Eletrotécnica - Conceitos Básicos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS 
CENTRO DE ENGENHARIAS 
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 Conceitos Básicos 
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Professores: Eurico G. de Castro Neves 
 Rubi Münchow 
POR QUE A ELETRICIDADE É UMA FORMA DE ENERGIA 
TÃO IMPORTANTE? 
• porque pode ser gerada em grandes 
quantidades e com custo razoável 
• porque pode ser transformada em outras formas de energia com muita facilidade e 
alto rendimento 
• porque pode ser transmitida a grandes distâncias sem 
necessidade de veículos ou tubulações 
Lâmpada 
Motor elétrico Alto falante 
Aquecedor 
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ESTRUTURA ATÔMICA DA MATÉRIA 
Para o estudo de Eletrotécnica só 
interessam os elétrons da órbita mais 
externa. 
Lacunas podem ser tratadas como se 
fossem cargas positivas 
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As propriedades elétricas dos materiais podem ser 
explicadas a partir de sua estrutura atômica 
Um modelo simples: o átomo de Rutherford 
Ernest Rutherford 
 (1871 - 1937) 
CONDUTORES E ISOLANTES 
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ISOLANTES 
Elétrons-livres só podem ser gerados à 
custa de altas quantidades de energia 
A densidade de elétrons-livres é muito 
pequena, qualquer que seja a temperatura 
Exemplos: borracha, madeira, papel 
CONDUTORES 
Pequenas quantidades de energia são 
suficiente para produzir elétrons-livres 
Mesmo à temperatura ambiente, a 
densidade de elétrons-livres é alta 
Exemplos: cobre, alumínio e ouro 
CONDUTOR 
 Material que favorece 
a passagem de 
corrente elétrica 
Elemento usado na 
interconexão de 
dispositivos 
CARGA 
ISOLANTE 
 Carga elétrica 
Dispositivo que usa 
a energia fornecida 
por uma fonte 
Elemento usado para 
bloquear a corrente em 
circuitos elétricos 
 Material que dificulta a 
passagem de corrente 
elétrica 
- 
Motor elétrico 
Fios e cabos 
Isolador 
Elétron 
Cobre 
Tântalo 
Alguns termos podem ter duplo significado: 
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Movimento ordenado de cargas elétricas devido à aplicação de diferença de potencial (tensão) 
O QUE É A CORRENTE ELÉTRICA? 
UNIDADE: Ampère (A) 
SÍMBOLO : i 
Submúltiplos usados: miliampère (mA) = 0,001 A = 10-3 A 
 microampère ( A) = 0,000 001 A = 10-6 A 
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Movimento randômico Movimento ordenado 
MÓDULO* 
É dado pela variação da carga q 
que passa pelo condutor em durante 
o intervalo de tempo t 
t
q
i
Um sinal negativo antecedendo o módulo da corrente indica que seu 
sentido é o oposto àquele indicado pela seta 
SENTIDO 
Mostra o deslocamento das cargas 
portadoras da corrente 
É indicado através de uma seta 
colocada próxima ao condutor 
COMO SE ESPECIFICA A CORRENTE? 
 A corrente é caracterizada por dois parâmetros: 
- 2A 2A 
Exemplo: 
= 
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* Alguns eletricistas chamam o módulo da corrente de amperagem. 
Uma dúvida pertinente: 
POR QUE O SENTIDO CONVENCIONAL É MAIS USADO? 
• Por tradição histórica 
• Por se adequar ao conceito de “carga básica positiva” usado em Física. 
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QUE TIPO DE CARGA SE MOVIMENTA 
NOS CONDUTORES ? 
cargas negativas (ex. elétrons-livres) cargas positivas (ex. íons +, lacunas) 
sentido eletrônico sentido convencional 
MEDIDORES DE CORRENTE: AMPERÍMETROS 
Miliamperímetro analógico 
Amperímetro digital de painel 
Multímetro digital “alicate” 
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ALGUNS EFEITOS E APLICAÇÕES DA CORRENTE 
Aquecimento 
• Aquecedores elétricos 
• Chuveiros elétricos 
• Lâmpadas incandescentes 
• Fusíveis e disjuntores 
Geração de campos 
magnéticos 
• Motores elétricos 
• Transformadores 
• Chaves elétricas 
• Instrumentos de medida 
Efeitos fisiológicos 
• Equipamentos de 
segurança 
• Tratamento médico 
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• Perdas nos condutores 
(Efeito Joule) 
• Interferências • Choque elétrico 
ENTENDENDO GRÁFICOS: CC CA 
CORRENTE CONTÍNUA (CC) CORRENTE ALTERNADA (CA) 
NA PRÁTICA 
CC é aquela que mantém o 
sentido e o módulo inalterados 
NA PRÁTICA 
CA é aquela que apresenta forma 
de onda sinusoidal 
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TENSÃO – A ORIGEM DOS FENÔMENOS ELÉTRICOS 
A tensão também é chamada diferença de potencial (ddp), voltagem ou 
força eletromotriz (fem). 
UNIDADE: Volt (V) 
SÍMBOLOS: u, v ou e 
Múltiplos e submúltiplos usados: quilovolt (kV) = 1.000 V = 103 V 
 milivolt (mV) = 0,001 V = 10-3 V 
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A tensão é uma grandeza que expressa a quantidade de energia necessária para 
deslocar uma carga q entre dois pontos A e B de um condutor. 
Dado pela razão entre a energia 
fornecida à uma carga para movimentá-
la e o módulo q desta carga: 
q
u
A tensão é caracterizada através de 2 parâmetros: 
MÓDULO POLARIDADE 
Indica o desequilíbrio das cargas 
elétricas no corpo, desequilíbrio este 
capaz de produzir corrente. 
Indicada por um par de sinais + e -. 
Um sinal negativo antecedendo o módulo da tensão indica que sua 
polaridade é o oposto daquela indicado pelos sinais + e -. 
COMO SE ESPECIFICA A TENSÃO? 
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MEDIDORES DE TENSÃO: VOLTÍMETROS E 
OSCILOSCÓPIOS 
Voltímetro analógico de painel 
Voltímetro digital de painel 
Osciloscópio 
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COMO A TENSÃO É GERADA? 
 Reações químicas  Fenômenos eletromagnéticos 
• pilhas elétricas 
• baterias 
• células de combustível 
 Conversão fotovoltaica  Efeito Peltier-Seebeck 
• alternadores 
• dínamos 
• painel solar (fotovoltaico) 
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 Efeito Piezelétrico 
CC e CA: DE NOVO? 
O termo CC virou sinônimo de funções invariáveis com o tempo 
Tensão CC é aquela que mantém inalterados o módulo e a polaridade 
O termo CA virou sinônimo de funções que variam de forma sinusoidal 
Tensão CA é aquela cuja forma de onda é cíclica e se assemelha a uma senóide 
Alternador 
Bateria automotiva Pilhas elétricas 
Gerador a gasolina 
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CC X CA: Prós e Contras 
TIPO DE TENSÃO PRÓS CONTRAS 
CONTÍNUA 
• Portabilidade. 
• Custo baixo para pequenas 
quantidades de energia. 
• Possibilidade de 
armazenamento (baterias). 
• Perdas apenas por efeito 
Joule 
• Custo proibitivo para grandes 
quantidades de energia. 
• Máquinas de CC são mais 
caras e necessitam de mais 
manutenção. 
• Inversão mais complexa e 
onerosa que a retificação. 
ALTERNADA 
• Facilidade/bom custo de 
geração. 
• Máquinas de CA são mais 
baratas (motores de indução). 
• Facilidade de alteração de 
níveis (transformadores). 
• Facilidade na transmissão e 
distribuição. 
• Retificação simples e barata 
• Perdas por indutância e 
capacitância na transmissão e 
distribuição. 
• Choques elétricos mais 
perigosos 
• Impossibilidade de 
armazenamento direto 
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ESTRUTURA DOS SISTEMAS DE ENERGIA ELÉTRICA 
Usinas 
Linhas de transmissão 
Linhas de distribuição 
(primária/secundária) 
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• Hidrelétricas 
• Termelétricas 
• Nucleares 
• Eólicas 
GERAÇÃO 
TRANSMISSÃO 
DISTRIBUIÇÃO 
CONSUMO 
TÍPICO SISTEMA DE TRANSMISSÃO/DISTRIBUIÇÃO DE 
ENERGIA ELÉTRICA 
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ELÉTRICA 
Mecânica 
Térmica Acústica 
Formação 
de campos 
Luminosa 
ENERGIA 
É um conceito intuitivo, que indica a capacidade de um sistema realizar trabalho. Em 
Eletrotécnica pode ser interpretada como a grandeza capaz de alterar o comportamento 
das cargas elétricas de um circuito. 
UNIDADE: 1 Joule (J) 
Em Eletricidade é comum usar-se o quilowatt-hora (kWh) 
SÍMBOLO:Ela também pode ser facilmente convertida em outras formas de energia 
A energia elétrica pode ser obtida a partir de outras formas de energia (mecânica, 
solar, nuclear, etc.) 
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MEDIDORES DE ENERGIA ELÉTRICA 
Analógico 
Digital 
O que se paga mensalmente às companhias concessionárias é a energia 
elétrica consumida. 
Mecânicos Eletrônicos 
RELAÇÃO ENTRE A ENERGIA E O NOSSO BOLSO 
O consumo (de energia elétrica) é um dos componentes da estrutura tarifária. 
Os consumidores são divididos em 
• grupos – de acordo com os níveis da tensão de alimentação 
• classes – de acordo com a natureza da atividade exercida 
O valor do kWh é diferenciado de acordo com o grupo e a classe do consumidor 
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POTÊNCIA 
A potência (p) expressa a “velocidade” com que a energia em um dispositivo está sendo 
transformada em um dispositivo ou sistema. 
t
p
UNIDADE: Watt (W) 
Múltiplos e submúltiplos comuns: megawatt (MW) = 1.000.000 W = 106 W 
 quilowatt (kW) = 1.000 W = 103 W 
 miliwatt (mW) = 0,001 W = 10-3 W 
Cálculo da potência em equipamentos elétricos 
A potência instantânea é dada pelo produto entre a 
tensão (u) e a corrente (i) a cada instante 
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iup
Nos circuitos elétricos existem elementos que fornecem 
energia e outros que a absorvem, transformando-a em 
outras modalidades. 
Por convenção: 
 potência positiva = potência absorvida 
 potência negativa = potência fornecida 
Antoine Laurent de Lavoisier 
(1743-1794) 
Em obediência à Lei da Conservação da Energia: 
absorvidafornecida PP
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Costuma-se chamar fonte de alimentação aos dispositivos que fornecem potência e de 
carga àqueles que a absorvem. 
A energia não pode ser criada 
nem destruída. Pode apenas 
mudar de forma. 
BALANÇO DE POTÊNCIAS 
Duvida pertinente: 
COMO SABER SE A POTÊNCIA DE UM ELEMENTO 
É POSITIVA OU NEGATIVA? 
• a corrente entra pelo pólo + da tensão  potência positiva  elemento absorve potência 
• a corrente entra pelo pólo - da tensão  potência negativa  elemento fornece potência 
Resposta: observando a relação entre o sentido da corrente e a 
polaridade da tensão no elemento 
SE 
EXEMPLOS 
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MEDIDORES DE POTÊNCIA 
ELÉTRICA: WATTÍMETROS 
Wattímetro analógico Alicate wattímetro 
EXEMPLO 
Lâmpadas de 100 W ligadas em 
horários diferentes 
DEMANDA 100 W 
(0,1 kW) 
200 W 
(0,2 kW) 
300 W 
(0,3 kW) 
Demanda máxima: 300 W 
Consumo total: 0,6 kWh 
CONSUMO 
19-20h: 0,1 kW x 1 h = 0,1 kWh 
20-21h: 0,2 kW x 1 h = 0,2 kWh 
21-22h: 0,3 kW x 1 h = 0,3 kWh 
0,6 kWh 
O QUE É DEMANDA? 
É o termo usado para designar potência em sistemas tarifários demanda = potência 
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POTÊNCIA ELÉTRICA POTÊNCIA MECÂNICA 
Potência 
elétrica 
Potência 
mecânica 
Watt W) 
cavalo-vapor (cv) = 736 W 
horse-power (hp) 747 W Perdas 
RENDIMENTO ( ): indica o quanto de potência (ou energia) é perdido na operação do 
sistema 
Exemplo de um sistema elétrico: o motor elétrico 
e
s
P
P
ENTRADA SAÍDA 
Ps = potência na saída 
 Pe = potência na entrada 
Nos cálculos efetuados, as potências de entrada e saída devem estar expressas 
nas mesmas unidades eg
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CARACTERÍSTICAS NOMINAIS TÍPICAS DE ALGUNS 
APARELHOS ELETRO/ELETRÔNICOS 
Fonte: BRASIL - Ministério de Minas e Energia 
Aparelhos 
Potência média 
(W) 
Dias estimados 
uso/mês 
Média utilização/dia 
Consumo médio mensal 
(kWh) 
Aquecedor de ambiente 1550 15 8 h 186 
Ar-condicionado 7.500 btu 1000 30 8 h 120 
Ar-condicionado 10.000 btu 1350 30 8 h 162 
Ar-condicionado 15.000 btu 2000 30 8 h 240 
Ar-condicionado 18.000 btu 2100 30 8 h 252 
Boiler 100 l 2030 30 6 h 365,4 
Boiler 200 a 500 l 3000 30 6 h 540,0 
Bomba d'água 1/4 cv 335 30 30 min 5,02 
Bomba d'água 1/2 cv 613 30 30 min 9,20 
Bomba d'água 1 cv 1051 30 30 min 15,77 
Chuveiro elétrico (*) 3500 30 40 min 70,0 
Computador/impressora/estabilizador 180 30 3 h 16,2 
Ferro elétrico automático 1000 12 1 h 12,0 
Fogão elétrico 4 chapas 9120 30 4 h 1094,4 
Forno à resistência grande 1500 30 1 h 45,0 
Forno à resistência pequeno 800 20 1 h 16,0 
Forno microondas 1200 30 2O min 12,0 
Freezer (**) 130 30 10 h 39 
* Considerados 5 (cinco) banhos de 8 (oito) minutos cada 
** O tempo médio de utilização de 10h/dia para o freezer se refere ao período em que o compressor está ligado, para manter o interior na 
temperatura desejada. e
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Aparelhos Elétricos 
Potência média 
(W) 
Dias estimados 
uso/mês 
Média utilização/dia 
Consumo médio mensal 
(kWh) 
Geladeira 1 porta (*) 90 30 10 27 
Geladeira 2 portas (*) 130 30 10 39 
Lâmpada fluorescente compacta - 11w 11 30 5 h 1,65 
Lâmpada fluorescente compacta - 15 w 15 30 5 h 2,2 
Lâmpada fluorescente compacta - 23 w 23 30 5 h 3,5 
Lâmpada incandescente - 40 w 40 30 5 h 6,0 
Lâmpada incandescente - 60 w 60 30 5 h 9,0 
Lâmpada incandescente -100 w 100 30 5 h 15,0 
Lavadora de louças 1500 30 40 min 30,0 
Lavadora de roupas 500 12 1 h 6,0 
Máquina de furar 350 1 1 h 0,35 
Secadora de roupa grande 3500 12 1 h 42,0 
Secadora de roupa pequena 1000 8 1 h 8 
Torneira elétrica 3500 30 30 min 52,5 
TV em cores - 14" 60 30 5 h 9,0 
TV em cores - 29" 110 30 5 h 16,5 
TV portátil 40 30 5 h 6,0 
Ventilador de teto 120 30 8 h 28,8 
Ventilador pequeno 65 30 8 h 15,6 
Videocassete 10 8 2 h 0,16 
* O tempo médio de utilização de 10h/dia para a geladeira se refere ao período em que o compressor está ligado, para manter o interior na 
temperatura desejada. 
CARACTERÍSTICAS NOMINAIS TÍPICAS DE ALGUNS 
APARELHOS ELETRO/ELETRÔNICOS (cont.) 
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