ET) será 36v. Assim: Se v1=36V=v2 =ET =36V Logo: ET=36V 2º: calcular a corrente elétrica I2. Para isso, utilizar a seguinte equação: Eletricista Instalador Predial 75Unidade 1 Dados: 2 2 2 R V =I Logo: A6,3I 10 36 R V I 2 2 2 2 =⇔⇔= V2 = 36V Você já conhece. R2= 10Ω Você também já conhece. Agora, preste muita atenção que no terceiro e último passo você conhecerá uma nova teoria: a Primeira Lei de Kirchhof. 3º: para calcular a resistência R1 ,utilizar a equação já conhecida 1 1 1 R V =I Atenção Neste caso, você não pode calcular só pela Lei de Ohm, pois não tem os valores R1e I1. Você conhecerá uma nova lei chamada “Primeira Lei de Kirchhoff” para complementar os cálculos. Veja os dados: � Temos V1? sim = 36V � Temos R1 ? não. � Temos I1 ? não. Pergunta Então, como calcular a corrente elétrica I1, se a equação apresenta dois valores desconhecidos? 76 Neste caso, você tem um conceito complementar às deduções de Ohm. Este conceito é primeira lei de Kirchhoff, conhecida como a “Lei dos nós”. Resumida- mente, a lei afirma que: A soma de todas as correntes que chegam a um nó é igual das corrente que saem deste mesmo nó. It = I1 + I2 ...IN Observe novamente o circuito paralelo a seguir: Figura 50 - Circuito elétrico paralelo (calculandoas correntes parciais) Acompanhe a seta que representa a corrente total (IT) do circuito e veja o cami- nho que ela percorre. Ela chega no ponto 1 (nó 1) e se divide proporcionalmente pela duas cargas (re- sistências). Agora como I1 e I2, elas atravessam essas resistências e chegam no ponto2 (nó 2), se encontram e retornam de novo para fonte geradora como a corrente total (IT). Assim permanece, enquanto a fonte geradora estiver forne- cendo diferença de potencial (d.d.p.). página 27 1.9.7 e 1.9.8 Nó, emenda ou derivação Eletricista Instalador Predial 77Unidade 1 Agora você pode retomar ao 3º passo! Neste caso, você poderá utilizar a Primeira Lei de Kirchhoff para auxiliá-lo: V 21T I+I=I Dados: IT= 6,6 (este valor de corrente já se encontra no circuito) I2= 3,6 (informação do primeiro passo) I1 = não temos Logo: A36,36,6IIII 12T1 =⇔=⇔= I1 = 3 A Pergunta Vamos rever alguns tópicos importantes do circuito paralelo? Para trabalhar com o circuito paralelo você precisa conhecer algumas de suas características: � Nos circuitos com cargas em paralelo a tensão elétrica (E), será a mesma em todo o percurso do circuito; � A corrente elétrica (IT) será dividida proporcionalmente a cada consumidor do circuito; � A resistência total do circuito será sempre menor que a menor resistência do circuito paralelo. Aprendeu a calcular a resistência no circuito paralelo utilizando-se da associa- ção de resistores com a equação geral e a equação simplificada 21 21 T R+R R×R =R NR 1 ..... 2R 1 + 1R 1 = RT 1 78 Você conheceu também a 1ª Lei de Kirchhoff, também conhecida como a Lei dos nós I+I=I 1T 2 Muito bem! Conceitos básicos do circuito paralelo relembrados. É hora de con- tinuar o desafio analisando o circuito misto! Aplicação das Leis de Ohm e Kirchhoff no circuito misto Este circuito é uma combinação dos circuitos série e paralelo. Portanto, para você fazer uma análise, deverá levar em consideração as características elétricas de cada pedaço do circuito. No circuito a seguir, temos os resistores R2 e R3 em série e RI em paralelo com a fonte geradora e também com os resistores R2 Figura 51 - Circuito elétrico misto (com três cargas associadas) Fonte: SENAI (1980, p. 16) Para fazer a análise do circuito elétrico misto, acompanhe o passo a passo para calcular os valores desconhecidos do circuito. 1º: calcular a resistência total do circuito. Para isso você precisa dividir o circuito em dois, um paralelo e um em série e calcular separadamente. Você terá que iniciar a análise começando pela a associação de resistências para o circuito misto. Então, voltando ao circuito da figura, você verá que: R2 é resis- tente para os dois circuitos, e a chamaremos de Ra. Veja no circuito da figura 2. Veja como ficou o circuito da figura 2: Figura 52 - Circuito elétrico misto (calculando a resistência total) Fonte: SENAI (1980, p. 16) Observou como deverá ser feito? Você deve aplicar os conceitos apreendidos do circuito série e paralelo, anali- sando o circuito misto por suas partesque esta em série e paralelo para fazer uma nova combinação do circuito, como indica a seta para o circuito da figura a anterior. Eletricista Instalador Predial 79Unidade 1 Você terá que iniciar a análise começando pela a associação de resistências para o circuito misto. Então, voltando ao circuito da figura, você verá que: R2 é resis- tente para os dois circuitos, e a chamaremos de Ra. Veja no circuito da figura 2. Dados para calcular os resistores em série: R2= 8Ω; R3= 2Ω Logo: Ω=+⇔+= 10283R2RRa Veja como ficou o circuito da figura 2: Figura 52 - Circuito elétrico misto (calculando a resistência total) Fonte: SENAI (1980, p. 16) Atenção Observou como deverá ser feito? Você deve aplicar os conceitos apreendidos do circuito série e paralelo, anali- sando o circuito misto por suas partesque esta em série e paralelo para fazer uma nova combinação do circuito, como indica a seta para o circuito da figura a anterior. 80 Dados: Ra = Ra = Ω10 ; R1= 10Ω; Observe que, no circuito da figura, R1 e Ra estão em paralelo. Agora você pode calcular RT pela equação simplificada. Ω=⇔⇔ + × = 5R 20 100 10 10 10 10R TT Ra Ra +R ×R =R 1 1 T Confira mais uma etapa dos cálculos: 2º: Calcular a tensão total (ET) do circuito; Dados: RT = 5Ω IT = 10 A Logo: 50R105IRE TTTT =⇔×⇔×= V 3º: Calcular a corrente (I1) do circuito; Dados: ET = 50V; R1 = 10V Logo: A5I 10 50 R E I 1 1 T 1 =⇔== Eletricista Instalador Predial 81Unidade 1 Figura 53 - Circuito elétrico paralelo equivalente (calculando os valores de tensão corrente e resistência total) Fonte: SENAI (1980, p. 17) 4º Passo: Calcular a corrente elétrica (I2) do circuito; Dados: IT = 10 A já foi dada no circuito. I1 = 5 A já calculada no 3º passo. Logo: 5I510IIII 221T2 =⇔=⇔= Você venceu mais esta etapa. Este é o circuito que equivale ao circuito misto que você acabou de analisar. 82 Figura 54 - Circuito elétrico equivalente da associação (calculando os valores de tensão corrente e resistência total) Fonte: SENAI (1980, p. 17) Pergunta Como ficou? � A tensão total (ET) do circuito é de 50V; � A Corrente total (IT) que circulará no circuito é de 10 A e; � A resistência total (RT) do circuito é de 5Ω. Eletricista Instalador Predial 83Unidade 1 Relembrando Para fechar esta aula, é muito importante relembrar alguns conceitos. O quadro resumo a seguir demonstra os principais tópicos: Quadro 08 – Resumo dos conceitos circuitos (série, paralelo e misto) Circuito série Calcular Equação Importante Resistência total (RT) Circuito em série RT = R1 + R2 +R3 A resistência total é sem- pre a soma das resistências circuitos em série Corrente total IT R E =IT A corrente sempre será a mesma em todo o percurso do circuito Queda de tensão v= i x r Et = v1 + v2 +v3...+vn. A tensão elétrica sempre se divide, havendo queda de tensão em cada resistência do circuito Segunda Lei de Kirchhoff: a soma de todas as quedas de tensão em um circuito série é igual fonte geradora Circuito paralelo Resistência total (RT) Circuito paralelo 2R 1 + 1R 1 = RT 1 21 21 T R+R R×R =R A resistência total será sem- pre menor que a resistência que estiver presente no circuito. 84 Corrente total IT IT= I1 +I+I3...+In A corrente sempre será dividida, proporcionalmen- te, a cada consumidor do circuito. Primeira Lei de Kirchhoff: a soma de todas as correntes em um circuito paralelo é igual ao total da corrente fornecida por uma fonte geradora . Tensão elétrica (E) ET= RT X IT Num circuito, paralelo a tensão sempre é a mesma Circuito Misto Lembre-se! No circuito misto você deverá seguir os mesmos critérios seguidos no circuito série e no circuito paralelo. Contudo, você deverá analisar o circuito em partes. As cargas em série, você deverá seguir as características do circuito serie, e aquelas que estiverem em paralelo, seguir as características do circuito paralelo. Colocando em Prática Chegou o momento de colocar em prática os conhecimentos apreendi- dos. No final desta unidade realize algumas atividades que preparamos para você. Faça desse momento uma construção significativa do apren- dizado. Eletricista Instalador Predial 85Unidade 1 Aula 10: Resistividade das matérias Ao final desta unidade você estará apto a: � Compreender a influência da resistividade ao planejar os circuitos das insta- lações elétricas; � Reconhecer os fatores que influenciam na resistência dos materiais empre- gados nas instalações elétricas; � Reconhecer a resistência específica de cada material e constatar sua influên- cia nas redes elétricas; � Aplicar a Lei de Ohm para constatar que o valor de resistência de cada ma- terial é diferente e depende de vários fatores. Pergunta Antes de iniciaro seu estudo, vamos relembrar o que foi estudado na aula anterior? � Aplicação das deduções de Ohm para os circuitos série, paralelo e misto; � Cálculo dos valores de tensão, corrente e resistência nos circuitos associa- dos; � Conhecimento das definições da primeira e segunda Lei de Kirchhoff e suas aplicações nos circuitos série, paralelo e misto; Resistividade dos materiais será o assunto desta aula. Conheça os fatores que influenciarão na resistência de alguns materiais condutores empregados nas instalações elétricas, como o cobre e o alumínio. Veja a importância destes fato- res na escolha e dimensionamento correto das bitolas dos condutores. 86 Resistividade dos materiais Quando falamos em resistividade, estamos falando da oposição ou resistência de um material à resistividade. Mais facilmente, o material permitirá a passagem de uma carga elétrica. Fatores que influenciam na resistência dos materiais O comprimento do material tem uma influência direta na queda de tensão da instalação elétrica. Porém, é necessário saber que a resistência de um condutor depende, também, de outros fatores. Os valores de resistência elétrica variam de acordo com quatro fatores que são: Figura 55 - Fatores que influenciam diretamente na resistência dos materiais Fonte: SENAI (1980, p. 12) Pergunta Vamos analisar cada um deles? Natureza dos materiais A diferença nos valores de resistência e condutibilidade oferecidos pelos dife- rentes materiais está relacionada ao fato de que cada material tem um tipo de constituição atômica diferente. Observe a figura a seguir. Eletricista Instalador Predial 87Unidade 1 Figura 56 - Fatores que influenciam diretamente na resistência dos materiais Fonte: SENAI (1980, p. 12) Figura 57 - Fatores que influenciam diretamente na resistência dos materiais Fonte: SENAI (1980, p. 12) Comprimento do Material Lembre-se! Este é um fator que você também não pode deixar de levar em con- sideração quando for planejar um circuito elétrico em uma instalação. Porque, quanto maior for o comprimento dos fios deste circuito, maior será a resistência dos mesmos, provocando maior queda de tensão e perda de energia. Observe a figura a seguir: Outros materiais dificilmente liberam seus elétrons da última camada de seus átomos, por isso resistores ou isolantes. Alguns materiais liberam facil- mente seus elétrons da última camada de seus átomos, por isso são condutores. 88 Figura 58 - Fatores que influenciam diretamente na resistência dos materiais Fonte: SENAI (1980, p. 23) Seção Transversal do Material A seção transversal do condutor é a bitola do fio ou cabo utilizado nas instala- ções elétricas. Quanto maior for à bitola de um condutor, menor será sua resis- tência elétrica. Por este motivo, é muito importante que você, eletricista, saiba qual a bitola do condutor será utilizada nos circuitos elétricos. Veja: Figura 59 - Fatores que influenciam diretamente na resistência dos materiais Fonte: SENAI (1980, p. 23) Temperatura Como os outros fatores, a temperatura também deve ser observada com bas- tante atenção pelo eletricista. Se fios de uma instalação elétrica estiverem aque- cendo muito, é sinal de que alguma coisa de errado está ocorrendo. Veja o exemplo: Eletricista Instalador Predial 89Unidade 1 Tabela 01 - Temperatura x Resistência Temperatura Resistência 20ºC 1,5Ω 40ºC Maior que 1,5Ω Isso significa que temperatura e resistência são duas grandezas diretamente proporcionais. Se aumentarmos a temperatura aumentamos também a resistên- cia. Todo cuidado e pouco com o aumento de temperatura nos fios da instala- ção elétrica. <inserir ilustra 1.10.6> Figura 60 - Alguns exemplos de sobrecargas nos componentes gerados por excesso de temperatura Fios e cabos compridos demais ou muito finos, emendas ou conexões elétricas mal fei- tas, excesso de cargas nas tomadas, podem também provocar aumento de temperatura nas instalações. 90 Pergunta Você se sente seguro para enfrentar um problema mais complexo na eletricidade? Veja a seguinte instalação elétrica: Figura 61 - Fatores que influenciam diretamente na resistência dos materiais Fonte: SENAI (1980, p. 24) Uma torneira elétrica de 110V e 30A está instalada a 25 metros da sua fonte de energia. A pergunta é: qual a bitola (diâmetro) do condutor de cobre que deverá ser usada para que uma queda de tensão não ultrapasse os 4%? Para resolver este problema, faça uso da primeira e segunda Leis de Ohm. Tam- bém conhecida como resistividade (resistência especifica). Veja: S L×ρ =R Eletricista Instalador Predial 91Unidade 1 Onde: � R = resistência em ohm (Ω) � ρ = resistência especifica em (Ω.m) � L = comprimento condutor em (m) � S = área de seção transversal em (mm2) A resistividade é a resistência especifica de cada material. Para que isso fosse possível de determinar, uma tabela foi criada. Resistência específica é a resis- tência oferecida por um material de 1 metro de comprimento e 1mm2 de seção transversal, e es- tando na temperatura de 20ºC. Confira a tabela de resistividade: Tabela 02 – Tabela de resistividade MATERIAL RESISTIVIDA- DE Prata 0,016Ω Cobre 0,017Ω Alumínio 0,030Ω Tungstênio 0,050Ω Constantan 0,500Ω Níquel-cromo 1,000Ω Fonte: SENAI (1980, p. 23) Retome o exemplo da instalação da torneira! Representação esquemática da instalação elétrica da torneira 92 Figura 62 - Circuito elétrico equivalente torneira elétrica Fonte: SENAI (1980, p. 23) Dados da instalação: I = 20 A ET = 110V L= 25 m ρ = 0,017Ω.mm2 A queda de tensão foi de: ET= 110 -80 = 30V Com este valor de queda de tensão, você poderá agora, calcular qual foi a resis- tência oferecida pelos os fios da instalação. Veja como: I E =R pela primeira Lei de Ohm Então: 20 30R I ER =⇔= Logo, a resistência dos condutores será: R= 1,5Ω Se você quiser saber qual queda de tensão deverá ter a instalação de sua tor- neira, você deve consultar a norma de instalações elétricas: NBR 5410 de 2004. Essa norma, você estudará mais adiante. Então, vamos adotar o permitido pela norma que é , no máximo de 4%. Observe que a máxima queda de tensão admitida no circuito da torneira elétri- ca é de 4% ou 4,4v. Podemos facilmente fazer uma regrinha de três simples. Eletricista Instalador Predial 93Unidade 1 Assim: 110 100% X 4% Logo: X = 4,4v Então: Ω=⇔= 22,0R 20 4,4R é a resistência máxima oferecida pelos condutores. Ou seja, o circuito da torneira deveria ter no máximo 0,22Ω e não 1,5Ω como ocorre com a queda de tensão proporcionada pela resistência dos condutores da instalação da torneira. Atenção Como o circuito da instalação da torneira é constituído por dois condutores, você deve dividir a resistência por dois, para saber a resistência de cada parte do condutor. Logo: Ω11,0= 2 22,0 =R então cada condutor deverá ter 0,11Ω Conhecendo todos os dados da instalação, você pode calcular a seção trans- versal ou bitola do fio com a 2ª Lei de Ohm S L×ρ =R 94 Dados: R = 0,11Ω ρ= 0,017 (como o condutor é de cobre, a sua resistividade é de 0,017Ω mm2,conforme mostra a tabela de resistividade dos materiais L = 25 m (comprimento do circuito da torneira) S = é bitola do condutor que deveremos saber Fazemos uma pequena transformação na equação de Ohm, veja: S L×ρ =R Logo: S = ρ x L R Então: ⇒ 11,0 425,0S 11,0 25017,0 R LS =⇔×⇔×ρ= S= 3,86mm2 Agora que já está calculada a seção transversal do condutor de cobre da insta- lação da torneira, adote a medida imediatamente superior encontrada comer- cialmente. Neste caso, S= 4mm2. Relembrando Nesta aula, você viu como é importante saber aplicar corretamente os conceitos fundamentais da eletricidade. Você avançou mais uma etapa! Viu quais os principais fatores que influenciam na resistência elétrica dos materiais Aprendeu a aplicar, na prática, a segunda Leide Ohm, conhecida como resistividade. S L×ρ =R Também compreendeu por que o superaquecimento nos condutores deve se evitado; E, por último, como calcular a resistência de um circuito, sabendo seu comprimento e o tipo de material condutor utilizado. Na aula seguinte, o assunto é bastante interessante: potência e energia elétrica. Reúna dedicação e disciplina para seguir em frente! Eletricista Instalador Predial 95Unidade 1 Colocando em Prática Chegou o momento de colocar em prática os conhecimentos apreendi- dos. No final desta unidade realize algumas atividades que preparamos para você. Faça desse momento uma construção significativa do apren- dizado. Aula 11: Energia e potência elétrica Ao final desta unidade você estará apto a: � Reconhecer e compreender potência elétrica como uma grandeza funda- mental na eletricidade; � Conceituar potência e energia elétrica; � Conhecer suas formas de conversão e aplicações nas instalações elétricas. Só para refrescar sua memória: na aula anterior você estudou sobre a influência da resistividade ao planejar os circuitos das instalações elétricas. Também viu quais os fatores que influenciam na resistência dos materiais, que cada material tem uma resistência específica, constatando sua influência nas redes elétricas. A aplicação da Lei de Ohm, para constatar que o valor de resistência de cada material é diferente e depende de vários fatores, foi outro assunto muito impor- tante para seu aprendizado profissional com eletricista predial. A partir de agora, você estudará energia e potência elétrica. Os conhecimentos adquiridos poderão ajudar você a definir o consumo de energia de cada aparelho ou equipamento ligado às instalações elétricas. 96 Você por diversas vezes, você já deve ter visto esta inscrição: kilowatt- hora (kWh) ou Watts (W) nos equipamentos elétricos não é mesmo? Então nesta aula você entenderá por que isso acontece. Energia e potência elétrica Figura 63 - Potência de chuveiro elétrico Quando você acende uma lâmpada, liga a TV ou o chuveiro para tomar um ba- nho, está consumindo energia! O trabalho realizado pelos elétrons ao atravessarem um aparelho consumidor (chuveiros, lâmpadas microondas e outros), representa um custo que virá na conta de energia de cada cliente. Energia, potência e efeito Joule Energia elétrica - É a capacidade de realização de trabalho. Essa energia é transportada pela corrente elétrica, proporcionando o funcionamento dos di- versos equipamentos e aparelhos utilizados pelo homem. Potência elétrica - É a rapidez com que um trabalho é realizado. Vejamos alguns: Eletricista Instalador Predial 97Unidade 1 <inserir ilustra 1.11.2> Trabalho realizado: cinético Trabalho realizado: calor Trabalho realizado: calor e luz e ventilação Figura 64 - Formas de trabalhos realizados por aparelhos elétricos Tanto energia como o trabalho realizado se utilizam da mesma unidade: t T =P Onde: P = Potencia em Watts (W) T= Trabalho em joule ( j) t = Tempo em segundos (s) Efeito Joule - É observado em virtude do aquecimento sofrido pelos conduto- res, quando, por eles, circula uma corrente elétrica. O efeito Joule é mais evidente nos aparelhos elétricos que funcionam com re- sistores. Veja os exemplos: Figura 65 - Trabalho produzido por estes aparelhos e o calor ou efeito Joule Fonte: Theodoro Filho (2007, p. 08) 98 Pergunta Você já parou para observar sua conta de energia? Figura 66 - Fatura de energia da prestadora de serviço local Fonte: Edp/Escelsa (2010) Como a energia elétrica é também uma grandeza elétrica, também pode ser medida: Logo: Quadro 09 - nome do quadro Grandeza Unidade Letra da Unidade Aparelho Energia Elétrica kWH T Medidor de Kilowatt-hora Veja, na figura a seguir, a imagem de um modelo de medidor de Kilowatt hora, aparelho responsável em contar o consumo de energia elétrica, mês a mês. Eletricista Instalador Predial 99Unidade 1 Onde: T= Energia elétrica consumida ou fornecida (kWh) P = Potência elétrica em (W) t = Tempo em horas (h) Figura 67 - Principais componentes de um medidor de energia elétrica. Fonte: SENAI (1980, p. 08) O medidor de Energia integra os va- lores de tensão e corrente e fornece o registro de consumo em kWh. Pergunta Além de poder medi-la, também posso calculá-la? Como: Logo: )kWh( 1000 t×P =T )kWh( 1000 t×I×E =T )W(I×E=P Sim. Veja um exemplo: 100 Qual a quantidade de energia gasta por um chuveiro elétrico de potência elétri- ca de 4200watts, por 4 horas de funcionamento? ⇒ 1000 16800 1000 44200T ⇔×= kWh8,16=T Portanto, um chuveiro elétrico de 4200W, trabalhando na sua potência máxima por quatro horas, consumirá kWh8,16=T de energia elétrica. Dica Se você quiser saber qual o custo do consumo em Reais, você deverá ter em mãos o custo unitário do kWh fornecido pela companhia de energia. Vamos retomar o conceito básico de potência elétrica? Potência elétrica – É a rapidez com que um trabalho é realizado. Como a potência elétrica é também uma grandeza elétrica, também pode ser medida: Logo: Quadro 10 - Nome do Quadro Grandeza Unidade Letra da Unidade Aparelho Potencia elétrica Watt (W) P Wattímetro O Watt é a unidade padrão de potência elétrica. Teremos uma potência elétrica de 1Watt quando circular por um condutor uma corrente elétrica de 1Ampère, sob uma diferença de potencial de 1Volt, realizando um trabalho em 1 segun- do. Logo: segundo Joule1 =W1=P ou W1P11PIEP =⇔×=⇔×= )W(I×E=P Eletricista Instalador Predial 101Unidade 1 Esta é a expressão principal para cálculo de potência elétrica I×E=P E sua unidade principal é o Watt (W). Outras expressões são também empregadas, quando são conhecidos os valores de resistência do circuito. Veja: 2I×.R=P ou R E =P 2 Também dadas em Watt Assim, você poderá utilizar tranquilamente essas outras duas expressões, quan- do for necessário. Muito bem. Você precisa entender como aplicar essas três equações nos circui- tos elétricos. Potência aplicada aos circuitos elétricos No circuito a seguir você não conhece a potência da lâmpada, mas sabe a ten- são e a corrente do circuito. Veja: Figura 68 - Circuito elétrico lâmpada (calculando a potência) Fonte: SENAI DN, 1980,p 35. Temos: ⇒225IEP ×⇔×= W50=P 102 Outra situação: não conhecendo a potência elétrica da lâmpada, mas sabendo a sua resistência elétrica e a corrente do circuito. Veja: Figura 69 - Circuito elétrico lâmpada (calculando a potência) Fonte: SENAI (1980, p. 35) Observe que não temos o valor da tensão E. Então, podemos usar a equação para facilitar nossos cálculos. Temos: Sabemos que I×E=P E = R x I Logo, substituindo o E por R x I podemos concluir que: ( ) ⇔××= IIRP 2I×R=P 4×5,12=2×5,12=P 2 W50=P Agora, acompanhe o exemplo: No circuito, não sabemos o valor da potência elétrica da lâmpada, mas sabemos o valor da sua resistência e da tensão do circuito. Eletricista Instalador Predial 103Unidade 1 Veja: Figura 70 - Principais componentes de um medidor de energia elétrica. Fonte: SENAI (1980, p. 08) I×E=P Lembre: Não tem I Sabemos que I = I = R E ⇒ Logo, substituindo I por I = R E ⇒ podemos concluir que: P= E x ⇔) R E( R E =P 2 ⇒ 5,12 625 = 5,12 25 = R E =P 22 W50=P Logo, podemos concluir que: ( )W R E =P 2 ( )WI×E=P ( )WI×R=P 2 Outras unidades de potência O cavalo vapor (cv) Essa unidade de potência é muito utilizada em equipamentos elétricos, como motores. 104 Se você ler uma dessas placas de identificação e características elétricas de um motor, observará que a sua potência mecânica é expressa em (cv), e também é convertida em kW. Um
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