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Prof. Eng. Arq. Fernando Panissa Curso: Arquitetura e Urbanismo Disciplina: Instalações Elétricas de Baixa Tensão INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENSÃO ABNT NBR 5410 / 2004 UNIDADE 01 SEÇÃO 01 2 A NBR-5410 é a norma que estipula as condições adequadas para o funcionamento usual e seguro das instalações elétricas de baixa tensão, ou seja, até 1000V em tensão alternada e 1500V em tensão contínua. Esta norma é aplicada principalmente em instalações prediais, públicas, comerciais, etc. Para o profissional da área funciona como um guia, sobre o que se deve ou não fazer, ela traz um texto diferenciado explicando e colocando regras em instalações de baixa tensão, e faz grande diferença conhecê-la e acima de tudo aplicá-la. NORMAS APLICADAS AS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS ABNT NBR 5410/2004 3 Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas, é a norma que trata dentre outros importantes assunto do SPDA (sistemas de proteção contra descargas atmosféricas). Seu campo de aplicação é definido na própria norma em seu capitulo 1. Esta Norma fixa as condições exigíveis ao projeto, instalação e manutenção de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) de estruturas, bem como de pessoas e instalações no seu aspecto físico dentro do volume protegido. NORMAS APLICADAS AS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS ABNT NBR 5419/2015 4 A NR10 (norma regulamentadora 10) que tem como título, SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES E SERVIÇOS EM ELETRICIDADE, é uma norma que tem como caráter regulamentar todos os serviços que envolvam eletricidade e seus riscos, além de garantir a saúde e segurança dos que estejam envolvidos direta e indiretamente nestas atividades e serviços. NORMAS APLICADAS AS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS ABNT NR 10 5 APRESENTAÇÃO A importância da eletricidade em nossas vidas é inquestionável. Ela ilumina nossos lares, movimenta nossos eletrodomésticos, permite o funcionamento dos aparelhos eletrônicos e aquece nosso banho. Por outro lado, a eletricidade quando mal empregada, traz alguns perigos como os choques, às vezes fatais, e os curto-circuitos, causadores de tantos incêndios. A melhor forma de convivermos em harmonia com a eletricidade é conhecê-la, tirando-lhe o maior proveito, desfrutando de todo o seu conforto com a máxima segurança. CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 6 A energia elétrica é gerada pelos geradores elétricos, que transformam energia mecânica ou térmica – provenientes das hidroelétricas ou termoelétricas – e as transmitem até nossas residências. Utilizamos essa energia para tomar banho, ligar os eletrodomésticos e assistir à televisão, entre outras atividades. Podemos dizer que a eletricidade é um meio pelo qual a energia é transmitida das fontes primárias de geração até as aplicações finais em nossas residências e industrias. CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 7 Como a Energia Elétrica é distribuída CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 8 A eletricidade é invisível. O que percebemos são os seus efeitos, como: CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 9 FUNDAMENTOS DA ELETRECIDADE Toda matéria é constituída por átomos, que são formados pelo núcleo, constituído por neutros sem carga, e prótons com carga positiva e pelas órbitas de elétrons, com carga negativa. Como os elétrons têm cargas negativas e o núcleo, carga positiva, existe uma força de atração entre esses elementos. Para que ocorra uma corrente elétrica, deve-se aplicar uma energia capaz de desprender os elétrons dos átomos. CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 10 CARGA ELÉTRICA E CORRENTE ELÉTRICA Sabemos que a corrente elétrica é constituída por elétrons livres que foram arrancados dos átomos, sendo associada a esses elétrons livres uma carga elétrica, cuja unidade é dada em Coulomb [C]. Com o deslocamento de cargas elétricas, os elétrons geram o que conhecemos como corrente elétrica. Para gerar esse fluxo de cargas negativas, é necessário aplicarmos uma diferença de potencial (ddp) entre as extremidades do condutor, gerada pela fonte de tensão, como pilhas, baterias e tomadas. Essa energia aplicada é responsável pelo deslocamento dos elétrons e tem a unidade dada em Volts [V], nome que homenageia o desenvolvedor da bateria. Já a corrente elétrica tem sua unidade expressa em Ampere [A], termo que remete ao criador André Ampère. CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 11 CARGA ELÉTRICA E CORRENTE ELÉTRICA A corrente elétrica, ao circular pelos cabos e cargas elétricas, experimenta uma oposição ao seu movimento, denominada resistência elétrica. Quando o material tem baixa resistência elétrica, dizemos que ele é um condutor elétrico, como o ouro, o cobre, a platina, etc. Contudo, se o material apresenta alta resistência elétrica, dizemos que são materiais isolantes, como o algodão, a madeira e a borracha, entre outros. A Figura ilustra um circuito elétrico composto pelo gerador, a pilha, os fios elétricos por onde passam os elétrons, e a carga, uma lâmpada incandescente. CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 12 CARGA ELÉTRICA E CORRENTE ELÉTRICA Uma aplicação direta da resistência são os chuveiros ou torneiras elétricas, cujos resistores são compostos por um filamento muito fino que, ao passar uma corrente elétrica, percebe uma resistência, propriedade do material ao seu movimento, esquentando o filamento e transferindo esse calor para a água. CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 13 THOMAS EDSON Em 1879, brilhou a primeira lâmpada elétrica durante 45 horas seguidas, construída pelo inventor e empresário Thomas Edson. A partir de 1880, a energia elétrica começou a ser gerada e transmitida pela Edison Illuminating Company, a primeira empresa de energia elétrica do mundo, que funcionava na cidade de Nova York. Para desenvolver a primeira lâmpada incandescente, foram feitos 1.200 testes, com mais de seis mil materiais diferentes. Esse tipo de lâmpada emite muito calor, gerando altos níveis de perdas elétrica. Hoje existem as lâmpadas de LED, que transformam praticamente toda energia elétrica recebida em luz, chegando a mais de 95% de eficiência, contra 30% das lâmpadas incandescentes. CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 14 CARGA ELÉTRICA E CORRENTE ELÉTRICA A unidade da resistência elétrica (R) é o Ohm [Ω] e depende da resistividade do material (ρ, dada em Ω𝑚−1) em que circula a corrente elétrica, do comprimento (l) em metros (m) e da área da seção (A) em 𝑚2), como relacionado na Equação. R = resistência elétrica (Ω) ρ = resistividade (𝛺𝑚 −⊥) L = (m) Área= m² CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 15 CARGA ELÉTRICA E CORRENTE ELÉTRICA Existem, além da resistência elétrica, a capacitância e a indutância elétrica, cada uma associada a um elemento elétrico e aplicações diferentes. Os capacitores são responsáveis pelo armazenamento de energia elétrica, e são utilizados em fontes, circuitos eletrônicos, etc. A capacitância é a unidade que mede a capacidade de armazenar energia elétrica, e sua unidade é o Farad (F). capacitores com diferentes capacitâncias CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 16 CARGA ELÉTRICA E CORRENTE ELÉTRICA Já os indutores são responsáveis pela geração dos campos magnéticos em motores, transformadores, fontes, etc. Um indutor é um fio enrolado na forma de espiral, como apresentado na Figura. A unidade de medida do indutor é o Henry (H). Tanto as resistências elétricas, como as indutâncias e capacitâncias são componentes elétricos encontrados em nossas residências em muitos equipamentos elétricos e eletrônicos. Cada um desempenha um papel fundamental no funcionamento do equipamento. Indutor com núcleo de ferro CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 17 Lei de Ohm e Associação série e paralelo A 1ª lei de Ohm determina que a diferença de potencial (ddp), entre dois pontos de um resistor é proporcional à corrente elétrica que é estabelecida nele. Além disso, de acordo com essa lei, a razão entre o potencial elétrico e a corrente elétrica é sempre constante para resistores ôhmicos. As grandezaselétricas corrente e tensão estão relacionadas por meio da Lei de Ohm. U – Tensão ou potencial elétrico (V) r – resistência elétrica (Ω) i – corrente elétrica (A) U = r . i ou V = R . I CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 18 Lei de Ohm e Associação série e paralelo Utilizando a lei de Ohm é possível determinar como a tensão e a corrente se relacionam através da resistência elétrica. Exemplo: Uma geladeira tem resistência de 20 ( Ω ) e tensão de 127 V. Calcule a corrente consumida. U – Tensão: 127 (V) r – resistência: 20 (Ω) i – corrente elétrica: ? (A) U = r . i ou V = R . I 𝐼 = 𝑣 𝑅 𝐼 = 127 20 𝐼 = 6,35𝐴 CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 19 Lei de Ohm e Associação série e paralelo Circuitos em Séries As cargas elétricas podem ser associadas de duas formas: em série ou paralelo. Os circuitos em séries são aqueles que todas as cargas são percorridas pela mesma corrente elétrica ( I ). Um exemplo de cargas em série são os pisca-piscas das árvores de natal, que são ligados de maneira tal que a corrente que circula por qualquer lâmpada é sempre a mesma. Cargas em série CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 20 Lei de Ohm e Associação série e paralelo Circuitos Paralelos Já os circuitos em paralelo apresentam a mesma tensão (V) aplicada em todas as cargas. Como podemos ver, esse tipo de ligação é o ideal para uma residência, onde temos que garantir sempre a mesma tensão em todas as tomadas e lâmpadas. Cargas em paralelo CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 21 TENSÃO ELÉTRICA E CORRENTE ELÉTRICA Nos fios, existem partículas invisíveis chamadas elétrons livres, que estão em constante movimento de forma desordenada. Para que estes elétrons livres passem a se movimentar de forma ordenada, nos fios, é necessário ter uma força que os empurre. A esta força é dado o nome de tensão elétrica (U) (V). Esse movimento ordenado dos elétrons livres nos fios, provocado pela ação da tensão, forma uma corrente de elétrons. Essa corrente de elétrons livres é chamada de corrente elétrica (I). 1- 2- 3- CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 22 TENSÃO ELÉTRICA E CORRENTE ELÉTRICA TENSÃO (U) É a força que impulsiona os elétrons livres nos fios. Sua unidade de medida é o volt (V). CORRENTE ELÉTRICA (I) É o movimento ordenado dos elétrons livres nos fios. Sua unidade de medida é o ampère (A). CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 23 POTÊNCIA ELÉTRICA A tensão elétrica faz movimentar os elétrons de forma ordenada, dando origem à corrente elétrica. Tendo a corrente elétrica, a lâmpada se acende e se aquece com uma certa intensidade. Essa intensidade de luz e calor percebida por nós (efeitos), nada mais é do que a potência elétrica que foi transformada em potência luminosa (luz) e potência térmica (calor). 1- 2- 3- CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 24 POTÊNCIA ELÉTRICA A intensidade da tensão é medida em volts (V). A intensidade da corrente é medida em ampère (A). A potência é o produto da ação da tensão e da corrente, a sua unidade de medida é o volt-ampère (VA). CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 25 POTÊNCIA ELÉTRICA A essa potência dá-se o nome de potência aparente. P = Potência - volt-ampère (VA) U = Tensão - volts (V) I = Corrente Elétrica - ampère (A). Logo: P = U . I CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 26 POTÊNCIA ELÉTRICA A essa potência dá-se o nome de potência aparente. Todo o equipamento elétrico tem uma potência elétrica associada, medida em Watts. Essa potência (P) está associada diretamente ao produto da tensão pela corrente elétrica. P = U . I CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 27 POTÊNCIA ELÉTRICA Exemplo: Uma residência tem dez lâmpadas, todas ligadas na tensão de 220V, consumindo uma corrente de 0,5A cada. Calcule a potência elétrica de todas as lâmpadas ligadas ao mesmo tempo. P = U . I U – Tensão: 220V I – corrente elétrica: 0,5A P – Potência: ? Lâmpadas: 10 P= 220 V . 0,5𝐴 P= 110V𝐴 P= 110V𝐴 𝑥 10 𝑙â𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎𝑠 P= 1.100VA ou 1.100𝑊 CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 28 POTÊNCIA ELÉTRICA Exemplo: No exemplo anterior das dez lâmpadas, calculamos a potência elétrica consumida ao ligá-las ao mesmo tempo. Se mantivermos a ligação por um tempo (t) de três horas seguidas, a energia consumida (E) será dada por: E = P . tE – consumo: ? Kwh P – Potência: 1.100W t – Tempo: 3 horas E= 1.100 W . 3ℎ E= 3.300 𝑊ℎ 1.000𝑊 = 1𝐾𝑊 E= 3,3 KWh Essa grandeza elétrica vem apresentada na fatura de energia residencial, e somos tarifados dependendo do valor do kWh. CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 29 POTÊNCIA APARENTE A potência aparente é composta por duas parcelas: • POTÊNCIA ATIVA • POTÊNCIA REATIVA A potência ativa é a parcela efetivamente transformada em: • Potencia Mecânica; • Potencia Térmica; • Potencia Luminosa. A unidade de medida da potência ativa é o watt (W). CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE POTÊNCIA APARENTE A potência reativa é a parcela transformada em campo magnético, necessário ao funcionamento de: • Motores; • Transformadores; • Reatores. A unidade de medida da potência reativa é o volt-ampère reativo (VAr). Em projetos de instalação elétrica residencial os cálculos efetuados são baseados na potência aparente e potência ativa. Portanto, é importante conhecer a relação entre elas para que se entenda o que é fator de potência. CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 31 FATOR DE POTÊNCIA Sendo a potência ativa uma parcela da potência aparente, pode-se dizer que ela representa uma porcentagem da potência aparente que é transformada em potência mecânica, térmica ou luminosa. A esta porcentagem dá-se o nome de fator de potência. CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 32 FATOR DE POTÊNCIA Quando o fator de potência é igual a 1, significa que toda potência aparente é transformada em potência ativa. Isto acontece nos equipamentos que só possuem resistência, tais como: chuveiro elétrico, torneira elétrica, lâmpadas incandescentes, fogão elétrico, etc. CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 33 FATOR DE POTÊNCIA chuveiro elétrico ligado a fonte de alimentação Lista de cargas P = U . I 𝑈 = 𝑃 𝐼 𝑈 = 𝑃 𝐼 𝑈 = 𝑃 𝐼 1) 2) 𝑈 = 5500 43,3 𝑈 = 127V 𝑈 = 5500 25,0 𝑈 = 220V CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 𝑈 =? 34 FATOR DE POTÊNCIA Vimos que o primeiro chuveiro com corrente de 43,3 A está ligado a uma tensão de 127V, enquanto o chuveiro de 25 A está em uma tensão de 220V. Chuveiros ligados em 220V economizam mais energia elétrica? R: Não!!! Vimos nos cálculos efetuados, ambos apresentam o mesmo valor de potência consumida, assim, ambos irão gastar a mesma quantidade de energia por hora, não havendo diferença na cobrança da conta de energia. CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 35 Cálculo de consumo de energia elétrica O cliente pede para você fazer a estimativa do consumo de energia e te passa as seguintes informações: O número de pessoas da casa, tempo de utilização de alguns equipamentos e prováveis equipamentos elétricos. Com base nessas informações, calcule a estimativa do consumo de energia e do provável valor da conta de energia elétrica, sabendo que na região do cliente o kWh custa R$ 0,15, de acordo com o site da concessionária. Lista de cargas CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 36 Resolução: Carga Potência(Wh) Potência(kWh) dias kWh/mês R$ Valor R$ Iluminação 12.000 12 30 360 0,15 54,00 TUGs 30.000 30 30 900 0,15 135,00 Chuveiro 5.000 5 30 150 0,15 22,50 Ar cond. 8.800 8,8 30 264 0,15 39,60 Total R$ 251,10 ÷1000W CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE 37 FIM CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE Slide 1: INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENSÃO ABNT NBR 5410 / 2004 UNIDADE 01 SEÇÃO 01 Slide 2 Slide 3 Slide 4 Slide 5 Slide 6 Slide 7 Slide 8 Slide 9 Slide 10 Slide 11 Slide 12 Slide 13 Slide 14 Slide 15 Slide 16 Slide 17 Slide 18 Slide 19 Slide 20 Slide 21 Slide 22 Slide 23 Slide 24 Slide 25 Slide 26 Slide 27 Slide 28 Slide 29 Slide30 Slide 31 Slide 32 Slide 33 Slide 34 Slide 35 Slide 36 Slide 37