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das A Gabarito utoatividades ENG 0011 MB | 2012/2 | Módulo IV ELETRICIDADE Editora Centro Universitário Leonardo da Vinci Rodovia BR 470, Km 71, nº 1.040 Bairro Benedito - CEP 89130-000 Indaial - Santa Catarina - 47 3281-9000 Elaboração: Revisão, Diagramação e Produção: Centro Universitário Leonardo da Vinci - UNIASSELVI Prof. Christian Doré 3UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES E L E T R I C I D A D E GABARITO DAS AUTOATIVIDADES DE ELETRICIDADE Editora Centro Universitário Leonardo da Vinci Rodovia BR 470, Km 71, nº 1.040 Bairro Benedito - CEP 89130-000 Indaial - Santa Catarina - 47 3281-9000 Elaboração: Revisão, Diagramação e Produção: Centro Universitário Leonardo da Vinci - UNIASSELVI UNIDADE 1 TÓPICO 1 1 Defina energia elétrica e descreva sua importância para o nosso cotidiano? Em sua opinião, qual seria o impacto no mundo se ocorresse um colapso no sistema de distribuição de energia? R.: Energia resultante do movimento de cargas elétricas em um condutor. Importância: É facilmente transportável por uma simples rede de condutores (fios). É facilmente transformável em outras formas de energia. Exemplo: calor, luz, movimento. É elemento fundamental para a ocorrência de fenômenos físicos e químicos que formam a base de operação de máquinas e equipamentos. O restante da questão é uma opinião do próprio acadêmico. 2 Descreva os componentes do circuito elétrico de aparelho de som e de um aquecedor elétrico. R.: Aparelho de som: 1 - Fonte geradora de eletricidade - Energia da rede transformada. 2 - Aparelho consumidor de energia (carga elétrica) - alto falantes. 3 - Condutores - cabos elétricos. Aquecedor elétrico: 1 - Fonte geradora de eletricidade - Energia da rede. 2 - Aparelho consumidor de energia (carga elétrica) - resistências elétricas. 3 - Condutores - cabos elétricos. 3 Quantos elétrons/segundo estão passando em um condutor cuja corrente é de 12 A? R.: 7,5 x 1019 elétrons/segundo. 4 Uma lâmpada incandescente é submetida a uma ddp de 110V, sendo percorrida por uma corrente elétrica de 5,5A. Qual é, nessas condições, o valor da resistência elétrica do filamento da lâmpada? 4 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD E L E T R I C I D A D E R.: 1, 818 Ω (ohm). 5 Em um resistor de 22 Ω, flui uma corrente elétrica de 0,5 A. Qual a d.d.p. entre as extremidades do resistor é em volts? R.: 11 V (volts). 6 Nas especificações de um chuveiro elétrico, lê-se 2200 W e 220 V. Qual a resistência interna desse chuveiro quando ligado de acordo com as especificações? Tome por base que a potência (em watts) depende da tensão e da corrente (P = E x I). R.: 22 Ω (ohm). TÓPICO 2 1 Por que nas instalações elétricas residenciais as ligações são todas feitas em paralelo? R.: No circuito paralelo, a corrente se divide nos ramais, sendo que a soma das mesmas é igual à corrente total do circuito. A tensão é sempre a mesma em todo o circuito. As resistências são independentes, ou seja, se uma delas queimar continua passando corrente pelas outras. Por isso as instalações residenciais são feitas em paralelo, caso queime uma lâmpada, por exemplo, não afetará o restante do circuito. 2 Determine a intensidade da corrente que circula em cada um dos circuitos abaixo. 5UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES E L E T R I C I D A D E R.: 1,5 A. R.: 2,0 A. 3 Quais as leituras do amperímetro e do voltímetro no circuito abaixo? R.: V = 50 V; A = 5 A. 4 Defina e exemplifique os tipos de correntes existentes? R.: A corrente produzida por fontes geradoras pode ser contínua ou alternada. A corrente é contínua quando circula no circuito num único sentido. Entretanto, se a corrente sai ora por um, ora por outro borne, na fonte geradora, circula ora num, ora noutro sentido, no circuito, é corrente alternada. A fonte 6 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD E L E T R I C I D A D E geradora de corrente alternada chama-se alternador. São bastante fortes as razões para o uso da corrente alternada e não da contínua. Geradores e motores de corrente alternada são muito mais simples e eficientes. Correntes contínuas não podem ter suas tensões facilmente convertidas (aumentadas ou reduzidas). Na realidade, é preciso transformá-las em alternadas, converter com transformadores e transformar novamente em contínuas. Também podem ser usados conjuntos motores-geradores. Para as alternadas, basta o transformador. 5 Qual a real função das fontes? R.: Fontes são dispositivos que fornecem energia a um sistema, em nosso caso um circuito elétrico. TÓPICO 3 1 Faça um croqui relacionado à energia elétrica que chega à sua residência. Nele, você vai colocar o ponto em que a energia elétrica é gerada, a maneira como ela é transmitida até a subestação, o local em que está situada a subestação da sua cidade, a maneira como essa energia é distribuída, o modo como é feita a redução para a baixa tensão, chegando, por fim, a ligação na sua casa. Será necessário fazer uma pesquisa de campo. R.: Requer uma pesquisa de campo e depende da cidade em que cada estudante reside. 2 O sistema elétrico é formado pelos sistemas de geração, transmissão e distribuição e/ou transformação. Caracterize cada um desses sistemas, citando sua importância para a funcionalidade do sistema como um todo. R.: A geração de energia elétrica é a transformação de qualquer tipo de energia em energia elétrica (sem a geração não haveria energia). Em função das usinas geradoras estarem distantes centenas ou milhares de quilômetros dos grandes centros é necessário meio eficiente de levar essa energia, é o caso da transmissão (é necessário que as linhas de transmissão estejam em dia para que essa energia, em alta tensão chegue aos pontos de distribuição). Uma rede de distribuição deve fazer a energia chegar até os consumidores de forma mais eficiente possível e na tensão desejada, para que não prejudique seus equipamentos e/ou maquinários. 7UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES E L E T R I C I D A D E 3 Descreva e defina os principais componentes que formam um sistema de geração de energia a partir da transformação de energia potencial da água em energia cinética de rotação. R.: Máquina primária: faz a transformação de qualquer tipo de energia em energia cinética de rotação para ser aproveitada pelo gerador. Geradores: transformam a energia cinética de rotação das máquinas primárias em energia elétrica. Transformadores: Uma vez gerada a energia elétrica, existe a necessidade de se compatibilizar o nível da tensão de saída com a tensão do sistema ao qual o grupo gerador será ligado. Controle, comando e proteção: servem para interligar um grupo gerador a uma rede de transmissão ou distribuição. 4 Quais as características de um sistema que transforma energia solar em energia elétrica? R.: A energia da radiação solar é convertida diretamente em elétrica com o uso de células fotovoltaicas. Há necessidade de acumuladores (baterias) para suprir picos de demanda e fornecer energia durante a noite. 5 Faça uma correlação entre a forma da tensão distribuída para indústrias de grande porte, indústrias consideradas pequenas e residências. R.: Indústrias de grande porte, consumidoras intensivas de energia elétrica, em geral são supridas com tensões bastante altas, às vezes, a da própria transmissão, para evitar altos custos da rede, então “coletam” a energia diretamente da linha de alta tensão. Indústrias de pequeno porte são abastecidas em baixa tensão, onde a origem é o transformador externo (poste da rede pública), mesmo caso de residências. UNIDADE 2 TÓPICO 1 1 Apresente as principais aplicações para os geradores. Com base nos conhecimentos adquiridos, analise, em sua vida cotidiana, a aplicabilidade dos geradores. 8 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD E L E T R I C I D A D E R.: Geração eólica. • Alimentação de fazendas, sítios, garimpos, carros de som. • Pequenos centros de geração de energiapara uso geral. • Sistemas de emergência diesel. • Centro de processamento de dados. • Telecomunicações. • Usinas hidroelétricas PCH’s. • Cogeração/Turbo geradores. • Aplicações específicas para uso naval, usinas de açúcar e álcool, madeireiras, arrozeiras, petroquímica etc. 2 Diferencie os geradores tomando por base os seus tipos de acionamento? R: Grupo diesel: São geradores acionados por motor diesel, geralmente com potência reduzida. Hidrogeradores: São geradores acionados por turbinas hidráulicas, com altas potências. Turbo geradores: São geradores acionados por turbinas a vapor, semelhantes aos hidrogeradores em termos de potência. 3 Compare o princípio de funcionamento dos geradores no geral com o princípio de funcionamento dos alternadores? R.: A característica principal de um gerador elétrico é transformar energia mecânica em elétrica. O princípio básico de funcionamento está baseado no movimento relativo entre uma espira e um campo magnético. Todas as máquinas que geram correntes alternadas são chamadas de alternadoras. A energia elétrica produzida no alternador se baseia no princípio de que todo condutor quando cortado por um campo magnético e desde que haja movimento relativo entre este campo magnético e o condutor é induzida nele uma força eletromotriz. 4 Quais as características que diferenciam um alternador com indutor de polos salientes para um redutor com indutor de polos não salientes. R.: São máquinas semelhantes. A diferença é que os de polo não salientes são máquinas de alta rotação própria para fornecer potências elevadas, onde o indutor ou rotor é construído com diâmetro relativamente pequeno e grande comprimento para não sofrer as consequências da força centrífuga. O induzido desse tipo de alternador pouco difere do de polos salientes, existindo apenas pequenos espaços entre empilhamento das chapas para favorecer a ventilação do alternador. 9UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES E L E T R I C I D A D E TÓPICO 2 1 Explique o motivo pelo qual um transformador não funciona com tensão contínua. R.: Tem que ser alternada porque o transformador recebe uma quantidade de energia elétrica no primário, transforma em campo magnético e converte novamente em energia elétrica disponível no secundário. 2 Comente o fato de o núcleo de um transformador ser formado por chapas isoladas de ferro silício laminado, ao invés de ser uma peça inteira. R.: Porque o ferro maciço sofre grande aquecimento com a passagem do fluxo magnético, nesse caso para diminuir este aquecimento utiliza-se ferro silício laminado para a construção do núcleo. 3 Um transformador elevador de 110 V para 600 V absorve, no primário, uma corrente de 0,5 A. Que corrente está sendo solicitada no secundário? R.: 9,16 x 10-2 A. 4 Defina: a) Transformador elevador. R.: Denomina-se transformador elevador todo o transformador com uma relação de transformação maior que 1 (NS > NP). b) Transformador abaixador. R.: É todo o transformador com relação de transformação menor que 1 (NS < NP). 10 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD E L E T R I C I D A D E c) Transformador isolador. R.: Denomina-se de isolador o transformador que tem uma relação de transformação 1 (NS = NP). 5 Dê a função do óleo mineral em um transformador? R.: Circulando no tanque, o óleo retira o calor das bobinas. 6 A laminação no núcleo dos transformadores é feita para: a) ( ) Permitir que o óleo dos transformadores circule melhor, proporcionando melhor ventilação. b) ( ) Diminuir as correntes de curto circuito entre as bobinas e o núcleo. c) (x) Diminuir as perdas por correntes parasitas. d) ( ) Diminuir o fluxo disperso. R.: c. 7 No transformador ligado conforme a figura abaixo, o valor da corrente no primário ip é: a) 2,63 A. b) 7,87 A. c) 3,52 A. d) 5,33 A. R.: a. TÓPICO 3 1 São características dos motores monofásicos C.A., exceto: a) ( ) Pequena capacidade para suportar sobrecarga. 11UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES E L E T R I C I D A D E b) ( ) Baixo fator de potência. c) ( ) Baixo rendimento. d) (z) Manutenção de custo baixo. R.: d. 2 Comprando os motores C. A. trifásicos com rotor em gaiola de esquilo e rotor bobinado, marque a alternativa correta: a) ( ) Os motores com rotor em gaiola de esquilo têm um conjugado de arranque maior. b) ( ) Os motores com rotor bobinado não podem ser utilizados quando há necessidade de arranques e paradas frequentes. c) (x) Os motores com rotor bobinado são utilizados quando se precisa partir com carga e ainda quando se precisa variar a velocidade. d) ( ) Os motores com rotor em gaiola de esquilo não devem ser utilizados em ambientes onde haja perigo de explosão. R.: c. 3 Os motores de corrente contínua de excitação em paralelo são utilizados quando: a) ( ) Se necessita de um grande conjugado de partida. b) ( ) Se necessita de pequeno conjugado de partida e velocidade praticamente constante. c) (x) Se necessita de uma grande variação de velocidade com a carga. d) ( ) Se necessita de uma pequena corrente de excitação na armadura. R.: c. 4 São causas de faiscamento excessivo nas escovas de motores de corrente contínua, exceto: a) ( ) Excesso de carga. b) ( ) Aumento de velocidade. c) (x) Excitação baixa. d) ( ) Falha na ventilação. R.: c. 5 A laminação no núcleo dos transformadores é feita para: a) ( ) Permitir que o óleo dos transformadores circule melhor, proporcionando melhor ventilação. 12 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD E L E T R I C I D A D E b) ( ) Diminuir as correntes de curto circuito entre as bobinas e o núcleo. c) (x) Diminuir as perdas por correntes parasitas. d) ( ) Diminuir o fluxo disperso. R.: c. 6 A função do capacitor em um motor monofásico C.A. de fase auxiliar é: a) ( ) Corrigir o fator de potência do motor que é muito baixo. b) ( ) Aumentar a capacidade de carga nominal do motor. c) ( ) Produzir maior defasamento entre os campos magnéticos principais e auxiliar quando o motor trabalha com a velocidade nominal. d) (x) Dar maior conjugado de arranque. R.: d. UNIDADE 3 TÓPICO 1 1 Comente a situação prática que justifica o uso de disjuntores como um equipamento de proteção elétrica. R.: Justifica-se o uso de disjuntores quando se deseja estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir por tempo especificado e interromper correntes em condições anormais especificadas do circuito, tais como as de curto-circuito e/ou sobrecarga. 2 Explique o que são os relés de tempo? R.: São dispositivos para utilização em manobras que exigem temporização, em esquemas de comando, para partida, proteção e regulagem. Eles têm excitação permanente e acionamento em corrente alternada. 3 Discorra acerca da importância do uso de interruptores de fuga. R.: Este dispositivo tem por finalidade a proteção de vidas humanas contra acidentes provocados por choques, no contato acidental com redes ou equipamentos elétricos energizados. Oferece, também, proteção contra 13UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES E L E T R I C I D A D E incêndios que podem ser provocados por falhas no isolamento dos condutores e equipamentos. 4 Dê a principal função dos fusíveis? R.: Proteger os circuitos elétricos contra danos causados por sobrecargas de corrente, que podem provocar até incêndios, explosões e eletrocutamentos. Quando a corrente atinge a intensidade máxima tolerável, o calor gerado não se dissipa com rapidez suficiente, derretendo um componente e interrompendo o circuito. 5 Defina nobreak e faça um comparativo entre seus principais tipos. R.: Os sistemas ininterruptos de energia, conhecidos popularmente no Brasil como nobreaks, possuem como função principal fornecer à carga crítica, energia condicionada (estabilizada e filtrada) e sem interrupção, mesmo durante uma falha da rede comercial. Os nobreaks online são os mais seguros. Neles, as baterias são carregadasde forma contínua e o inversor fica constantemente ligado, retirando energia das baterias e fornecendo aos equipamentos. Os nobreaks off-line (ou standby), que são a alternativa mais antiga e barata aos online. Neles, a corrente elétrica é filtrada por um conjunto de circuitos e entregue diretamente aos equipamentos, como faria um estabilizador. Paralelamente, temos as baterias e o inversor, que assume rapidamente em caso de queda na rede. Nos line-interactive, que são uma evolução dos off-line. Neles, o inversor também assume apenas quando existe falha na rede elétrica; a diferença é que o inversor fica ligado continuamente e um circuito de monitoramento se encarrega de monitorar a tensão e usar energia do inversor em caso de queda na tensão. Os nobreaks line-boost, que são uma versão popular dos line-interactive. Ao invés de manterem o inversor continuamente ativo, apostos para compensar variações na rede elétrica, eles utilizam um transformador auxiliar, que aumenta a tensão em um valor fixo (geralmente 12%) quando usados. TÓPICO 2 1 Faça uma comparação entre os materiais condutores, isolantes e semicondutores, citando a característica que os diferencia. R.: Dizemos que um material é condutor, quando os elétrons são fracamente ligados ao núcleo e ao serem submetidos a uma diferença de potencial passam a se locomover no interior do material. Dizemos que um material 14 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD E L E T R I C I D A D E é isolante, quando os elétrons se encontram fortemente presos em suas ligações, evitando a circulação desses elétrons. Dizemos que um material é semicondutor se sua resistência se encontra entre a dos condutores e a dos isolantes. 2 Diferencie os semicondutores do tipo N, dos semicondutores do tipo P. R.: Se introduzirmos na estrutura cristalina de um semicondutor uma pequena quantidade de um material pentavalente, por exemplo, antimônio (Sb), tendo este 5 (cinco) elétrons na camada de valência, haverá a sobra de 1 (um) elétron do antimônio (Sb) que não formará ligação covalente. Ao átomo do antimônio (Sb) que deu esse elétron chamamos de doador. O silício (Si) ou germânio (Ge), dopados com elementos pentavalentes são chamados de tipo N, sendo um material negativo. Os portadores de carga no material tipo N são os elétrons. Se introduzirmos na estrutura cristalina de um semicondutor uma pequena quantidade de um material trivalente, por exemplo, índio (ln), tendo este 3 (três) elétrons na camada de valência, faltará um elétron. Essa falta de elétron comporta-se como uma carga positiva que chamamos de lacuna. Os semicondutores dopados com elementos trivalentes são chamados do tipo P, e ao elemento trivalente da dopagem chamamos de aceitador. Os portadores de carga no material tipo P são as lacunas. 3 Dê a finalidade do uso de diodos em circuitos eletrônicos? Justifique. R.: Sua grande utilidade reside em deixar passar uma dada corrente em apenas um sentido. Sendo esta corrente alternada, que flui em dois sentidos, passa a fluir em um só sentido. 4 Comente a principal diferença entre os diodos e os transistores? R.: Quando polarizado diretamente, o diodo conduz eletricidade. O transistor introduz uma capacidade nova, que é a possibilidade de se controlar quanto de eletricidade é conduzida. 5 Caracterize os tipos de amplificadores de sinal quanto à amplitude do sinal. R.: • Amplificadores de pequeno sinal ou baixa potência, cujos sinais de entrada são da ordem de unidades de μV a dezenas de mV, ou correntes de coletor da ordem de unidades a centenas de mA, ou potências de coletor de centenas de mW. • Amplificadores de média potência, cujos sinais de entrada são da ordem de centenas de mV, ou correntes de coletor da ordem de centenas de mA a 15UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES E L E T R I C I D A D E unidades de Ampère, ou potências de coletor da ordem de centenas mW a unidades de Watt. • Amplificadores de potência, cujos sinais de entrada são da ordem de centenas de mV, ou correntes de coletor da ordem de unidades a dezenas de Ampère, ou potências de coletor da ordem de unidades a centenas de Watt. 6 Descreva os principais componentes de uma fonte de alimentação. R.: Transformação, retificação, filtragem e regulagem. Objetivo transformar corrente alternada em corrente contínua. 7 Defina os sistemas de retificação de meia onde e de onda completa. R.: Na retificação de meia onda se permite o aproveitamento de apenas um semiciclo da tensão de entrada na carga. Já o de onda completa faz um aproveitamento dos dois semiciclos da tensão de entrada, sendo o mais empregado nos equipamentos eletrônicos porque realiza um melhor aproveitamento da energia aplicada à entrada. 8 Descreva o princípio de funcionamento dos tiristores. R.: O tiristor é formado por quatro camadas semicondutoras, alternadamente p-n-p-n, possuindo 3 terminais: anodo e catodo, pelos quais flui a corrente, e a porta (ou gate) que, a uma injeção de corrente, faz com que se estabeleça a corrente anódica. Se entre anodo e catodo tivermos uma tensão positiva, as junções J1 e J3 estarão diretamente polarizadas, enquanto a junção J2 estará reversamente polarizada. Não haverá condução de corrente até que a tensão Vak se eleve a um valor que provoque a ruptura da barreira de potencial em J2. Se houver uma tensão Vgk positiva, circulará uma corrente através de J3, com portadores negativos, indo do catodo para a porta. Por construção, a camada P ligada à porta é suficientemente estreita para que parte dos elétrons que cruza J3 possua energia cinética suficiente para vencer a barreira de potencial existente em J2, sendo então atraídos pelo anodo.
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