Projeto integrador 6

Prévia do material em texto

Conteudista: Prof. Esp. Alexandre Leite Nunes
Revisão Textual: Esp. Camila Colombo dos Santos
DESAF IO
ATIVIDADE
R EF ER ÊN CIAS
Material Teórico
Material Complementar
Situação-Problema 1
Situação-Problema 2
Situação-Problema 3
Problema em Foco
Atividade de Entrega
Referências
Projeto Integrador de Competências em Engenharia Elétrica VI.
Olá, estudante!
Vamos iniciar a disciplina abordando os conceitos necessários para que você possa realizar a atividade através das situações-problema mais à frente.
Capacitores
Capacitores são componentes elétricos que armazenam energia por meio do campo elétrico. O funcionamento deles consiste em placas metálicas que
acumulam cargas opostas quando submetidas a uma diferença de potencial. Essas placas são separadas por um material isolante, também conhecido
como dielétrico, que impede o fluxo de corrente entre elas.
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Material Teórico
 Atenção, estudante! Aqui, reforçamos o acesso ao conteúdo online para que você assista à videoaula.
Será muito importante para o entendimento do conteúdo.
Figura 1 – Modelo do capacitor
Figura 2 – Capacitores comerciais 
Fonte: Getty Images
O modelo mais conhecido de capacitor é o de placas paralelas, visto na Figura 1, podendo aparecer em diferentes formatos e ser composto de
diferentes materiais, mas sempre com o mesmo princípio de funcionamento. A quantidade de carga que um capacitor consegue armazenar em função
da diferença de potencial que está sendo exercida sobre suas placas é chamada de Capacitância (C).
Equação 1
Onde:
C = Capacitância;
Q = Carga elétrica em uma das placas;
V = Tensão à qual está submetido o capacitor.
Um circuito composto de fonte de tensão, resistor e capacitor é conhecido como circuito RC, como pode ser observado na Equação seguinte.
Figura 3 – Exemplo de circuito RC
Nesse circuito, o capacitor é carregado pela fonte “VB” quando a chave está na posição A. À medida que as cargas vão se acumulando no capacitor (C), a
tensão sobre ele (VC) aumentará até atingir a tensão de equilíbrio. Nesse momento, VC será igual à VB. Ao mover a chave para a posição B, o capacitor C
se descarrega até que a tensão sobre o capacitor seja novamente igual a zero. Os tempos de carga e descarga do capacitor não são instantâneos, mas
dependem dos valores da resistência e da capacitância existentes. Matematicamente, a tensão varia com o tempo, de acordo com as seguintes
equações.
 Durante a carga do capacitor:
Equação 2
Durante a descarga do capacitor:
Equação 3
Onde:
O valor da capacitância de um capacitor depende de suas características físicas (suas dimensões, distância entre as placas, dielétrico utilizado) e da
permissividade do meio. Admitindo também que o valor da resistência não varia (resistor ôhmico), temos que o produto R.C que aparece nas equações 2
e 3 é um valor constante, muitas vezes simbolizado pela letra grega “tau” Ƭ. A esse produto é dado o nome de constante de tempo de um circuito
capacitivo.
Se substituirmos t = R.C nas equações 2 e 3, descobrimos que essa constante de tempo é o tempo necessário para o capacitor atingir aproximadamente
63% da sua carga total quando carregado a partir do 0, ou para atingir aproximadamente 37% da sua carga, quando descarregado a partir de sua carga
máxima.
Note que o produto R.C pode adquirir qualquer valor, a depender do resistor e do capacitor utilizado. Uma menor constante de tempo significa que o
capacitor descarrega ou carrega mais rapidamente.
Campo Magnético em um Fio Retilíneo
As primícias do magnetismo perderam-se na história, quando se descobriu que um pedaço de óxido de ferro natural, denominado magnetita, elevado
livremente, orientava-se próximo da direção norte-sul. Esse objeto dava origem a uma bússola magnética primitiva. No estudo do campo magnético da
Terra, verifica-se que o polo Sul é o ponto para o qual as linhas de indução convergem. Na Terra, o polo norte magnético encontra-se próximo ao polo
sul geográfico e o polo sul magnético encontra-se próximo ao polo norte geográfico, como ilustrado na Figura 4.
VC = Tensão no capacitor;
VB = Tensão de alimentação do circuito;
e = Número de Neper;
t = Tempo decorrido do início da carga ou da descarga;
R = Resistência do circuito;
C = Capacitância do capacitor.
Figura 4 – Campo magnético da Terra 
Fonte: Pixabay
O magnetismo que vem da Terra atua como uma proteção. As linhas emitidas pelo polo norte magnético, que são direcionadas para o polo sul
magnético, desviam da superfície da Terra partículas emitidas pelos ventos solares. Sem essa proteção, as forças dos ventos poderiam arrastar a
atmosfera para o espaço e, com isso, impossibilitariam a vida neste planeta.
No século XVIII, houve um aumento na quantidade de estudos realizados sobre a eletricidade e suas aplicações. Nesse sentido, a comunidade científica
começou a especular se não haveria uma relação entre a eletricidade e o magnetismo.
Em 1819, o físico dinamarquês Hans Christian Oersted (1777-1851) foi o primeiro cientista a constatar a deflexão sofrida pela agulha de uma bússola
quando colocada nas imediações de um fio percorrido por corrente elétrica. Essa observação teve grande importância, pois comprovou uma relação
entre eletricidade e magnetismo.
Foi observado também que as linhas de campo em torno de um fio longo percorrido por uma corrente elétrica constituem-se de círculos concêntricos
cujo centro é o próprio fio condutor.
As descobertas de Oersted induziram trabalhos de outros grandes cientistas que contribuíram com o estudo das relações entre eletricidade e
magnetismo. Dentre os principais nomes, podem ser citados: Jean Baptiste Biot, Felix Savart, André-Marie Ampère, Joseph Henry, Michael Faraday,
Heinrich Lenz, entre outros.
O experimento de Oersted, no qual uma bússola é utilizada para verificar o campo magnético criado por uma corrente que percorre um condutor
retilíneo, é amplamente reproduzido em laboratório para verificar, de forma experimental, a relação entre eletricidade e magnetismo.
Regra da Mão Direita
A regra de Fleming, ou mais conhecida como “regra da mão direita”, indica o sentido das linhas de campo gerado por uma corrente elétrica, por
exemplo, a corrente que passa em um fio condutor.
Para identificar o sentido das linhas de campo magnético por intermédio da regra da mão direita, deve-se proceder da seguinte forma: alinha-se o
polegar direito com sentido convencional da corrente elétrica “i”, enquanto os demais dedos, ao envolverem o condutor, indicarão o sentido do campo
eletromagnético. Lembre-se de que o sentido convencional da corrente é contrário ao movimento dos elétrons.
Figura 5 – Regra da mão direita 
Fonte: Adaptada de fisica.seed.pr.gov
Em aplicações que envolvem campos magnéticos, são necessárias representações tridimensionais, como a Figura 6. Como nem sempre é possível
apresentar os circuitos dessa forma, para os vetores de campo e as correntes que são perpendiculares às páginas em que são exibidas as imagens, a
simbologia da Figura 6 deve ser utilizada para representar os vetores de campo e as correntes em condutores.
Figura 6 – Representação de correntese vetores perpendiculares 
Fonte: Reprodução
Instalações Elétricas Residenciais
Para que uma instalação elétrica funcione da forma adequada, fornecendo energia elétrica para os dispositivos do ambiente, existe uma série de
cuidados que devem ser tomados. Para garantir a integridade da estrutura física e a segurança de pessoas e animais na instalação, devem ser utilizados
equipamentos de proteção.
Dispositivos de Proteção e Segurança
Os dispositivos de proteção e de segurança devem ser utilizados em instalações elétricas residenciais com o objetivo de proteger e dar segurança para
as pessoas, os animais domésticos e a instalação elétrica, tais como: fiação e equipamentos. Os dispositivos utilizados no experimento serão o disjuntor e
dispositivo Diferencial Residual (DR).
Disjuntores
Os condutores de uma instalação elétrica devem ser protegidospor um ou mais dispositivos de seccionamento automático contra sobrecargas e
curtos-circuitos. Os disjuntores são os dispositivos responsáveis por realizar essa proteção. O disjuntor não deve ser utilizado como dispositivo de liga-
desliga de um circuito elétrico, e sim de proteção. Por norma, todos os condutores vivos devem passar por dispositivos de proteção. O disjuntor tem
vantagem sobre os fusíveis em se tratando da ocorrência de um curto-circuito. No caso de um disjuntor, acontece apenas o desarme e, para religá-lo,
basta acionar a alavanca (depois de verificar/sanar o curto-circuito). Nesse caso, a durabilidade do disjuntor é muito maior. Assim, a utilização dos
disjuntores é muito mais eficiente. O disjuntor possui dois elementos de acionamento ou disparo com características distintas para cada tipo de falha.
Disparador térmico contra sobrecargas: consiste em uma lâmina bimetálica (dois metais de coeficientes de dilatação diferentes), que,
ao ser percorrida por uma corrente acima de sua calibragem, aquece e entorta, acionando o acelerador de disparo que desliga o
disjuntor;
Disparador magnético contra curtos-circuitos: é formado por uma bobina (tubular ou espiralada) intercalada ao circuito, que, ao ser
percorrida por uma corrente de curto-circuito, cria um campo magnético que atrai a armadura, desligando instantaneamente o
disjuntor. Na combinação desses dois disparadores, o disjuntor protege o circuito elétrico contra correntes de alta intensidade e de
curta duração, que são as correntes de curto-circuito (disparador magnético) e contra as correntes de sobrecarga (disparador
térmico).
Dispositivo Diferencial Residual (DR)
O dispositivo DR é responsável por realizar a proteção de pessoas e animais contra choques elétricos provenientes do contato intencional ou acidental
com condutores ou pontos energizados da instalação elétrica. A norma 5.410 da ABNT determina que devem ser utilizados os dispositivos DR de alta
sensibilidade (corrente diferencial residual igual ou inferior a 30 mA) nos seguintes circuitos elétricos de uma residência:
As sensibilidades desses dispositivos podem ser de 30 mA, 300 mA e 500 mA. Os de 30 mA, chamados de alta sensibilidade, são utilizados em
instalações residenciais na proteção. Os dispositivos DR de sensibilidades de 300 mA e 500 mA protegem as instalações contra fugas de correntes
excessivas e incêndios de origem elétrica.
Acionamento de Lâmpadas
Em instalações elétricas, um dos itens mais utilizados é o sistema de iluminação. Os circuitos destinados a esse fim podem utilizar fontes de iluminação
com diferentes princípios de funcionamento. Cada lâmpada possui fluxo luminoso, temperatura de cor e consumo de energia específicos, esses
critérios devem ser levados em conta ao selecionar a fonte de iluminação para um determinado ambiente. Para realizar o acionamento de lâmpadas,
podem ser utilizados diferentes tipos de interruptores, sendo que cada um é adequado para uma determinada aplicação. Os principais tipos de
interruptores são: simples, paralelos, intermediários e dimmer, cada um deles possui uma determinada conexão particular que permite acionar uma ou
mais lâmpadas. Uns tipos proporcionam mais conforto, segurança e economia de energia do que outros.
Interruptor Simples
O interruptor simples possui dois pontos de conexão; ao realizar a instalação elétrica nesses pontos, deve ser fornecida uma tensão compatível com a
lâmpada utilizada. A tensão entre as fases disponibilizadas pela bancada é de 220 volts.
A forma correta de realizar o circuito de acionamento de uma lâmpada pode ser observada a seguir.
Circuitos que servem a pontos situados em locais contendo banheira ou chuveiro;
Circuitos que alimentam tomadas de corrente situadas em áreas externas à edificação;
Circuitos de tomadas situadas em cozinhas, copas-cozinhas, lavanderias, áreas de serviço, garagens e, de forma geral, em todo local
interno/externo molhado em uso normal ou sujeito a lavagens. A proteção dos circuitos por DR pode ser realizada individualmente
ou por grupos de circuitos. As condições gerais de instalação devem obedecer às prescrições descritas a seguir:
Os dispositivos DR devem garantir o seccionamento de todos os condutores vivos do circuito protegido;
O circuito magnético dos dispositivos DR deve envolver todos os condutores vivos do circuito, inclusive
o neutro. Por outro lado, o condutor de proteção PE correspondente deve passar exteriormente ao
circuito magnético. Os condutores de proteção PE não podem ser seccionados; 
Os dispositivos DR devem ser selecionados; e os circuitos elétricos, divididos de forma tal que as
correntes de fuga para a terra, susceptíveis a circular durante o funcionamento normal das cargas
alimentadas, não possam provocar a atuação desnecessária do dispositivo.
Figura 7 – Circuito com interruptor simples
Dimmer
O dimmer é interruptor que, através de um circuito (geralmente semicondutores), varia o fluxo luminoso ao alterar a potência média fornecida para a
lâmpada instalada em seu circuito. 
Nem todas as lâmpadas podem ter seu fluxo luminoso regulado por um dimmer. As lâmpadas incandescentes podem ser dimerizáveis devido ao fato de
que seu elo incandescente segue a lei de Ohm, já as lâmpadas LED que utilizam dispositivos semicondutores no seu funcionamento não são
dimerizáveis.
O dimmer pode proporcionar alguma economia de energia elétrica e fornecer o conforto de regular a luminosidade do ambiente de acordo com o
desejo do usuário. 
A instalação do dimmer é feita do mesmo modo que a do interruptor simples, que possui duas entradas.
Interruptor Paralelo e Interruptor Intermediário
É muito relevante a necessidade de controlar uma ou várias lâmpadas situadas no mesmo ponto de mais de um local diferente. No caso de uma
residência que possui uma escada, é bom que tenha um interruptor em cada uma das extremidades, ligados à mesma lâmpada. Isso possibilita uma
pessoa acender a lâmpada ao chegar e apagá-la quando atingir a outra extremidade da escada.
Em salas, quartos, corredores, cozinhas e iluminação externa, também é importante controlar uma ou mais lâmpadas de lugares diferentes. Nesses
casos, utiliza-se um conjunto de interruptores paralelos, conhecido como three way, ou um conjunto de interruptores intermediários (four way).
Utilizando dois interruptores paralelos, é possível comandar uma lâmpada (ou conjunto de lâmpadas) de dois locais diferentes. A forma de realizar a
instalação desse tipo de circuito pode ser vista na Figura seguinte.
Figura 8 – Instalação de uma lâmpada incandescente acionada por interruptores paralelos ou
three way
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta disciplina:
 SITES 
TINKECARD 
Neste site você poderá simular circuitos eletrônicos com alto nível de confiabilidade 
https://bit.ly/3nFKcV0
 VÍDEOS 
CAMPO MAGNÉTICO – FIO RETILÍNEO E LONGO – ELETROMAGNETISMO 
Neste vídeo você encontrara explicações sobre o comportamento do campo magnético em um fio.
Clique no botão para conferir o conteúdo.
ASSISTA
SIMULADOR DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS RESIDENCIAIS 
Neste vídeo você encontra uma simulação de instalações elétricas.
Clique no botão para conferir o conteúdo.
ASSISTA
 LEITURAS 
MANUAL PRYSMIAN DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS 
Neste manual você terá uma gama de informações importantíssimas sobre instalações elétricas prediais. 
https://bit.ly/3tHs80v
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Material Complementar
https://www.cruzeirodosulvirtual.com.br/
https://youtu.be/n0Vm4pUCFQA
https://youtu.be/tfwQVF8ERCc
https://www.cruzeirodosulvirtual.com.br/
CARGA E DESCARGA DE CAPACITOR 
Nesta leitura você encontrará explicações sobre o comportamento da corrente durante o processo de carga e descarga de um capacitor. 
https://bit.ly/3tFS0tv
https://www.cruzeirodosulvirtual.com.br/
Caro(a), estudante.
Agora, vamos compreender o cenário que será abordado na primeira situação-problema da disciplina.
Atente-se à situação profissional que você precisará entender para poder realizara atividade.
Você foi contratado(a) por uma empresa para que resolva um problema no escritório. O cliente reclama que quando o pessoal do setor termina o
expediente já está escuro, pois passa das 19 horas, e acaba deixando todas as luzes do corredor ligado, pois só existe um interruptor em todo o local.
Para piorar o problema, às 5 horas da manhã outros funcionários começam a chegar ao local. Verifique qual é a melhor solução para esse problema;
faça um projeto elétrico e entregue como resposta a essa situação-problema uma lista de materiais, contendo os dispositivos a serem utilizados,
incluindo o tipo de condutor empregado conforme a norma vigente. O sistema funciona com 127volts, possui 3 lâmpadas de 40 watts espalhadas pelo
corredor de 20 metros, os disjuntores e demais sistemas já estão instalados. A distância entre o teto e os interruptores é de 3 metros, e a distância entre
o quadro de distribuição e o corredor é de 10 metros, lembrando que as luzes devem ser ligadas no início do corredor e desligadas no fim deste. No dia
seguinte os funcionários chegam ainda sem iluminação natural e, portanto, as luzes devem ser ligadas no mesmo ponto onde foram desligadas.
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Situação-Problema 1
Vamos compreender o cenário que será abordado na segunda situação-problema da disciplina.
Atente-se à situação profissional que você precisará entender para poder realizar a atividade.
Você foi contratado(a) por uma empresa para que resolva um problema que está ocorrendo em seu escritório, o cliente reclama que quando o pessoal
do setor termina o expediente já está escuro pois passa das 19 horas, e acaba deixando todas as luzes do corredor ligadas, pois só existe um interruptor
em todo o local. Para piorar o problema, às 5 horas da manhã já começa a chegar outros funcionários. Verifique qual é a melhor solução para esse
problema, faça um esquema elétrico de ligação multifilar e unifilar do circuito e entregue como resposta a esta situação-problema uma lista de
materiais, contendo os dispositivos a serem utilizados incluindo o tipo de condutor empregado, conforme a norma vigente, a distância entre o teto e os
interruptores é de 3 metros, e a distância entre o quadro de distribuição e o corredor é de 10 metros, os disjuntores e demais sistemas já estão instalado.
O sistema funciona com 127volts, possui 6 lâmpadas de 40 watts espalhadas pelo corredor de 100 metros. Nesse corredor há 3 escritórios separados um
do outro e interligados por este corredor; o cliente solicita que o comando das lâmpadas seja feito tanto do início/fim do corredor quanto de dentro dos
três escritórios, lembrando que as luzes devem ser ligadas e desligadas em qualquer parte do corredor.
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Situação-Problema 2
Por fim, vamos compreender o último cenário, abordado na terceira situação-problema da disciplina.
Atente-se à situação profissional que você precisará entender para poder realizar a atividade.
Um cliente demonstrou preocupação com o risco de choque elétrico em sua casa devido às péssimas condições das instalações elétrica de sua
residência, que são antigas, então solicitou que você proponha uma solução em termo de dispositivo de proteção que aumente a segurança no tocante
a evitar o risco de choque elétrico. Descreva a sua proposta, considerando que os disjuntores e o cabeamento já foram trocados. Cite em sua proposta
se existe alguma norma de orientação em que você se baseou para propor a solução ao cliente.
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Situação-Problema 3
Neste desafio você deverá projetar uma instalação elétrica levando em consideração uma indicação feita por uma demanda do mercado real, leia
atentamente as situações e proponha uma solução orientando-se pela teoria abordada anteriormente. Você perceberá que as situações propostas
compartilham a mesma demanda, porém com aumento progressivo da complexidade de solução.
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Problema em Foco
Muito bem, estudante.
Agora que você já leu todas as situações-problema, você pode fazer o download deste
arquivo para realizar a atividade de entrega.
Caso prefira, o arquivo também se encontra no Ambiente Virtual de Aprendizagem.
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Atividade de Entrega
https://bb.cruzeirodosulvirtual.com.br/bbcswebdav/xid-140371021_1
CRUZ, E. C. A.; ANICETO, L. A. Instalações Elétricas: Fundamentos, Práticas e Projetos em Instalações Residenciais e Comerciais. São Paulo: Saraiva, 2011.
LARA, L. A. M. Instalações Elétricas. Ouro Preto- MG: UFMG, 2012.
LIMA FILHO, D. L. Projetos de Instalações Elétricas Prediais. São Paulo: Saraiva, 1997.
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Referências
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Aprendizagem para realizar a Atividade.