Introdução à Engenharia Elétrica

MATERIAL DIDTICO

FUNDAMENTOS DA ENGENHARIA

ELTRICA

U N I V E R S I DA D E

CANDIDO MENDES

CREDENCIADA JUNTO AO MEC PELA PORTARIA N 1.282 DO DIA 26/10/2010

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Editorao

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SUMRIO

UNIDADE 1 INTRODUO ................................................................................. 03

UNIDADE 2 DEFINIES, EVOLUO HISTRICA, APLICAES E

ESPECIALIDADES DA ENGENHARIA ELTRICA ............................................... 05

2.1 Definio ........................................................................................................... 05

2.2 Histria e evoluo ............................................................................................ 05

2.3 Campos de aplicao, especialidade e competncias ...................................... 08

UNIDADE 3 TIPOS E FORMAS DE DISTRIBUIO DE ENERGIA .................. 15

3.1 Tipos de energia ................................................................................................ 15

3.2 Gerao de energia ........................................................................................... 16

3.3 Transmisso de energia .................................................................................... 22

3.4 Distribuio de energia ...................................................................................... 23

UNIDADE 4 ELETRICIDADE ............................................................................... 26

4.1 A matria ........................................................................................................... 26

4.2 Grandezas eltricas .......................................................................................... 29

4.3 Tipos de circuitos .............................................................................................. 32

4.4 Condutores eltricos ......................................................................................... 36

UNIDADE 5 ANEEL E CONCESSIONRIAS DE ENERGIA .............................. 39

UNIDADE 6 A IMPORTNCIA DA MANUTENO ........................................... 43

6.1 Definies, benefcios e finalidades da manuteno ......................................... 44

6.2 Planejamento da manuteno ........................................................................... 54

6.3 Controle da manuteno ................................................................................... 56

REFERNCIAS ....................................................................................................... 63

ANEXOS ................................................................................................................ 67

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UNIDADE 1 INTRODUO

Eu sou a fora inesgotvel que move grandes mquinas,

forneo luz que concorre at mesmo com a do Sol, aqueo e

tambm esfrio; sou o sopro invisvel que conduz mensagens e

sons a todos os recantos do mundo; sou o impulso poderoso

que arrasta locomotivas, rpidos veculos e barcos enormes.

Com o meu auxlio, o homem domina a Terra, sulca os ares,

baixa ao fundo do mar, penetra at as entranhas do nosso

planeta. Sob minha influncia maravilhosa, os motores

palpitam, os corpos fundem-se e volatizam-se e, em uma fasca

majestosa, forjo, fundo e ligo os metais mais resistentes. Meu

poderio incalculvel, porm submissa ao homem, que

conhece meus segredos; sob sua sbia direo levo a

civilizao at os mais recnditos confins do mundo; sou a

base do progresso: eu sou a eletricidade (CAVALIN;

CERVELIN, 2007, P. 24)

Sejam bem-vindos ao curso de Especializao em Engenharia Eltrica!

Uma vez que a histria situa as pessoas no tempo e no espao, levando-as

a refletirem sobre a evoluo da vida e dos acontecimentos, do porque chegamos

at aqui e o que nos reserva o futuro, acreditamos ser importante partir desse ponto:

surgimento e evoluo da rea de estudo em tela.

Sem nenhuma sombra de dvida, so muitos os benefcios da eletricidade e

a consequente evoluo dos usos da energia para a sociedade, portanto, veremos

ao longo do curso, tpicos envolvendo a eletrnica, eletromecnica, as instalaes

eltricas prediais e industriais, a automao industrial, alguns tpicos especiais e,

evidentemente, a gesto da segurana aplicada.

Neste primeiro momento, o foco passa necessariamente pela histria e

evoluo, campos de aplicao e especialidades da Engenharia Eltrica. Tipos e




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formas de distribuio de energia, contedos que envolvem a eletricidade como a

matria, as grandezas eltricas, os tipos de circuitos e os condutores eltricos, bem

como termos tcnicos de algumas concessionrias de energia e a importncia da

manuteno, fazem parte deste mdulo.

Ressaltamos em primeiro lugar que embora a escrita acadmica tenha como

premissa ser cientfica, baseada em normas e padres da academia, fugiremos um

pouco s regras para nos aproximarmos de vocs e para que os temas abordados

cheguem de maneira clara e objetiva, mas no menos cientficos. Em segundo lugar,

deixamos claro que este mdulo uma compilao das ideias de vrios autores,

incluindo aqueles que consideramos clssicos, no se tratando, portanto, de uma

redao original e tendo em vista o carter didtico da obra, no sero expressas

opinies pessoais.

Ao final do mdulo, alm da lista de referncias bsicas, encontram-se

outras que foram ora utilizadas, ora somente consultadas, mas que, de todo modo,

podem servir para sanar lacunas que por ventura venham a surgir ao longo dos

estudos.




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UNIDADE 2 DEFINIES, APLICAES E

ESPECIALIDADES DA ENGENHARIA ELTRICA

2.1 Definio

Podemos definir Engenharia, que enquanto cincia abrangente e possui

muitas subreas, como a rea que busca aplicar conhecimentos e tcnicas para

resolver ou otimizar problemas que afetam diretamente a sociedade, por

conseguinte, os engenheiros so os profissionais que procuram solues

economicamente viveis para problemas tcnicos gerados pela atividade humana,

aplicando a matemtica e outras cincias para aumentar e melhorar o rendimento de

mquinas e sistemas.

Criar, aperfeioar, implementar so algumas das aes conjugadas pela

engenharia para viabilizar as suas utilidades, sempre levando em conta a sociedade,

a tcnica, a economia e o meio ambiente.

A Engenharia, em seus diversos campos, possibilita, j h algumas dcadas,

at mesmo a explorao de outros planetas do Sistema Solar, permite a

comunicao no planeta em fraes de segundo, promove a conexo de

computadores portteis e telefones celulares com a internet e gerou, ao longo de

sua evoluo, mquinas capazes de produzir grandes quantidades de produtos,

como alimentos, automveis e celulares.

Os engenheiros aplicam o conhecimento das cincias bsicas (Matemtica,

Fsica, Qumica, Biologia) para desenvolver formas eficientes de usar os materiais e

as foras da natureza em benefcio da humanidade e do ambiente.

2.2 Histria e evoluo

Embora a Engenharia, enquanto transformao de ideia em realidade,

sempre tenha sido exercitada pelo ser humano, seu nascimento como campo do

conhecimento se deu apenas no comeo da Revoluo Industrial, constituindo um

dos pilares do desenvolvimento das sociedades modernas.




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Tradicionalmente, as engenharias lidavam apenas com objetos concretos,

palpveis. Atualmente, porm, esse cenrio se ampliou, incluindo entidades ou

objetos abstratos, no-palpveis. o caso das engenharias de custos, informtica,

de software, entre outras. De fato, toda engenharia envolve certo grau de abstrao.

Mas uma Cincia com os ps no cho. De uma maneira geral, mais pragmtica e

gil, posto que est limitada pelo tempo e pelos recursos definidos pelo projeto. O

desenvolvimento de engenhos implica combinar conhecimento e inspirao para

adaptar qualquer sistema prtica, para transformar ideias em realidade

HASTENREITER (2013).

Battaglin e Barreto (2011) explicam que os fatos histricos relativos

Engenharia Eltrica tm sido registrados na literatura especializada muitas vezes em

mbito regional, outras vezes so registrados fatos importantes que ocorreram em

um determinado perodo de tempo e, por isso, elaboraram um artigo justamente para

tentar orden-los no tempo e no espao, mas embora saibamos que todos os

momentos e as descobertas nesse campo sejam importantes, no temos como

objetivo alongar nesses contedos.

Em torno de 2500 a.C., os sumrios j tinham conhecimento sobre a

existncia da eletricidade e sobre materiais condutores como o cobre, a prata e o

ferro.

Os Chineses conheciam a Eletricidade originada da pedra magnetita e

construram agulhas magnticas aproximadamente em 2637 a.C., no perodo do

Imperador Huan-Ti. O primeiro texto chins conhecido, escrito em 1080 d.C., trata

sobre a bssola magntica, um sculo antes da primeira meno desta na Europa.

Os Gregos tambm conheciam os magnetes ou a magnetita e construram

uma bssola no perodo 624-558 a.C., que era utilizada nas navegaes pelo Mar

Mediterrneo. O conhecimento e a aplicao da Eletricidade em forma de

magnetismo nessas bssolas eram disseminados entre os chineses e gregos.

Segundo nos conta Cardoso (2008), em Tessalonik na Grcia foi encontrada

a pedra que pode ter dado origem cincia do eletromagnetismo. Esta pedra,

denominada magnetita, nome derivado da antiga denominao daquela rea, foi




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identificada pela primeira vez por Lucretius, em 100 a.C., Segundo escritos da

antiguidade, Lucretius relatou: [] o ferro pode ser atrado por uma pedra que os

Gregos chamaram Magneto* pela sua origem, porque originria das terras dos

Magnsios, habitantes da Magnsia em Thessaly.

Lucretius no sabia que aquela pedra era a mesma utilizada para a

confeco do ferro, razo pela qual foi extinta com o tempo, devido produo em

larga escala e sem controle daquele produto (aqui j nos deparamos com a questo

do uso racional dos nossos recursos e a sustentabilidade que veremos adiante).

A diferena da magnetita encontrada na Grcia das demais encontradas em

outras regies, daquele pequeno universo grego, era que a pedra daquela regio

estava sujeita a uma alta incidncia de raios, que foram os responsveis pela

magnetizao brusca (devido a sua alta corrente) do material. Este tipo de

magnetizao brusca de alta intensidade aproveita uma propriedade da magnetita,

denominada histerese, a qual retm um campo magntico residual, denominado

campo magntico remanescente, quando a fonte desligada, produzindo o que

denominamos de im permanente.

O im permanente muito utilizado nos dias de hoje em diversas

aplicaes, como nas caixas acsticas, nos brinquedos, nos motores e geradores

eltricos. Estes ims so artificiais, isto , so produzidos utilizando-se de ligas de

materiais derivados da magnetita e de outras substncias excitados por altas

correntes produzidas por geradores eltricos que tentam simular as condies do

raio. Os ims mais eficientes que so produzidos atualmente so aqueles

produzidos com terras raras.

A bssola foi aprimorada, assim como o conceito de espectro de campo

magntico que permitiu visualizar a distribuio das linhas magnticas ao redor dos

polos magnticos.

O fato de naes da Europa e Amrica do Norte estarem mais prximas

geograficamente em relao China e ao Oriente fez com que muitos progressos

fossem alcanados. At o sculo XIX vimos a engenharia eltrica se fundamentar,

ser descrita, bem como houve a criao do Sistema Internacional de Unidades (SI),




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surgimento dos medidores e dos sistemas de gerao, transmisso e distribuio de

energia eltrica.

Alertamos que nem de perto fizemos o percurso de todas as descobertas e

avanos desse campo da engenharia, por no ser objetivo do curso, mas a leitura de

artigos que se encontram nas referncias podem ajud-los caso se interessem.

2.3 Campos de aplicao, especialidade e competncias

Se pensarmos na formao bsica desses profissionais iremos nos deparar

de pronto com a Matemtica que oferece a teoria dos circuitos e redes eltricas, a

lgica e a teoria dos sistemas. Da Fsica buscamos o eletromagnetismo, a fsica de

estado slido e a ptica.

Destas relaes encontraremos como campos de aplicao da Engenharia

Eltrica os sistemas de potncia; as mquinas eltricas; a eletrnica analgica; a

eletrnica digital; os sistemas de computao, os sistemas de controle, os sistemas

de comunicao e os sistemas de instrumentao.

Especificamente na rea de automao, os engenheiros atuam projetando

equipamentos eletrnicos destinados automao de linhas de produo industrial;

na eletrnica podem desenvolver circuitos eletrnicos para aquisio de dados (por

exemplo, udio, temperatura, umidade, presso), transmisso de dados por

radiofrequncia, entre outros.

No campo da eletrotcnica (potncia e energia), planejar e operar sistemas

eltricos, da gerao distribuio de energia. Projetar e construir usinas, estaes,

subestaes, redes de gerao de energia e equipamentos usados no sistema de

gerao, transmisso e distribuio; ampliar as redes de alta-tenso e dar

manuteno a elas.

Engenharia biomdica cabe ao especialista, especificar e gerenciar a

utilizao de equipamentos mdicos-assistenciais em hospitais, clnicas e

laboratrios; projetar, construir equipamentos e fazer a manuteno deles.

Em se tratando de hardware e programao, pode desenhar componentes e

desenvolver sistemas.




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Na instrumentao, projetar e desenvolver equipamentos para a realizao

de medidas, registro de dados e atuadores.

Na microeletrnica, projetar, fabricar e testar circuitos integrados (chips)

destinados a sistemas de computao, telecomunicaes e de entretenimento, entre

outras finalidades.

Nas telecomunicaes, desenvolver servios de expanso de telefonia e de

transmisso de dados por imagem e som; projetar e construir sistemas e

equipamentos para telefonia e comunicao em geral e de processamento digital de

sinais.

A verdade que a principal funo do engenheiro desenvolver solues

tecnolgicas para necessidades sociais, industriais ou econmicas. Para isso, ele

deve identificar e compreender os obstculos mais importantes.

Os obstculos so muitos: recursos disponveis, limitaes fsicas ou

tcnicas, flexibilidade para futuras modificaes e outros fatores como custo,

realizao, prestaes e consideraes estticas e comerciais.

Mediante a compreenso dos obstculos citados, os engenheiros elaboram

as melhores solues e, para isso, eles usam o conhecimento das cincias e a

experincia apropriada, criando modelos matemticos aplicveis aos problemas,

permitindo sua anlise rigorosa. Se existem muitas solues viveis, eles avaliam as

diferentes opes de desenho baseando-se em suas qualidades e escolhendo a que

melhor se adapte.

fundamental que os engenheiros tentem provar a eficincia de seus

desenhos antes de proceder realizao. Para isso, empregam, entre outras coisas,

prottipos, maquetes, simulaes, provas destrutivas e provas de fora. As provas

asseguram que os artefatos funcionaro como previsto, o que devemos entender

como sua responsabilidade nos procedimentos e escolhas.

Embora tenhamos profissionais que anseiam e admirem a profisso, alguns

podem no ter o dom do desenho, mas hoje com os programas de computador

como o Computer Aided Design (CAD), esse no um problema, pois eles

funcionam como verdadeiros assistentes. O computador pode traduzir




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automaticamente alguns modelos em instrues aptos para criar um desenho e

ainda armazenar criaes anteriores.

Voltando responsabilidade profissional, desde a criao de desenhos,

qualquer erro pode resultar em danos gravssimos, que podem incluir a morte de

pessoas. Geralmente, os engenheiros consideram uma margem de segurana para

reduzir o risco de falhas.

Em relao cincia x tecnologia, Hastenreiter (2013) esclarece que no

podemos simplificar afirmando que os cientistas trabalham com a Cincia e os

engenheiros com a Tecnologia, ou seja, a Cincia tentaria explicar os fenmenos,

criando modelos matemticos que correspondem aos resultados experimentais,

enquanto Tecnologia e Engenharia consistiriam na aplicao do conhecimento

obtido atravs da Cincia, produzindo resultados prticos.

Essa viso limitada porque ignora as intersees entre ambas. No raro

encontrar cientistas envolvidos nas aplicaes prticas de suas descobertas, assim

como os engenheiros, durante o processo de desenvolvimento da tecnologia,

investigam novos fenmenos e tcnicas em estudos laboratoriais.

Dessa forma, sendo engenheiro, pode-se tanto desenvolver projetos quanto

pesquisar. Ainda possvel envolver-se com questes artsticas, j que a esttica

uma questo relevante em diversas atividades da Engenharia. A forma deve ser

desenvolvida aliada funo. Nesse caso, a conexo se d com os campos da

Arquitetura e do Desenho Industrial.

Chegamos aos engenheiros eletricistas!

Estes atuam nos setores energticos, como as termoeltricas e as

hidreltricas. Sua funo gerar, transmitir e distribuir a energia. Por isso, tambm

atuam na rea de Telecomunicaes.

um profissional muito valorizado, dado que vivemos numa sociedade

baseada na energia eltrica. S para citar alguns exemplos do nosso cotidiano:

elevadores; bombas de gasolina; aparelhos eletroeletrnicos; chuveiro, entre outros,

todos dependem da eletricidade para funcionarem e atenderem a demanda da

sociedade.




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O conhecimento em Matemtica e Fsica, disciplinas que so sua base,

fundamental, visto que lidam basicamente com eletromagnetismo. Requer tambm o

domnio do clculo, principalmente para as modelagens computacionais. Suas

formas de atuao englobam: desenvolvimento de novos produtos e servios,

gesto de equipes e de produo, administrao, vendas, e outros.

Este profissional deve possuir as seguintes caractersticas:

forte formao em matemtica, fsica e outras cincias bsicas;

tica, profissionalismo e senso de responsabilidade;

autonomia na busca de solues de problemas complexos de engenharia;

competncia para atuar em anlise, simulao, projeto, desenvolvimento e

produo de sistemas e dispositivos eletroeletrnicos;

qualificao para atuar nos diversos segmentos da engenharia eltrica,

energia, mquinas eltricas, eletrnica, instrumentao, controle e

automao, e telecomunicaes;

criatividade, multidisciplinaridade e liderana.

Tomamos emprestado de Rizzoni (2013), um exemplo que, como ele mesmo

diz, que ilustra como as aparentemente dissociadas especialidades da engenharia

eltrica de fato interagem para permitir a operao de um sistema muito conhecido:

o automvel.

Veja a ilustrao abaixo que ser explicada a seguir:




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CONFORTO Controle de temperatura.

Ergonomia (bancos, direo, rodas, espelhos).

Navegao. udio, vdeo, internet, comunicao sem

fio.

SEGURANA Air bags e cadeiras para crianas.

Sensor de anticoliso. Sistemas de segurana.

PROPULSO Motor/transmisso.

Alternador/partida integrados. Trao eltrica.

Sistemas de 42V. Gerenciamento de bateria.

Controle de trao.

DIRIGIBILIDADE Suspenso ativa/semiativa.

Freios antitravamento. Direo eltrica.

Sistema de controle da presso dos pneus.

Controle da estabilidade. Trao nas quatro rodas.

A figura acima apresenta uma viso dos sistemas de engenharia eltrica

aplicveis a um automvel moderno. Mesmo nos veculos mais antigos, o sistema

eltrico na verdade, um circuito eltrico desempenha um papel muito importante

em seu funcionamento como um todo.

Uma bobina indutora gera uma tenso suficientemente alta para permitir que

uma centelha se forme no espao do centelhador e detone a mistura ar-combustvel.

A bobina alimentada por uma fonte CC (corrente contnua) fornecida por uma

bateria chumbo-cida. Alm de energia para circuitos de ignio, a bateria fornece

fora para vrios outros componentes eltricos, sendo mais bvios os que contm

lmpadas, os limpadores de para-brisas e o rdio. A energia eltrica levada da

bateria para todos esses componentes por um chicote eltrico que constitui um

circuito eltrico bastante elaborado.




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Nos ltimos anos, o circuito eltrico de ignio convencional tem sido

substitudo pela injeo eletrnica, isto , dispositivos eletrnicos de estado slido,

chamados transistores que tm substitudo os tradicionais platinados. A vantagem

dos sistemas de ignio transistorizados sobre os sistemas mecnicos

convencionais sua elevada confiabilidade, facilidade de controle e tempo de vida

(platinados mecnicos so sujeitos a desgaste).

Outras disciplinas da engenharia eltrica so bastante bvias no automvel.

O rdio instalado no carro recebe ondas eletromagnticas por uma antena e

decodifica os sinais de comunicao para reproduzir sons e dilogos de

origem remota.

Outros sistemas de comunicao comuns que se utilizam do

eletromagnetismo so os rdios cidado ou rdio PX e os ainda mais comuns

telefones celulares.

A bateria , com efeito, um sistema de energia eltrica autnomo de 12 VCC

que fornece energia para todas as funes anteriormente mencionadas.

Visando que a bateria tenha uma vida til prolongada, um sistema de carga

composto de um alternador e dispositivos eletrnicos de potncia, est

presente em cada automvel.

O alternador uma mquina eltrica, assim como os motores que movem os

vidros eltricos, janelas eltricas, bancos reclinveis e outros acessrios

encontrados em carros de luxo. Apesar de no parecer, os alto-falantes so

tambm mquinas eltricas.

Ainda no terminamos!

E os sistemas de computao? Pois , circuitos digitais vm sendo

desenvolvidos nas ltimas dcadas. Preocupados com as questes ambientais

relacionadas s descargas automotivas levaram introduo de sofisticados

sistemas de controle de emisso do motor. O corao de tal sistema de controle

um tipo de computador chamado microprocessador. O microprocessador recebe

sinal de dispositivos (chamados de sensores) que medem as variveis relevantes

como a velocidade do motor, a concentrao de oxignio nos gases da exausto, a




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posio da vlvula do acelerador (isto , a demanda do motorista por mais potncia

do motor) e a quantidade de ar aspirado pelo motor e consequentemente calcula a

quantidade tima de combustvel e o tempo correto da centelha para resultar na

combusto mais limpa possvel, sob tais circunstncias.

medida que a presena de computadores de bordo vai ficando cada vez

mais comum em reas como sistemas antibloqueio, suspenses eletronicamente

controladas, sistemas com trao nas quatro rodas e sistemas de navegao

eletrnica comunicaes entre os vrios computadores de bordo devero

acontecer de maneira mais veloz.

Concluindo, os veculos atuais tambm se beneficiam dos significativos

avanos realizados nos sistemas de comunicao. Sistemas de navegao veicular

podem incluir Sistemas de Posicionamento Global, ou tecnologia GPS (do ingls,

Global Positioning System), assim como uma variedade de tecnologias de

comunicao e conexo em rede, incluindo as interfaces de comunicao sem fio

(por exemplo, baseadas no padro Bluetooth) e comunicao via satlite, e sistemas

de apoio ao motorista (RIZZONI, 2013).




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UNIDADE 3 TIPOS E FORMAS DE DISTRIBUIO DE

ENERGIA

Energia pode ser definida como tudo aquilo capaz de realizar ou produzir

trabalho.

Todas as movimentaes que ocorrem no universo podem gerar foras

capazes de transformar a energia em um encadeamento sucessivo, ou seja, em

modalidades diferentes de energia. As pessoas somente sentem os efeitos da

energia atravs dos sentidos, e apresenta-se sob as seguintes formas: mecnica,

eltrica, trmica, luminosa, sonora, qumica, atmica, elica, cintica, as quais

veremos a seguir.

3.1 Tipos de energia

a) Energia Mecnica:

constituda por duas modalidades de energia a cintica e a potencial;

quando a energia est associada a movimento, chama-se, em fsica, energia

cintica. No momento em que a carga est parada, no aguardo para produzir

trabalho, chama-se energia potencial, e a energia que est relacionada

posio que se encontra o corpo, por exemplo;

enquanto a energia cintica pode vir da energia do vento, da gua corrente,

etc.; a energia potencial pode provir da energia da gua represada, dos

elsticos, das molas, etc.

b) Energia Eltrica:

uma forma de energia que apresenta inumerveis benefcios, e, no decorrer

dos tempos, tornou-se parte interessante e fundamental das nossas

atividades dirias. to importante que nossa vida seria praticamente

impossvel sem sua existncia, e muitas vezes no damos conta da sua

importncia, somente no momento da sua falta;




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a forma mais prtica de energia, pois pode ser transportada a grandes

distncias pelos condutores eltricos (fios ou cabos), desde a gerao at os

centros de consumo, que so os lares, as indstrias, os comrcios, etc.;

alm de poder ser transportada com facilidade, pode ser transformada em

outras modalidades de energia, sem muitas dificuldades e com custos

efetivamente baixos.

c) A energia trmica ou calorfica ao passar pela resistncia de, por

exemplo, um chuveiro, um aquecedor, um ferro de passar, converte-se em calor.

d) A energia luminosa acontece quando a corrente eltrica percorre o

filamento de lmpadas, acendendo-as e assim produzindo esse tipo de energia.

e) Quanto energia sonora, esta acontece quando a energia percorre os

circuitos de um aparelho como o rdio ou o ipod.

f) A energia cintica por sua vez acontece devido a capacidade da energia

eltrica acionar o motor e produzir movimento.

A energia eltrica, normalmente, no utilizada no mesmo local onde

produzida. Como produzida a grandes distncias do centro de consumo,

necessrio que seja transportada; e por motivos econmicos, isso feito em altas

tenses (CAVALIN; CERVELIN, 2011).

Assim sendo, a energia eltrica desenvolve-se em quatro fases

fundamentais:

1. Gerao (produo).

2. Transmisso.

3. Distribuio.

4. Utilizao.




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3.2 Gerao de energia

Existem vrias formas de se gerar energia eltrica, mas as opes diminuem

quando se trata de quantidades para consumo de uma sociedade. As mais comuns

seriam:

a) Trmica: a energia que se transforma o calor resultante da queima de

algum combustvel (derivado de petrleo como leo combustvel, gs natural,

carvo, madeira, resduos como bagaos, etc.). Em nvel mundial, representa

provavelmente a maior parcela. As instalaes usam basicamente caldeiras que

geram vapor que aciona turbinas que acionam geradores. Ou ento, mquinas

trmicas como motores a diesel ou turbinas a gs. No aspecto ecolgico apresenta

problemas. A queima de combustveis joga na atmosfera os mais variados poluentes

como o enxofre alm do dixido de carbono, responsvel pelo j preocupante efeito

estufa (aquecimento global). Se madeira ou carvo vegetal so usados, a

consequncia o desmatamento.

b) Nuclear: pode ser entendida como uma energia trmica que usa caldeira,

sendo a fonte de calor um reator nuclear em vez da queima de combustvel. Por

algum tempo foi considerada a soluo do futuro para a gerao de energia eltrica.

Mas os vrios acidentes ocorridos ao longo do tempo revelaram um enorme

potencial de risco. Os resduos (lixo atmico) so outro grave problema. Em vrios

pases, no mais permitida a construo de novas usinas nucleares.

c) Hdrica: a energia potencial de uma queda d'gua usada para acionar

turbinas que, por sua vez, acionam geradores eltricos. Em geral as quedas d'gua

so artificialmente construdas (barragens), formando extensos reservatrios,

necessrios para garantir o suprimento em perodos de pouca chuva. No um

mtodo totalmente inofensivo para o ambiente. Afinal, os reservatrios ocupam

reas enormes, mas um problema consideravelmente menor que os anteriores.

Evidente que a disponibilidade totalmente dependente dos recursos hdricos de

cada regio. No Brasil representa a maior parcela da energia gerada.




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Outros meios, como a energia solar e energia elica, considerados

ecologicamente limpos, vm sendo usados cada vez mais, embora a participao

global seja ainda pequena (BOLSONI, 2007).

d) Solar: em geral, a energia da radiao solar convertida diretamente em

eltrica com o uso de clulas fotovoltaicas. H necessidade de acumuladores

(baterias) para suprir picos de demanda e fornecer energia durante a noite. Usado

principalmente para pequenas unidades residenciais em zonas rurais.

e) Elico: o arraste dos ventos aciona ps acopladas a geradores. claro

que a viabilidade depende das caractersticas climticas da regio. Em alguns

pases sua participao vem aumentando, devido possibilidade de se obter

quantidades razoveis de energia com quase nenhum prejuzo ecolgico.

Entretanto, sempre um sistema complementar a um outro, uma vez que a

irregularidade dos ventos no permite um fornecimento constante.

Abaixo descrevemos o processo de gerao de energia, citando como

exemplo a usina de Itaipu (PR), Brasil.

Para movimentar o eixo das turbinas, podemos utilizar vrios tipos de fonte,

como a queda-d'gua (hidrulica), a propulso a vapor (trmica), utilizando a queima

de combustveis (gasolina, diesel, carvo) e pela fisso de materiais como o urnio

ou trio (nuclear). Podemos ter vrias formas de gerao de energia eltrica. A mais

econmica, que produz grandes quantidades de energia eltrica, utiliza a energia

potencial da gua de grandes reservatrios, que movimentam os grandes geradores

(CAVALIN; CERVELIN, 2011).

Quando da construo de uma usina, primeiramente, preciso levantar

indicadores (econmicos, tcnicos, ecolgicos e sociais) para posteriormente fazer a

opo do tipo de usina a ser construda naquele local. O caminho percorrido pela

energia, desde sua gerao at o ponto de consumo o seguinte:

1 - Barragem

A barragem tem como finalidade represar a gua, possibilitando a

concentrao de uma grande quantidade de energia potencial.




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Em funo da quantidade de energia eltrica a ser gerada, escolhe-se o

melhor lugar para a construo da barragem, levando-se em considerao o clima

da regio, a vazo do rio, a topografia do local, o tipo de rocha, e a facilidade no

deslocamento de materiais de construo at a obra.

2 - Condutos Forados

O conduto forado, tambm chamado de tomadas de gua, sai da barragem

e vai at a turbina na casa de fora.

Ele varia de dimetro e comprimento em funo da potncia da turbina, a

qual est acoplada ao gerador. No caso da Usina Hidroeltrica de Itaipu, o conduto

forado tem 10,5m de dimetro interno.

3 - Casa de Fora

Cada conduto vai a uma turbina, que est acoplada a um gerador.

Para gerar energia internamente nas mquinas so instalados eletroms.

Sabemos que toda vez que h o movimento de um condutor ao redor de um m,

nas extremidades desse condutor surge uma diferena de potencial. A quantidade

de energia gerada (conseguida) na extremidade dos condutores depende do

tamanho dos eletroms, da quantidade e seo dos condutores instalados dentro

dos geradores. Desta forma, podemos adquirir geradores comerciais que variam de

pequenas potncias 0,5kW, 10kW, 100kW, e tenses, como 127V, 220V, 380V,

6,9kV, 13,8kV e 18,0kV.

4 - Subestao Elevadora

Como os geradores so para potncias elevadas (MW) e a tenso comercial

gerada razoavelmente baixa (kV), a corrente eltrica no gerador de grande

intensidade. Por fatores econmicos, a subestao elevadora construda o mais

prximo possvel da gerao.

Dentro dessa subestao so colocados os transformadores elevadores,

que recebem dos geradores as tenses de 6,9kV, 13,8kV ou 18,0kV e elevam-nas

para as tenses de transmisso, que so de 69kV, 138kV, 230kV, etc.




20

Como a corrente produzida (pelos geradores) muito alta, inviabilizando o

transporte at os centros de consumo, eleva-se a tenso (consequentemente,

diminuindo a corrente) para que possamos fazer a transmisso dessa energia a

longas distncias por torres de transmisso (5), com bitolas de condutores mais

finos.

No gerador P = E x I

Na transmisso P = E x I

Vista em corte da usina hidreltrica de Itaipu

Fonte: Cavalin; Cervelin (2011, p. 20).




21

O tamanho do gerador (ou geradores) calculado em funo da quantidade

de energia que vai ser gerada para atender a certa regio ou comunidade. Segundo

a Companhia Paranaense de Energia Eltrica (COPEL), a tenso comercial gerada

e fornecida na sada dos geradores trifsica de 6,9kV, 13,8kV ou 18,0kV com

valores bem elevados de corrente (kA) e potncia (MW).

6 - Subestao Abaixadora

Pelas torres de transmisso, essa energia transportada at os centros de

consumo. A energia chega em uma subestao abaixadora, onde recebe os valores

de tenso de 69kV, 138kV, 230kV, etc., e atravs de transformadores, abaixa-os

para os valores de tenso de distribuio de 34,5kV e 13,8kV. Essas tenses

seguem at a subestao de distribuio.

7 - Subestao de Distribuio

Da subestao de distribuio, os condutores saem e seguem para a

distribuio urbana (8) (cidade) em 13 8kV.

Nas ruas, de trechos em trechos, conforme o consumo e em funo da

quantidade de consumidores, so instalados transformadores nos postes da

concessionria, que reduzem a tenso de 13 8kV para a baixa tenso em 127V e

220V (padro COPEL) para a utilizao residencial (9) ou industrial (10).

De um dos condutores (11) da rede de 34,5kV deriva para a distribuio

rural (12). Como segue apenas uma fase (monofsico), para a distribuio rural a

tenso 34,5/ 3= 19,9kV. Na propriedade do consumidor, para obter a baixa

tenso, ou seja, a tenso de distribuio, o neutro derivado do solo, fazendo com

que a tenso entre neutro e fase seja 127V e entre fases a tenso 254V.

Segundo a Norma Brasileira, as tenses alternadas so classificadas em

quatro nveis:

1) Baixa Tenso: vai at 1.000V.

2) Mdia Tenso: acima de 1.000V at 72.500V.

3) Alta Tenso: acima de 72.500 at 242.000V.

4) Extra-Alta Tenso: acima de 242.000V.




22

As tenses podem ser subdivididas em1:

EBT/UBT = 48V; 24V e 12V.

BT = 1000V; 760V; 660V; 440V; 380V; 230V; 220V; 127V (FN) e 115V (FN).

MT (ou AT de Distribuio) = 34,5kV; 25,8kV; 23kV; 13,8kV; 13,2kV; 12,6kV;

11,5kV; 6,9kV; 4,16kV e 2,13kV.

AT (Tenso de Transmisso) = 500kV; 230kV e 138kV.

Tenso de sub transmisso = 69kV.

EAT = 600kVcc (corrente contnua).

EAT = 750kV.

UAT = 800kV.

3.3 Transmisso de energia

Muitas vezes, a gerao de energia eltrica ocorre em locais distantes dos

centros consumidores. No caso predominante no Brasil (gerao hdrica), a natureza

impe os locais onde sejam viveis as construes das barragens. comum usinas

geradoras distantes centenas ou milhares de quilmetros dos grandes centros.

Assim so necessrios meios eficientes de levar essa energia (BOLSONI, 2007).

A ilustrao abaixo d o esquema simplificado de uma transmisso. Aps o

gerador, transformadores da subestao elevadora aumentam a tenso para um

valor alto. Dependendo da cada regio, pode variar de 69 a 750 KV. Uma vez que as

linhas transmissoras aproximam-se dos centros de consumo, transformadores de

uma subestao redutora diminuem a tenso para um valor de distribuio.

Esquema simplificado de transmisso

1 BT = Baixa Tenso; AT = Alta Tenso; EBT = Extra-Baixa Tenso; MT = Mdia Tenso; EAT =

Extra-Alta Tenso e UAT = Ultra-Alta Tenso




23

Fonte: Bolsoni (2007, p. 4).

A tenso de transmisso alta porque se transmitida com baixas tenses na

potncia necessria para atender milhares de consumidores, a bitola dos condutores

precisariam ser to grande que tornaria o sistema economicamente invivel.

claro que, na prtica, os sistemas de transmisso no so to simples

assim. Usinas normalmente dispem de vrios conjuntos turbina-gerador que

trabalham em paralelo. As transmisses de diferentes usinas e diferentes centros

consumidores so interligados de forma a garantir o suprimento em caso de panes e

outros problemas.

3.4 Distribuio de energia

Uma rede de distribuio deve fazer a energia chegar at os consumidores

de forma mais eficiente possvel.

Vimos que quanto mais alta a tenso menor a bitola dos condutores para

transmitir a mesma potncia. Assim, redes de distribuio em geral operam com, no

mnimo, duas tenses. As mais altas para os consumidores de maior porte e as mais

baixas para os pequenos.

Veja a ilustrao abaixo:




24

Fonte: Bolsoni (2007, p. 5).

Ela mostra o esquema simplificado de uma distribuio tpica. A subestao

redutora diminui a tenso da linha de transmisso para 13,8kV, chamada

distribuio primria, que o padro geralmente usado nos centros urbanos no

Brasil. So aqueles 3 fios que se v normalmente no topo dos postes de energia e

ainda classificada como alta tenso. Essa tenso primria fornecida aos

consumidores de maior porte como indstrias, que por sua vez, dispem de suas

prprias subestaes para rebaixar a tenso ao nvel de alimentao dos seus

equipamentos.

A tenso primria tambm alimenta aqueles transformadores localizados nos

postes que reduzem a tenso ao nvel de ligao de aparelhos eltricos comuns de

127/220V (fase neutro, fase), para consumidores de pequeno porte como

residncias. a chamada distribuio secundria. A rede formada pelos quatro

fios (separados e sem isolao ou juntos e com isolao) que se observam na parte

intermediria dos postes.

evidente que uma distribuio simples assim tpica de uma cidade de

pequeno porte. Cidades maiores podem ser supridas com vrias linhas de

transmisso, dispondo de vrias subestaes redutoras e estas podem conter

mltiplos transformadores, formando assim vrias redes de distribuio. Tambm

pode haver vrias tenses de distribuio primria (BOLSONI, 2007).




25

Indstrias de grande porte, consumidoras intensivas de energia eltrica, em

geral so supridas com tenses bastante altas, s vezes a da prpria transmisso,

para evitar altos custos da rede. Ento coletam a energia diretamente da linha de

alta tenso. Nesse caso, dentro da prpria planta industrial, existe um transformador

abaixador que fica dentro de uma cabine primria, cuja entrada de 13,8KV e a

sada de acordo com a necessidade (440V, 380V, 220V).

Indstrias de pequeno porte so abastecidas em baixa tenso, onde a

origem o transformador externo (poste da rede pblica).

Esquema Unifilar da Gerao, Transmisso e Distribuio de Energia Eltrica

G Gerador; SE - Subestao Elevadora; LT - Linha de Transmisso; SA - Subestao Abaixadora; DP - Distribuio Primria; DS - Distribuio Secundria; TI' T2' T3 e T4 Transformadores.




26

UNIDADE 4 ELETRICIDADE

Eletricidade uma forma de energia e toda matria possui alguma

propriedade eltrica. A matria formada por minsculas partculas chamadas

tomos. O tomo possui dois tipos de carga eltrica: Positiva (prtons) no seu

ncleo e Negativa (eltrons) girando em volta do ncleo.

J vimos o que energia, seus diversos tipos, os processos de gerao,

transmisso e distribuio. Vimos que de todas as formas de energia, a eletricidade,

ou energia eltrica, uma das mais versteis, pois se transforma com muita

facilidade e eficincia em muitas outras modalidades.

Vamos partir agora para mais alguns conceitos bsicos que nos levam a

caminhar pelos meandros da engenharia eltrica, i.e., a eletricidade, que a

essncia dessa modalidade de energia, ou seja, as partculas que de fato

determinam seu comportamento.

4.1 A matria

No entendimento de Cavalin e Cervelin (2011), o estudo da eletricidade fica

mais fcil se a analisarmos a partir dos conceitos bsicos da estrutura da matria.

Tudo o que existe no universo, desde estrelas e planetas situados nos

pontos mais afastados at a menor partcula de poeira, constitudo de matria, que

pode se apresentar das mais variadas formas.

A menor parte da matria, sem que ela perca suas caractersticas originais,

denominada molcula. Abaixo temos uma molcula da gua.




27

A molcula de H2O

Se dividirmos as molculas, elas perdem suas caractersticas, e na diviso

obtm-se partculas denominadas tomos. Os tomos so compostos por partculas

infinitesimais (muito pequenas) denominadas prtons, nutrons e eltrons.

Os prtons e nutrons esto localizados no ncleo. Enquanto prtons

comportam-se como carga eltrica elementar positiva, nutrons no tm carga

eltrica.

Os eltrons esto localizados na eletrosfera e possuem carga eltrica

negativa.

tomo em grego significa indivisvel. At h pouco tempo julgava-se correto

este significado, porm, com o aprofundamento dos estudos e pesquisas da fsica

nuclear, verificou-se que o fenmeno da indivisibilidade no era verdadeiro, pois

atravs de bombardeamentos possvel a diviso do tomo, que gera a famosa e

polmica energia atmica ou energia nuclear.

A disposio das partculas do tomo (prtons, nutrons e eltrons),

conforme a teoria atmica, foi proposta pelo fsico dinamarqus Niels Bohr (1885-

1962) que caracteriza uma semelhana muito grande com o sistema solar, ou seja:

o ncleo representa o Sol e constitudo por prtons e nutrons;

os eltrons giram em volta do ncleo em rbitas planetrias.




28

Modelo atmico de Bohr

Os eltrons que giram em rbitas mais externas do tomo so atrados pelo

ncleo com menor fora do que os eltrons das rbitas mais prximas. Os mais

afastados so denominados eltrons livres, e com muita facilidade podem se

desprender de suas rbitas.

Devido a essa caracterstica, podemos dizer que os eltrons livres sob uma

tenso eltrica do origem corrente eltrica.

A facilidade ou a dificuldade de os eltrons livres se libertarem ou se

deslocarem de suas rbitas determina a condutibilidade eltrica da matria ou

substncia. Ou seja: se os eltrons se libertarem com facilidade de suas rbitas,

como o caso dos metais como o ouro, a prata, o cobre, o alumnio, a platina, etc.,

esses materiais recebem o nome de condutores eltricos.

Entretanto, se os eltrons tiverem dificuldade de se libertar de suas rbitas,

isto , estiverem presos ao ncleo, como o caso do vidro, cermica, plstico,

baquelite, etc., esses materiais sero denominados de isolantes eltricos.

At o momento vimos, teoricamente, que a eletricidade constituda por

partculas diminutas chamadas eltrons, prtons e nutrons, e que os eltrons se

movem com maior ou menor velocidade dependendo das caractersticas dos

materiais. Mas como ver/sentir/perceber/medir esses efeitos na prtica?

Pedimos desculpas, mas seremos extremamente didticos: pois bem, dia de

tempestade, raios e relmpagos por todos os lados, eis que temos a oportunidade

de ver a formao de uma centelha ou ... ao fecharmos um interruptor, verificamos

que a lmpada acende. Tambm, em algum momento da vida, experimentamos a




29

sensao de um choque eltrico ao tocarmos em partes energizadas de uma

instalao eltrica.

J vimos e sentimos!

Para medir e registrar a energia eltrica nada mais do que utilizarmos

instrumentos adequados como, por exemplo, voltmetros, ampermetros, etc.

Quanto aos efeitos da eletricidade, estes so possveis devido aos seguintes

fatores ou grandezas eltricas:

corrente eltrica;

tenso eltrica;

potncia eltrica;

resistncia eltrica.

4.2 Grandezas eltricas

Corrente eltrica o movimento ordenado de eltrons livres no interior de

um condutor eltrico, sob a influncia de uma fonte de tenso eltrica.

O instrumento usado para medir a corrente eltrica o ampermetro (A).

A corrente eltrica representada pela letra I.

A unidade de medida de corrente eltrica o ampre (A).

S haver corrente eltrica se houver uma carga conectada a um circuito

fechado, isto , quando os terminais de uma determinada carga (chuveiro, motor,

lmpada) estiverem ligados, por meio de condutores eltricos, a uma fonte de

tenso eltrica, portanto, Tenso eltrica a fora exercida nos extremos do

circuito, para movimentar de forma ordenada os eltrons livres.

O instrumento usado para medir tenso eltrica o voltmetro (V).

O smbolo que representa a tenso eltrica a letra V.

A unidade de medida de tenso eltrica o volt (V).




30

A potncia eltrica uma grandeza utilizada com frequncia na

especificao dos equipamentos eltricos. Ela determina basicamente quanto uma

lmpada capaz de emitir luz, o quanto o motor eltrico capaz de produzir

trabalho ou a carga mecnica que pode suportar em seu eixo, o quanto um chuveiro

capaz de aquecer a gua, ou quanto um aquecedor de ambientes capaz de

produzir calor, etc.

A potncia normalmente responsvel pelas dimenses dos equipamentos

ou mquinas. Quanto maior a potncia, maior ser o trabalho realizado em um

determinado tempo.

Para haver potncia eltrica necessrio tenso eltrica (V) e corrente

eltrica (I).

Guarde...

Sobre corrente, tenso e potncia, podemos concluir que num circuito com

uma lmpada incandescente de 100W, ligada a uma fonte de tenso varivel,

teremos:

a) diminuindo a tenso e a corrente, o brilho da lmpada ser menor (menor

potncia).

b) aumentando a tenso e a corrente, o brilho da lmpada ser maior (maior

potncia).

Isto significa que a tenso, a corrente e a potncia variam de maneira direta.

Num sistema eltrico existem trs tipos de potncia (lmpadas = potncia

luminosa; chuveiro = potncia trmica; motor = potncia mecnica):




31

Potncia ativa a capacidade real de as cargas produzirem trabalho.

aquela que realmente se transforma em potncia luminosa, trmica ou mecnica.

representada pela letra P.

A unidade de medida de potncia ativa o watt (W), ou o seu mltiplo que

o quilowatt (kW).

O instrumento usado para medir potncia ativa o wattmetro.

A relao existente entre cv, hp e kW a seguinte:

1cv = 736W ou 1cv = 0,736kW => 1kW = 1,36cv

1hp = 746W ou 1hp = 0,746kW => 1kW = 1,34hp

Potncia reativa a responsvel pela produo dos campos

eletromagnticos necessrios para o funcionamento de equipamentos, tais como

reatores, motores e transformadores.

A unidade de potncia reativa o var (volt-ampre-reativo) ou kvar.

O instrumento para fazer a medio da potncia reativa o varmetro.

As concessionrias de energia eltrica utilizam o quilovolt-ampre-reativo

hora (kvarh) para registrar o consumo de energia reativa do consumidor.

Potncia aparente o produto da multiplicao da tenso eltrica pelo valor

da corrente instantnea. A potncia ativa e a potncia reativa juntas constituem a

potncia aparente, que a potncia total gerada e transmitida carga.

A unidade de potncia aparente o VA (volt-ampre) ou kVA ou MVA.

O fator de potncia um ndice que mostra a forma como a energia eltrica

recebida est sendo utilizada, ou seja, indica quanto a energia solicitada (aparente)

est realmente sendo usada de forma til (energia ativa).

O instrumento para medir o fator de potncia o cossefmetro.

Ele determinado pela aplicao da seguinte expresso:




32

O fator de potncia pode apresentar-se de duas formas:

1) Circuitos puramente resistivos como lmpadas incandescentes, chuveiros

e aquecedores, o FP = cos =1,0.

2) Circuitos indutivos tipo motores, transformadores e reatores, o FP = cos

< 1,0.

Resistncia eltrica a oposio oferecida por todos os elementos do

circuito passagem da corrente eltrica.

A resistncia eltrica representada pela letra R.

A expresso matemtica da lei de Ohm :

Em que:

R - Resistncia eltrica, em ohm ().

E - Tenso eltrica, em volt (V).

I - Intensidade de corrente eltrica, em ampre (A).

Foi desta forma que nasceu a Lei de Ohm:

A intensidade da corrente eltrica que passa por uma resistncia

eltrica diretamente proporcional diferena de potencial ou tenso eltrica

entre os terminais da resistncia.




33

A unidade de medida da resistncia eltrica o ohm ().

O instrumento usado para medir resistncia eltrica o ohmmetro.

O smbolo de resistncia eltrica um retngulo:

4.3 Tipos de circuitos

Podemos definir circuito como o caminho completo para a circulao de

corrente eltrica.

Quando dizemos que um circuito em srie, ele contm duas ou mais

cargas, porm um nico caminho para a circulao da corrente; sai da fonte de

tenso, passa pelas cargas e volta fonte, conforme ilustrado abaixo:

No circuito em srie, a resistncia total igual soma das resistncias

individuais ao longo do circuito.

Isto RT = R1 + R2 + R3 + Rn

A tenso fornecida pela fonte do circuito srie se divide pelo nmero de

resistores de cada carga. Ento, a soma das quedas de tenses individuais de cada

carga igual tenso da fonte.

Isto :

VT = VR1 + VR2 + VR3 + VRn




34

A corrente total (It) pode ser calculada da seguinte forma:

A desvantagem dos circuitos em srie ocorre quando da abertura de

qualquer parte do circuito; simultaneamente a corrente para de circular e a tenso

retirada de todas as cargas.

Os circuitos em srie so aplicados em:

lmpadas ligadas em srie de rvores de Natal;

controle de velocidade de motores;

controle de intensidade luminosa;

em circuitos eletrnicos.

Sobre o sentido da corrente e polaridade:

A - Sentido Real da Corrente

A corrente eltrica circula atravs da bateria do polo negativo para o polo

positivo. Desta forma, a bateria est fornecendo energia para a carga.

A corrente no interior da bateria circula do polo negativo para o polo positivo,

contudo, a corrente externa circula do terminal positivo para o terminal negativo da

bateria.

B - Sentido Convencional da Corrente

Os sinais de polaridade mostram nos resistores que a corrente circula do

terminal positivo dos resistores para o terminal negativo. A corrente no circuito srie

pode ser medida inserindo-se um ampermetro em srie.

Como existe somente um caminho para a circulao da corrente, qualquer

parte do circuito pode ser interrompida para inserir o ampermetro. Todos os

ampermetros das figuras seguintes medem o mesmo valor de corrente, mostrando

que em cada caso a tenso e a resistncia total so as mesmas.




35

Os paralelos so circuitos de vrias cargas que tm mais de um caminho

para a corrente. Cada caminho da corrente chamado de ramo.

O circuito da figura seguinte tem trs ramos, e a corrente se divide entre os

trs.

Cada ramo, independentemente dos outros, tem sua prpria carga. A

corrente e a potncia em um ramo so independentes da corrente, resistncia ou

potncia de qualquer outro ramo.

No circuito paralelo, todas as tenses, a da fonte e a de todos os ramos, so

iguais.

Nas figuras a seguir, cada voltmetro indica a mesma tenso.




36

Em um circuito paralelo, a relao entre tenso da fonte e tenso na carga

expressa como:

A corrente total no circuito paralelo igual soma das correntes individuais

de cada ramo. A corrente total se divide em duas ou mais correntes no n.

As vrias correntes que chegam ou deixam um n so relacionadas pela Lei

da Corrente de Kirchoff, a qual estabelece que a soma das correntes que chegam a

um n igual soma das correntes que deixam o mesmo n no importando o

nmero de fios conectados ao n.

A relao das correntes em circuitos paralelos expressa por:

Quanto resistncia nos circuitos paralelos:

A resistncia total em um circuito paralelo sempre menor que a resistncia

dos ramos. Quando adicionamos resistores em paralelo ao circuito, a corrente total

aumenta e a resistncia total diminui.

Pode at parecer ilgico que adicionando resistncias em paralelo com o

circuito, decresa a resistncia total. A lgica da afirmativa pode ser observada com

o uso da Lei de Ohm. Veja:




37

Finalmente, tanto o numerador quanto o denominador da equao podem

ser divididos por VT. Assim:

Quando tivermos somente dois resistores em paralelo, podemos usar a

frmula simplificada.

Caso tenhamos um circuito paralelo com resistncias de valores iguais, a

resistncia total pode ser calculada da seguinte forma:

4.4 Condutores eltricos

Em geral, d-se o nome de cabo ao conjunto de condutor, camada isolante e

capa de proteo, conforme a ilustrao a seguir:

evidente que a nica parte essencial o condutor. As demais podem

existir ou no. Exemplos: existem cabos completamente sem isolao (cabos nus),

usados em linhas areas, aterramento, para-raios e em outros casos. Nos cabos




38

usados em instalaes residenciais, tomadas, ligaes internas de aparelhos e

outros, isolante e capa so normalmente uma nica camada. Cabos para alta tenso

geralmente tm uma camada a mais, metlica, entre o isolante e a capa

(blindagem).

O condutor pode ser um nico fio (fio rgido) ou ser formado por um

agrupamento de fios mais finos, o que d uma flexibilidade ao cabo (cabo flexvel).

mais comum a designao fio rgido ou fio flexvel.

A maioria das instalaes residenciais e comerciais usa fios rgidos por uma

questo de custo. Melhor se fossem flexveis. Estes tm menos tendncia de se

soltarem dos terminais e bornes de ligao.

O material do condutor quase sempre o cobre. o metal que apresenta

melhor compromisso entre condutividade eltrica e custo. Em alguns casos, como

linhas de transmisso, usado o alumnio.

A capacidade de conduo de corrente de um cabo depende basicamente

da bitola do condutor. Entretanto, isso no deve ser o nico critrio de

dimensionamento. Exemplo: uma carga alimentada por um cabo de comprimento

10 m, se for deslocada e o cabo agora tem 100 m, poder ser necessria uma bitola

maior para manter a queda de tenso dentro do tolervel.

A padronizao dos cabos segundo a capacidade dada pela rea da seo

transversal do condutor em milmetros quadrados (mm2). A tabela abaixo d os

valores usuais de capacidade de conduo em corrente para as sees

padronizadas (BOLSONI, 2007).

Tais valores se referem a cabos isolados com PVC, a 70C, temperatura

ambiente de 30C, instalados em calhas ou dutos. Ver catlogos dos fabricantes

para mais detalhes.




39

Seo (mm2) 2 condutores carregados (A) 3 condutores carregados (A)

0,5 9 8

1 13,5 12

1,5 17,5 15,5

2,5 24 21

4 32 28

6 41 36

10 57 50

16 76 68

25 101 89

35 125 111

Padronizao de cores de cabos para instalaes:

Segundo Bolsoni (2007), na maioria das instalaes residenciais e

comerciais, no h qualquer critrio para diferenciar os condutores. Uma distino

por meio de cores altamente vantajosa, tanto para os servios de instalao

quanto eventuais reparos e substituies. Abaixo temos o padro normalmente

adotado.

Fase R preto ************ Fase S branco ********* Fase T vermelho

Neutro - azul claro ************* Terra - verde

Seo (mm2) 2 condutores carregados (A) 3 condutores carregados (A)

50 151 134

70 192 171

95 232 207

120 269 239

150 309 272

185 353 310

240 415 364

300 473 419

400 566 502

500 651 578




40

UNIDADE 5 ANEEL E CONCESSIONRIAS DE ENERGIA

A Agncia Nacional de Energia Eltrica Aneel responsvel pela

regulao e fiscalizao do mercado de energia eltrica no Brasil. Ela controla a

energia eltrica desde a gerao at a chegada nas residncias de todo o pas. E

em cada etapa desse caminho existem empresas trabalhando: geradoras, que

produzem a energia eltrica; transmissoras, que levam a energia at as cidades;

distribuidoras, que fazem a energia chegar at a sua casa ou empresa; e ainda

existem outras.

Alm de trabalhar para que os servios de eletricidade sejam prestados com

qualidade, a Aneel tambm atende e informa a sociedade, esclarecendo dvidas e

considerando os interesses do governo, das empresas e dos consumidores.

Disponvel em: http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/cartilha_uso_eficiente.pdf

A misso da ANEEL proporcionar condies favorveis para que o

mercado de energia eltrica se desenvolva com equilbrio entre os agentes e em

benefcio da sociedade.

No site da Aneel encontram-se outras informaes pertinentes a rea.

Abaixo temos os links para as concessionrias atuantes no Brasil:

AES SUL Distribuidora Gacha de Energia S/A

AES Tiet S/A

AmE - Amazonas Distribuidora de Energia

AMPLA Energia e Servios S/A

Bandeirante de Energia

Boa Vista Energia

CEAL - Companhia Energtica de Alagoas

CEB - Companhia Energtica de Braslia

CELESC - Centrais Eltricas de Santa Catarina

CELG - Companhia Energtica de Gois

CELPE - Companhia Energtica de Pernambuco

CEMAR - Companhia Energtica do Maranho S/A

CEMAT - Centrais Eltricas Matogrossenses

CEMIG - Companhia Energtica de Minas Gerais




41

CERON - Centrais Eltricas de Rondnia S/A

CESP - Companhia Energtica de So Paulo

CHESF - Companhia Hidreltrica do So Francisco

CLFSC - Companhia Luz e Fora Santa Cruz

COCEL - Companhia Campolarguense de Energia

COELBA - Companhia de Eletricidade do Estado da Bahia

COELCE - Companhia Energtica do Cear

COOPERALIANA - Cooperativa Aliana

COPEL - Companhia Paranaense de Energia

COSERN - Companhia Energtica do Rio Grande do Norte

CPFL - Companhia Paulista de Fora e Luz

CTEEP - Companhia de Transmisso de Energia Eltrica Paulista

DMEPC - Departamento Municipal de Eletricidade de Poos de Caldas

EBO - Energisa Borborema

EFLUL - Empresa Fora e Luz Urussanga Ltda

ELEKTRO - Eletricidade e Servios S/A

ELETROACRE - Companhia de Eletricidade do Acre

ELETROBRS - Centrais Eltricas Brasileiras S.A

ELETROCAR - Centrais Eltricas de Carazinho S/A.

ELETRONORTE - Centrais Eltricas do Norte do Brasil S.A

ELETRONUCLEAR - Eletrobrs Termonuclear S/A

ELETROPAULO - Eletropaulo S.A - Eletricidade de So Paulo

ELETROSUL - Eletrosul Centrais Eltricas S/A

EMG - Energisa Minas Gerais

ENERSUL - Empresa Energtica do Mato Grosso do Sul

ENF - Energisa Nova Friburgo

EPB - Energisa Paraba

ESCELSA - Esprito Santo Centrais Eltricas S.A

ESE - Energisa Sergipe

FURNAS - Furnas Centrais Eltricas S.A

GEAM - Grupo de Empresas Associadas Machadinho

Grupo Rede - Holding que controla as Concessionrias

HIDROPAN - Hidroeltrica Panambi S/A.

Iguau Distribuidora de Energia Eltrica Ltda

ITAIPU - Binacional

LIGHT - Light Servios de Eletricidade S.A

Muxfeldt Marin & Cia. Ltda

RGE - Rio Grande Energia S/A

SULGIPE - Companhia Sul Sergipana de Eletricidade




42

TRACTEBEL - Tractebel Energia S/A

Outras entidades/rgos/instituies de interesse para o engenheiro

eletricista.

A Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) atua em todas as

reas tcnicas do pas. Produz normas em formato de texto que so adotados pelos

rgos governamentais (federais, estaduais e municipais) e pelas firmas. Compem-

se de Normas (NB), Terminologia (TB), Simbologia (SB), Especificaes (EB),

Mtodo de ensaio e Padronizao (PB).

A American National Standards Institute (ANSI), Instituto de Normas dos

Estados Unidos, publica recomendaes e normas em praticamente todas as reas

tcnicas. Na rea dos dispositivos de comando de baixa tenso tem adotado

frequentemente especificaes da UL e da NEMA.

International Comission on Rules of the approval of Eletrical Equipment

(CEE) Especificaes internacionais, destinadas, sobretudo, ao material de

instalao.

Canadian Eletrical Manufctures Association (CEMA) Associao

Canadense dos Fabricantes de Material Eltrico.

Canadian Standards Association (CSA) Entidade Canadense de Normas

Tcnicas, que publica as normas e concede certificado de conformidade.

Danmarks Elektriske Materielkontrol (DEMKO) Autoridade Dinamarquesa

de Controle dos Materiais Eltricos que publica normas e concede certificados de

conformidade.

Deutsche Industrie Normen (DIN) Associao de Normas Industriais

Alems. Suas publicaes so devidamente coordenadas com as da VDE.

International Electrotechinical Comission (IEC) Esta comisso formada

por representantes de todos os pases industrializados. Recomendaes da IEC,

publicadas por esta Comisso, j so parcialmente adotadas e caminham para uma

adoo na ntegra pelos diversos pases ou, em outros casos, est se procedendo a




43

uma aproximao ou adaptao das normas nacionais ao texto dessas normas

internacionais.

Japanese Electrotechinical Committee (JEC) Comisso Japonesa de

Eletrotcnica.

The Standards of Japan Electrical Manufactures Association (JEM)

Normas da Associao de Fabricantes de Material Eltrico do Japo.

Japanese Industrial Standards (JIM) Associao de Normas Industriais

Japonesas.

Kenring van Elektrotechnische Materialen (KEMA) Associao Holandesa

de ensaio de Materiais Eltricos.

National Electrical Manufactures Association (NEMA) Associao Nacional

dos Fabricantes de Material Eltrico (E.U.A.).

Osterreichischer Verband fur Elektrotechnik (OVE) Associao Austraca

de Normas Tcnicas, cujas determinaes geralmente coincidem com as da IEC e

VDE.

Svensk Standard (SEN) Associao Sueca de Normas Tcnicas.

Underwriters Laboratories Inc (UL) Entidade nacional de ensaio da rea de

proteo contra incndio, nos Estados Unidos, que, entre outros, realiza os ensaios

de equipamentos eltricos e publica as suas prescries.

Union Tecnique de lElectricit (UTE) Associao Francesa de Normas

Tcnicas.

Verband Deutscher Elektrotechniker (VDE) Associao de Normas

Tcnicas alems, que publica normas e recomendaes da rea de eletricidade.




44

UNIDADE 6 A IMPORTNCIA DA MANUTENO

Virou lugar comum justificarmos qualquer atitude ou deciso em termos de

planejamento estratgico organizacional ao ambiente competitivo imposto pela

globalizao, mas fato, no h como fugir dessa verdade que se impe ao nosso

cotidiano a todo o momento.

O planejamento componente essencial em qualquer tipo de organizao

ou atividade e tanto pode estar voltado para assegurar a continuidade de uma

situao atual como pode estar voltado para inovao ou melhoria de um

comportamento e ainda pode voltar-se para contingncias futuras com um sentido

mais preventivo.

Pensando assim, o planejamento deve acontecer de maneira contnua,

permanente e envolvendo um maior nmero de pessoas em sua elaborao e

implementao.

No tocante manuteno, nesse ambiente competitivo real em que vivem as

organizaes, principalmente as industriais, ela deve atender s necessidades

destas empresas, com destaque para a exigncia crescente por qualidade de

produtos e servios e a automatizao dos processos produtivos. A manuteno

deve buscar seu aperfeioamento contnuo e se organizar para combater os

desperdcios, procurando atingir a mxima eficcia, contribuindo assim para a

competitividade dos produtos e servios oferecidos pela empresa.

Viana (2002) afirma que a Manuteno Industrial deve atuar na preservao

dos equipamentos e instalaes e proporcionar o mximo aproveitamento destes

ativos para o processo produtivo. O alcance deste objetivo repercute em todos os

aspectos do produto final de uma organizao. O autor afirma ainda que a

manuteno deve utilizar-se de formas de organizao e tcnicas para perseguir o

zero defeito e a mxima disponibilidade dos equipamentos, no podendo limitar-se a

simples interveno para correo dos problemas cotidianos.

Campbell (1995 apud CALLIGARO, 2003) considera que muitas

organizaes sofrem por negligenciarem elementos essenciais para o sucesso,




45

como por exemplo, a Manuteno Industrial. Destaca ainda que essa manuteno

tem a funo de manter os ativos fsicos nas suas melhores condies, de modo a

garantir a capacidade de produzir e prover bens e servios. Permite, desta forma, a

expanso da capacidade do processo produtivo, proporciona a satisfao dos

consumidores, mantm o processo produtivo em regime controlado e seguro, e

mantm sob controle os riscos para o meio ambiente e segurana das pessoas.

A manuteno desse modo tem influncia direta sobre a lucratividade da

empresa. Os ganhos decorrentes do adequado gerenciamento da manuteno,

traduzidos na forma de aumento da confiabilidade dos equipamentos, reduo dos

custos e melhoria da qualidade dos produtos associados atuao da manuteno,

podem proporcionar preos mais competitivos e conquista de mercados. Os ganhos

potenciais podem ser bastante expressivos, o que numa economia altamente

competitiva, no deve ser desprezado. Por outro lado, deficincias de atuao da

manuteno podem colocar em risco a competitividade da empresa, e, por

conseguinte, a sua sobrevivncia (XENOS, 1998).

Essas trs caractersticas (manutenibilidade, confiabilidade e

disponibilidade) devem permear todo o processo de manuteno, mas iniciar-se logo

da fase de concepo de uma mquina.

Essa condio nos leva a entender que a manuteno deve assessorar na

hora da especificao e parecer tcnico para compra e participar da instalao, fase

de testes e condicionamento de partida. Por fim, deve-se providenciar o treinamento

para as equipes de manuteno, organizao da documentao, cadastro e

suprimento de sobressalentes, e procedimentos de manuteno (CALLIGARO,

2003).

6.1 Definies, benefcios e finalidades da manuteno

Slack et al (2002) definiram manuteno como o termo usado para abordar a

forma pela qual as organizaes tentam evitar as falhas ao cuidar de suas

instalaes fsicas. uma parte importante da maioria das atividades de produo,

especialmente aquelas cujas instalaes fsicas tm papel fundamental na produo

de seus bens e servios. Em operaes como centrais eltricas, hotis, companhias




46

areas e refinarias petroqumicas, as atividades de manuteno sero responsveis

por parte significativa do tempo e da ateno da gerncia de manuteno.

De acordo com Wyrebski (1997), a conservao de instrumentos e

ferramentas uma prtica observada, historicamente, desde os primrdios da

civilizao, mas, efetivamente, foi somente quando da inveno das primeiras

mquinas txteis, a vapor, no sculo XVI, que a funo manuteno emerge.

Naquela poca, aquele que projetava as mquinas, treinava as pessoas

para operarem e consertarem, intervindo apenas em casos mais complexos. At

ento, o operador era o mantenedor mecnico. Somente no sculo passado,

quando as mquinas passam a serem movidas, tambm, por motores eltricos,

que surge a figura do mantenedor eletricista.

Assim, com a necessidade de se manter em bom funcionamento todo e

qualquer equipamento, ferramenta ou dispositivo para uso no trabalho, em pocas

de paz, ou em combates militares nos tempos de guerra, houve a consequente

evoluo das formas de manuteno (SOUZA, 2008; SOUZA; SANTANA, 2012).

Quanto aos benefcios atingidos quando a manuteno atuante, Slack et

al. (2002) citam os seguintes:

segurana melhorada diminui o risco s pessoas que atuam no ambiente;

confiabilidade aumentada menos tempo perdido com conserto;

qualidade maior equipamentos em melhor desempenho;

custos de operao mais baixos alguns elementos de tecnologia funcionam

melhor quando recebem manuteno regularmente;

tempo de vida mais longo prolongar a vida efetiva das instalaes;

valor final mais alto instalaes bem mantidas propiciam vendas de

segunda mo para o mercado.

Precisamos lembrar que a programao da manuteno e sua organizao

contribuem para melhorias que vo desde o aumento da produtividade at a reduo

de custos.




47

Voltando ainda ao processo produtivo, ele o rgo vital, responsvel por

gerar bens e servios a serem comercializados pela empresa. Para Tubino (1997)

sua essncia consiste em adicionar valor aos bens ou servios durante o processo

de transformao. Segundo esse conceito, todas as atividades produtivas que no

adicionarem valor aos bens devem ser consideradas como perdas e eliminadas,

ponto em que a manuteno encaixa-se perfeitamente.

Observando a estrutura necessria ao desempenho satisfatrio de uma

funo de manuteno, chega-se concluso que essa mesma estrutura evolui

continuamente. Logo, o paradigma ultrapassado de que a boa manuteno aquela

que executa um bom reparo tambm evolui agora para um novo conceito, de que

uma boa manuteno aquela que consegue evitar ao mximo as perdas no

planejadas (PIRES, 2005).

Finalmente, para Palmer (1998 apud PIRES, 2005), a finalidade da

manuteno permitir confiabilidade de capacidade a uma planta industrial. E

seguindo este raciocnio, prefervel investir em equipamentos que cada vez menos

necessitem de interveno, ao invs de se adotar uma poltica que busque ser

eficiente na reao e reparo. Deve-se buscar sempre a preveno em primeira

instncia, agindo antes da falha.

preciso ficar claro de imediato que, de qualquer ngulo adotado, devemos

perceber que a manuteno industrial visa de alguma maneira alcanar

disponibilidade de acordo com a necessidade, ao menor custo, seja ele de capital

humano ou financeiro, objetivando sempre o aumento da produtividade.

A manuteno de equipamentos pode ser classificada em diversos tipos. Isso

tem provocado confuso em sua caracterizao. Por isso, importante entender

claramente cada tipo existente e como surgiram.

As equipes de manuteno passaram a existir no incio do sculo XX,

quando, por ocasio da proximidade da Primeira Guerra Mundial, as fbricas tiveram

a necessidade de se empenharem em um programa de produo mnima (BALDIM,

1982 e VALE, 1978 apud BRANCO FILHO, 2008).




48

O advento da eletricidade quase que concomitante, substituiu as instalaes

de iluminao a gs e os motores eltricos usados trouxeram os eletricistas para as

equipes de manuteno.

Aps a guerra de 1914, acompanhando a evoluo da indstria, a

manuteno passou a existir em quase todas as unidades fabris, em atividades

desenvolvidas aps a quebra das peas ou parada das mquinas em falha. Era o

que hoje conhecemos por manuteno corretiva.

Esta situao perdurou at finais da dcada de 1930, quando a Segunda

Guerra Mundial trouxe a necessidade do aumento de produo e do cumprimento de

metas, trazendo ao pessoal realidade de que alguns equipamentos no podiam

parar durante certas tarefas.

A Administrao Industrial forava as equipes de manuteno a se

preocuparem em sanar rapidamente as falhas e a efetuarem servios que evitassem

e prevenissem a ocorrncia das falhas nos equipamentos mais importantes.

O avano das indstrias aeronuticas, com mtodos desenvolvidos para

garantir que um avio voaria um tempo mnimo em bom estado de funcionamento,

reforou o desenvolvimento de tcnicas e mtodos de trabalho que atualmente

chamamos de Manuteno Preventiva, porque no possvel efetuar reparos na

maior parte dos equipamentos de uma aeronave em voo.

Por volta dos anos de 1950 at 1960, em resposta necessidade de garantir

o funcionamento de uma mquina, foi criado um rgo, uma equipe especializada,

que efetuava estudos sobre o quo confivel era o equipamento e o que fazer para

que fosse mais confivel. Estudos em torno de como efetuar reparos mais rpidos,

estudos para tornar as equipes mais eficientes, de melhores mtodos de trabalho

em manuteno, de quantidade adequada de sobressalentes, de melhoria de locais

de trabalho, e tambm das caractersticas das falhas e sua repetio, passaram a

ser desenvolvidos e encontram-se agrupados em torno do ttulo Engenharia de

Manuteno.

Devido ao desenvolvimento dos computadores, a Engenharia de Manuteno

passou a desenvolver processos mais sofisticados de controle e anlise, utilizando-




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se de frmulas complexas visando predeterminar os perodos mais econmicos de

execuo da Manuteno Preventiva.

A manuteno preventiva, aliada ao uso de medies e acompanhamento

peridico nos equipamentos, com o uso de instrumentos sofisticados e at

monitorao remota, introduziu j na dcada de 1960/1970 o conceito de

Manuteno Preditiva ou Controle Preditivo de Manuteno, que a manuteno

efetuada apenas quando se detecta a aproximao de uma condio instvel ou de

uma falha. Se no existe a condio instvel, o equipamento fica em funcionamento

at que a proximidade de falha seja detectada. Por outro lado, o controle estatstico

de falhas ocorridas, poder indicar quando, provavelmente, o equipamento falhar.

O mtodo estatstico uma valiosa ferramenta para a determinao da aproximao

de uma condio de falha.

Em 1970, o Ministrio de Tecnologia da Gr-Bretanha criou o conceito de

terotecnologia, relacionado com a facilidade de manuteno das mquinas,

equipamentos e sistemas. A terotecnologia consistia na participao dos operadores

finais na fase de concepo dos projet

Introdução à Engenharia Elétrica

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