Como instalar um inversor de frequência parte1

          
     Este post descreve os procedimentos de  fixação e de instalações elétricas de potência e controle de um inversor de frequência, utilizando com exemplo um inversor da marca WEG CFW09.
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     Primeiramente devemos escolher o localização em que vai ser instalado o inversor, deve-se utilizar uma superfície plana na posição vertical,  livre de poeira e umidade.
     Quando instalado dentro de um painel  ou caixas metálicas fechadas, prover exaustão adequada para que a temperatura fique dentro da faixa permitida, a localização é um fator determinante para um bom funcionamento e assegurar a vida útil de seus componentes.

     Fixando o inversor:

     Para inversores de 6 A a 14 A colocar primeiramente os parafusos de baixo, apoiar o inversor e então os parafusos de cima como mostra a figura 1:

Figura 1

     Para modelos acima de 14 A colocar primeiro os parafusos na superfície na qual o inversor será instalado colocar o inversor e em seguida reapertar os parafusos como mostra a figura 2:

Figura 2

Ligando as conexões de potência:

     No inversor existem conexões de entrada de alimentação e saída para o motor. Nas conexões de entrada deve-se prever um seccionador ( como um contator, chave seccionadora, etc ), que deve seccionar a rede de alimentação quando necessário executar uma provável manutenção.
     Deve-se utilizar fusível ultra- rápido do tipo VR com a corrente igual ao indicado para cada modelo de inversor, para proteção correta de seus componentes eletrônicos.
     A tensão de rede deve ser compatível co  a tensão nominal do inversor. Não utilizar banco de capacitores para correção do fator de potência na entrada e nem na saída do inversor, isso também prejudica a vida útil de seus componentes.

Ligando as conexões de controle.

     As conexões de sinal (entradas/saídas analógicas) e controle (entradas/saídas digitais, saídas à relé) são feitas nos seguintes conectores:
     As DI são entradas digitais que funcionam com tensão de 24 Vdc gerada pelo próprio inversor que tem como opção de conectar um circuito de comando a distância como por exemplo uma botoeira ou um relé, como mostra a figura 3:

Figura 3

     As AI 1 e AI 2 são entradas analógicas de referencia de sinal, nelas podem ser conectadas como por exemplo um potenciômetro ou até mesmo o sinal de um controlador (sinal 0 a 10) Vcc ou (0 a 20) mA / (4 a 20) mA, como mostra a figura 4:

Figura 4

    As AO 1 e AO 2 são saídas analógicas de referência de sinal, na AO 1 é um sinal de referência de rotação já a AO 2 é uma referência de corrente do motor, onde em ambas você  pode estar conectando como por exemplo um indicador de velocidade ou mesmo de corrente. Figura 5:

Figura 5

     As RL são relé que podem ser utilizados como contatos auxiliares e são programáveis como mostra a figura 6:

Figura 6

  
       Agora você já conhece as conexões de um inversor e para que servem, no próximo post vou publicar quais os tipos de ligações e como proceder para configura- lo.    
  

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Dimensionamento de condutores

   
     Para se obter um dimensionamento correto dos condutores é necessário dois critérios importantes em circuitos trifásicos, que são a corrente e queda de tensão.
     O condutor deverá suportar uma corrente maior que a do equipamento. A corrente corrigida deve ser determinada para que se possa dimensionar os condutores.
      Ela é determinada levando-se em consideração a temperatura ambiente (instalação) e a disposição dos condutores dentro das tubulações, leitos e eletrocalhas.
     Calculando a corrente do motor:

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      Onde:

     Inm = corrente nominal do motor.
     Pmec = potência mecânica do motor;
     U = tensão nominal de alimentação do motor;
     fp = fator de potência do motor;
     η = rendimento do motor;

     Agora devemos consultar uma tabela de algum determinado fabricante de cabos no qual será utilizado ou também poderá ser consultado a NBR 5410  lá você encontra o condutor necessário para a corrente calculada do seu projeto
     O fator de temperatura deve ser aplicado quando a temperatura da instalação for diferente de 30°C em instalações subterrâneas e 20°C em instalações aparente.
     Os valores de capacidade de condução de corrente fornecidos pelas tabelas 36 a 39 são válidos  para o número de condutores carregados que se encontra indicado em cada uma de suas colunas. Para linhas elétricas contendo um total de condutores superior às quantidades indicadas nas tabelas 36 a 39,  a capacidade de condução de corrente dos condutores de cada circuito deve ser determinada, usando-se as  tabelas 36 a 39, com a aplicação dos fatores de correção pertinentes dados nas tabelas 42 a 45 (fatores de  agrupamento).
     Feito isso devemos então calcular a queda de tensão:

     Onde:

     AV = Queda de tensão em %:
     I = corrente do projeto
     R = Resistividade do condutor:
     S = Secção do condutor:
     U = Tensão de linha:
     L = Comprimento do circuito:

    Os condutores deverão ser dimensionados para atender a queda de tensão máxima admissível.
     Instalações em BT = 5%
     Instalações em AT = 7%
     Instalações atendidas em geração própria = 7%.
 
     As prescrições desta publicação são destinadas a garantir uma vida satisfatória a condutores e  isolações submetidos aos efeitos térmicos produzidos pela circulação de correntes equivalentes às suas  capacidades de condução de corrente durante períodos prolongados em serviço normal. Outras  considerações intervêm na determinação da seção dos condutores, tais como a proteção contra choques  elétricos (ver 5.1 da NBR 5410), proteção contra efeitos térmicos (ver 5.2 da NBR 5410), proteção contra sobrecorrentes (ver 5.3), queda  de tensão (ver 6.2.75410), bem como as temperaturas máximas admissíveis pelos terminais dos componentes da  instalação aos quais os condutores são ligados.
   
    

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Atuadores

     Os atuadores pneumáticos são os dispositivos que realizam o trabalho quando recebem a energia do ar comprimido por meio das válvulas de distribuição e controle. Em sua grande maioria, são cilindros ou atuadores pneumáticos que propiciam o deslocamento de um eixo de acordo com suas características de construção interna. São basicamente classificados como atuadores de simples ação e atuadores de dupla ação.
     A figura 1 ilustra o atuador de simples ação. Apesar de ser compressível, quando o ar comprimido enche uma das câmaras do cilindro, passa a exercer força na parede do êmbolo que isola uma câmara da outra. Dessa maneira, a força contrária que a mola exerce é vencida e ocorre o deslocamento axial de acordo com o modelo do cilindro. Esse avanço é representado pelas situações A e B da figura 1.
     Ao ser acionado, o eixo permanecerá avançado enquanto a pressão interna da câmara for superior à pressão atmosférica, mais a força que a mola exerce no sentido  contrário. Assim, uma vez interrompido o fluxo de ar, a pressão em ambos os lados passa a ser a mesma. A mola devidamente instalada faz sua função, ou seja, garantir que o eixo do cilindro recue, até que seja novamente requisitado seu avanço com uma nova “injeção” de ar comprimido. Esse recuo é representado pelas situações C e D da figura 1.

     O atuador de dupla ação possui avanço igual ao atuador de simples ação, porém, não utiliza mola interna. Depois de se movimentar, o eixo desse atuador permanecerá na mesma posição e imóvel, até que receba uma força mecânica externa ou que a câmara oposta receba ar comprimido. O esquema de funcionamento é apresentado na figura 2.

 

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Como funciona a energia trifásica eletricidade

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Sistema de comunicação

      Para que haja comunicação entre pelo menos dois pontos, são necessários basicamente:
     • Informação: voz, imagem e dados.
     • Alguém ou algo que transmita a informação: terminal fonte.
     • Alguém ou algo capaz de receber a informação: terminal destino.
     • Um meio físico para transmitir a informação: canal de comunicação.
     Esse conjunto de elementos para estabelecer uma comunicação é denominado sistema de comunicação. A rede de telefonia e a internet permitem a troca de informações diversas entre usuários, utilizando terminais tecnicamente compatíveis com cada sistema. O diagrama da figura 1 representa um sistema de comunicação analógico elementar.

Figura 1    Diagrama de sistema de comunicação
analógico elementar.

     Cada um desses estágios tem funções específicas no sistema de comunicação:
     • Fonte de informação – Gera a informação. Ex.: um locutor narrando um jogo de futebol ou uma pessoa falando ao telefone.
     • Transdutor da transmissão – Converte um tipo de energia em outra. Ex.: microfone, que converte as ondas sonoras da voz em sinais elétricos, e câmera de vídeo, que converte a imagem em sinais elétricos.
     • Transmissor (Tx) – Fornece a potência necessária para amplificar o sinal elétrico, a fim de que ele percorra longas distâncias, uma vez que sua energia vai se perdendo ao longo da transmissão pelo canal de comunicação (fios elétricos ou espaço livre) até ao receptor. Também é responsável pelos processos de modulação e codificação, que serão detalhados nos próximos capítulos.
     • Canal de comunicação – É o meio físico entre o transmissor e o receptor, pelo qual transitam os sinais elétricos ou eletromagnéticos da informação. Ex.: par trançado, fibra óptica, cabo coaxial, espaço livre.
     • Receptor (Rx) – Recebe os sinais da informação, faz sua demodulação e decodificação e o direciona ao transdutor da recepção.
     • Transdutor da recepção – Converte os sinais da informação em imagem, som, texto etc. Ex.: alto-falante e tela de TV.
     • Destinatário – É aquele a quem a mensagem se destina. Ex.: o ouvinte de uma rádio ou o telespectador de uma emissora de TV.
     Exemplos de sistemas de comunicação:
     • Telefonia móvel celular.
     • Sistema de comunicação via satélite.
     • Sistema de rádio ponto a ponto em micro-ondas.
     • Sistemas UHF e VHF de televisão.
     • Redes ópticas de comunicação. 

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Indução eletromagnética

     Com as experiências de Öersted e Ampère, descobriu-se que uma corrente elétrica pode gerar magnetismo. O físico inglês Michael Faraday realizou experimentos que comprovaram o efeito contrário: o magnetismo poderia gerar eletricidade (naquela época, a eletricidade só era obtida por meio de baterias e pilhas).
     Faraday montou o circuito apresentado na figura 1.

Figura 1   Experiência de Faraday.

 
     Nele, a bateria fornece corrente elétrica para um enrolamento, gerando, consequentemente, um campo magnético que seria transportado para outro enrolamento ligado a um galvanômetro. O detalhe é que, como os dois enrolamentos compartilhariam o mesmo núcleo magnético – o anel –, o segundo receberia o campo magnético do primeiro, fazendo surgir uma corrente que seria lida pelo galvanômetro.
      A experiência, porém, não deu certo, porque, pelo que vimos antes, faltou um componente importantíssimo.
     Portanto, para gerar eletricidade, não basta o magnetismo; é necessário também o movimento. Como as baterias e pilhas fornecem tensão contínua, para obter o movimento (variação), é necessário incluir um interruptor. Foi o que Faraday fez, anos depois (figura 2).
     No instante em que a chave (interruptor) fecha, ocorre uma variação – a corrente da bateria passa de zero a um valor qualquer – e, durante o intervalo do fechamento da chave, é gerada no segundo enrolamento uma corrente elétrica, chamada corrente induzida.

Figura 2

     Após esse tempo, não existe mais corrente no galvanômetro. Se a chave é aberta, durante o tempo de abertura (movimento), surge uma corrente no galvanômetro, mas com sentido contrário ao do caso anterior (figura 3).

Figura 3

     Faraday concluiu então que só há geração de eletricidade se ocorrer variação de uma grandeza associada ao campo magnético. Essa grandeza é o fluxo magnético (Φ), que nada mais é do que o número de linhas de indução dentro de uma área conhecida.

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A relação entre eletricidade e magnetismo

     Em 1820, o professor dinamarquês Hans Christian Öersted realizou uma experiência – conhecida, mais tarde, como experiência de Öersted – em que demonstrou pela primeira vez a relação entre eletricidade e magnetismo .
     A experiência consistia em colocar uma agulha imantada paralela a um fio que seria percorrido por uma corrente elétrica. Öersted observou que, ao fechar a chave do circuito, o fio era percorrido por uma corrente elétrica e, nesse momento, a agulha imantada desviava sua orientação norte-sul (figura 1), fenômeno já observado quando se aproximava um ímã de uma agulha imantada.
     Ao abrir a chave, o fluxo de corrente cessava e a agulha voltava a sua posição normal. Com isso, descobriu-se a relação entre eletricidade e magnetismo.

Figura 1 (a) Circuito elétrico que pode demonstrar a experiência de Öersted;
(b) Após a ligação da bateria fechando o circuito, a passagem de corrente provoca a
deflexão da bússola.

     No século XVIII, o cientista norte-americano Benjamin Franklin havia tentado explicar os fenômenos elétricos de atração e repulsão. Em sua teoria, admitia que todos os corpos possuíam uma espécie de “fluido elétrico”, responsável por tais fenômenos. Ao serem atritados, alguns corpos perdiam esse fluido (corpos negativos), outros o recebiam (corpos positivos). Sem o atrito, esses corpos permaneciam em seu estado neutro com número igual de fluidos negativos e positivos.
     De acordo com essas ideias, por se tratar de transferência de eletricidade de um corpo para outro, não haveria nem criação nem destruição de cargas elétricas, permanecendo constante a quantidade total de fluido elétrico.
     Atualmente, sabemos que o processo de separação de cargas elétricas ocorre por transferência de elétrons sem que o número de elétrons e prótons se altere e que a corrente elétrica em um fio está associada ao movimento de elétrons livres.

Figura 2  Elétrons em movimento
desordenado em um condutor metálico.

     Analisando a figura 2, podemos notar que os elétrons livres estão em movimento desordenado, não produzindo efeito externo algum. Esse condutor está em equilíbrio eletrostático, apresentando as seguintes características:
          • O campo elétrico resultante em seus pontos internos é nulo.
         • O potencial elétrico em todos os seus pontos internos e superficiais é constante.
          • Os elétrons livres distribuem-se em sua superfície externa.
     Se as extremidades do condutor são ligadas a uma bateria, passa a existir em seu interior um campo elétrico com sentido do polo positivo para o negativo, como mostra a figura 3.

Figura 3  Elétrons em movimento ordenado em um condutor
metálico e manifestação da corrente elétrica.

     Com o surgimento desse campo elétrico no interior do condutor, os elétrons livres ficam submetidos a uma força elétrica – cujo sentido é contrário ao do campo elétrico, pois a carga dos elétrons é negativa –, o que altera seu deslocamento: eles se movem com direção e sentido iguais aos da força elétrica. Esse movimento ordenado é denominado corrente elétrica, medida em ampere (A).
     Então, é correto dizer que a corrente elétrica possui magnetismo?
     Sabemos que uma carga elétrica imóvel no espaço origina um campo elétrico .
     Quando essa carga elétrica passa a se mover, surge a seu redor uma região com propriedades magnéticas, chamada campo magnético.

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Tensão elétrica (U) ou diferença de potencial (ddp)

     Uma carga imersa em um campo elétrico fica sujeita a uma força e pode vir a se movimentar. Em outras palavras, essa carga adquire uma energia potencial elétrica ep, que pode ser transformada em energia de movimento (cinética), ou seja, pode realizar trabalho. Quanto maior a carga, maior a força e maior a energia potencial ep. 
     O fator ep/Q indica a quantidade de energia por unidade de carga. Essa razão é conhecida como potencial elétrico. Observe que é possível calcular o potencial em cada ponto do campo elétrico. Sua unidade é o joule/coulomb (J/C), batizado de volt (V).
      Particularmente importante é a definição de tensão ou diferença de potencial (ddp) entre dois pontos. Dados dois pontos A e B, com potenciais VA e VB respectivamente, define-se tensão entre os pontos A e B ou diferença de potencial entre os pontos A e B como:
                                                     UAB = VA – VB (1.3)
     Em circuitos elétricos, a diferença de potencial é imposta por geradores ou baterias. A figura 1 ilustra o símbolo de um gerador de tensão contínua, com a ponta da f lecha; o traço maior do símbolo indica o ponto de maior potencial (terminal positivo, +).

Figura 1

     Os instrumentos de medida em eletricidade, na maioria das vezes, recebem o nome de acordo com a grandeza mensurada. Assim, o instrumento que mede a tensão elétrica é o voltímetro, que deve ser ligado em paralelo com o elemento a ser medido (figura 2). No caso de um sinal contínuo, é preciso prestar atenção à polaridade das pontas de prova.

Figura 2

     A analogia com um sistema hidráulico é bastante útil para entender o significado da tensão elétrica. A figura 3 ilustra dois reservatórios de água interligados a um registro: o reservatório A está cheio de água, enquanto o B permanece vazio.

Figura 3

     O lado esquerdo da válvula está sujeito à pressão da coluna de água no reservatório A (análogo ao potencial no terminal positivo da bateria). O lado direito da válvula tem apenas a pressão atmosférica (equivalente ao potencial no terminal negativo da bateria), que é muito menor que a pressão no lado esquerdo da válvula.
     Quando se abre a válvula, a água sai do reservatório A em direção ao B, até que o nível nos dois reservatórios fique exatamente o mesmo, ou seja, deixa de existir a diferença de pressão (diferença de potencial) entre eles (figura 4).

Figura 4

 

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Periféricos de interface com o usuário

     A maioria das aplicações com controladores lógicos programáveis necessita de uma interface homem-máquina (IHM). Em um processo produtivo, o operador precisa interagir com o processo ou a máquina, comandando operações, alterando parâmetros, visualizando situações e recebendo diagnósticos.
     Quando se iniciou o desenvolvimento dos CLPs, a interface com o usuário era praticamente igual à existente nos painéis de relés. Funções booleanas podiam ser introduzidas por meio de botoeiras e visualizadas com o uso de lâmpadas de sinalização. Os CLPs com grande número de bits de entrada e capacidade de processamento aritmético permitiam a leitura de dados numéricos utilizando chaves thumbwheel. Tratava-se de chaves com dez posições, cada uma delas representando um número. Quando conectada às entradas digitais do CLP, a thumbwheel indicava qual número o usuário escolheu. A indicação podia ser em código hexadecimal ou BCD. Várias chaves podiam ser combinadas para a entrada de números com vários dígitos.
     Com a redução do custo dos displays de cristal líquido, surgiram as interfaces homem-máquina (IHMs) conforme mostra a figura. Esses dispositivos eram constituídos de teclado, display e processador, conectados por meio de uma rede de comunicação de dados a um ou mais CLPs.

Periféricos de interface com o usuário

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UCP Unidade Central de Processamento

     A unidade central de processamento (UCP) gerencia todo o sistema, controlando
as operações realizadas pelas diferentes unidades funcionais.
     A principal função da UCP é controlar e executar instruções presentes na memória. Ela é responsável pelo gerenciamento total do sistema, controlando os barramentos de endereços, de dados e de controle.
     O microprocessador é um dos componentes vitais da UCP. O primeiro microprocessador fabricado foi o Intel 4004, lançado em 1971. Somente depois de esses dispositivos adquirirem confiabilidade é que passaram a ser utilizados na fabricação dos controladores lógicos programáveis.

      Os primeiros CLPs usavam microprocessadores com lógica discreta. Alguns microprocessadores possuíam uma característica conhecida como microcoded, que foi muito importante para o desenvolvimento dos CLPs. Esses microprocessadores tinham seu conjunto de instruções formado pela combinação de um conjunto de operações básicas.
     O preço dos microprocessadores no final dos anos 1970 e início dos 1980 caiu muito e eles se tornaram componentes permanentes do CLP.
     Na década de 1980, os CLPs já eram utilizados normalmente em sistemas de automação que envolviam lógica e sequenciamento. Surgia, então, a necessidade de desenvolver novas aplicações para esses equipamentos. O crescimento do mercado fez com que eles começassem a migrar para aplicações como:
     • controle de processo;
     • comunicações entre homens e máquinas;
     • processamento numérico.
     O surgimento de novas aplicações fez com que os CLPs sofressem evoluções, de início em razão da insuficiência de memória, dos limitações do barramento e do aumento da complexidade do sistema. Para melhorar seu desempenho, associado à necessidade de maior processamento, os CLPs passaram a realizar multiprocessamento.
    A introdução significativa de novos produtos e das redes de comunicação de CLPs e a disponibilidade de processadores cada vez mais poderosos fizeram com que muitas das tarefas executadas por processadores, antes localizados em módulos de entrada e saída inteligentes, fossem executadas em software pela unidade central de processamento.

Esquema de controle de processo em indústria

 
 

 

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CLP Controlador Lógico Programável

      A estrutura física do CLP é um conjunto de circuitos eletrônicos interligados formados por processadores, memórias, barramentos, dispositivos de entrada e saída, fonte de alimentação e terminal de programação.
     Ao analisarmos o CLP quanto a sua arquitetura e forma construtiva, podemos compará-lo com um computador especialmente adaptado para aplicações industriais.
     Em razão de suas características físicas, ele pode funcionar em ambientes industriais agressivos, pois suporta variações de temperatura, vibrações, ruídos elétricos, pequenas variações na tensão etc. Por tudo isso, é considerado um equipamento robusto.
     Na maioria das vezes, os CLPs são disponibilizados em módulos, ou seja, cada configuração pode ser montada pelo usuário de acordo com sua necessidade.
     Existem também modelos na forma compacta, cuja configuração o usuário não consegue alterar. Independentemente de serem compactos ou modulares, todos os CLPs têm a mesma arquitetura e seus blocos principais são:
          • Unidade central de processamento (UCP).
          • Memórias.
          • Módulos de entrada e saída.

      Outros componentes secundários de hardware podem ser adicionados à arquitetura
do CLP:
          • Periféricos de interface com o usuário.
          • Terminal de programação.
 


 

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Transformador monofásico

     O transformador é uma máquina elétrica estática, que altera a tensão e a corrente elétrica para valores adequados de acordo com a aplicação específica do projeto. Na figura 1, um transformador monofásico representado de maneira elementar.

Figura 1

     O enrolamento que recebe a tensão da rede é o enrolamento primário, e o que fornece tensão para a carga, o secundário. Os enrolamentos primário e secundário estão enrolados em um núcleo ferromagnético, porém eletricamente isolados.
     Essa separação entre o primário e o secundário está representada na figura 2.

Figura 2

     Na figura, as grandezas indicadas são:
         • U1, a tensão elétrica primária (V);
         • I1, a corrente elétrica primária (A);
         • N1, o número de espiras do enrolamento primário;
         • U2, a tensão elétrica secundária (V);
         • I2, a corrente elétrica secundária (A);
         • N2, o número de espiras do enrolamento secundário.
      Vamos analisar a figura 2a. Quando se aplica ao enrolamento primário uma tensão elétrica, cria-se uma corrente. Surge, então, um campo magnético, que alcança o enrolamento secundário, pois ambos compartilham o mesmo núcleo.
     Observando agora a figura 2b, percebemos que, ao inverter o sentido da tensão no primário, o campo magnético também inverte de sentido. A inversão de sentido pode ser interpretada como movimento, e, de acordo com o princípio da indução eletromagnética, magnetismo associado a movimento gera eletricidade.
     Portanto, no enrolamento secundário, gera-se uma tensão elétrica, que, ao ser aplicada em uma carga, fornece uma corrente elétrica.
     O transformador apresenta dispersão do fluxo magnético por correntes parasitas.
     Para minimizar essas perdas por histerese, seu núcleo é composto por lâminas, feitas de uma liga metálica especial.
     O transformador monofásico é construído de maneira diferente do transformador elementar (figura 3).

Figura 3

     Uma das aplicações dos transformadores é na alteração da tensão e da corrente elétrica nas usinas geradoras de energia elétrica, possibilitando que elas atendam o maior número possível de consumidores finais que utilizam a tensão em diferentes valores: industrial, comercial e residencial. As usinas hidroelétricas usam a água dos reservatórios de grandes lagos ou rios para mover as turbinas. Já as usinas termoelétricas empregam combustíveis fósseis ou energia nuclear, cujo vapor faz girar as turbinas. Em geral, as usinas hidroelétricas e termoelétricas ficam distantes dos grandes consumidores de energia elétrica, e esta chega até eles por meio de linhas de transmissão, estações e subestações. Durante o percurso, são utilizados inúmeros transformadores, que não apenas alteram o valor da tensão e controlam a corrente, como mantêm a potência elétrica estável e reduzem as perdas por efeito Joule. Outra vantagem dos transformadores é que os cabos usados na linha de transmissão não precisam ser muito grossos.
     Vamos acompanhar o percurso desde a usina de geração de energia até os consumidores.
     Normalmente, a usina gera tensão na ordem de 10 000 V, que o transformador elevador de tensão aumenta para 150 000 a 400 000 V. Não se eleva a tensão acima de 400 000 V para evitar o efeito corona (uma espécie de descarga elétrica através do ar), que causa perda de energia.
     Para ser transportada em grandes distâncias, a energia elétrica segue por cabos instalados em linhas de transmissão. Por ficarem suspensos, os cabos da linha de transmissão não oferecem risco às pessoas, motivo pelo qual não recebem revestimento isolante. Eles são compostos por um trançado de alumínio com aço que garante a condutibilidade e resistência mecânica para suportar o próprio peso, as mudanças climáticas e os fortes ventos.
     Durante a transmissão, ocorrem perdas de energia nos cabos, porque estes, apesar de apresentarem baixa resistência elétrica, são muito longos. Para amenizar as perdas, instalam-se subestações de energia. Assim, quando a tensão é mais uma vez elevada, as perdas são compensadas.
     Ao chegar próximo aos consumidores, a tensão deve ser reduzida, para não oferecer risco à vida e também para fazer funcionar os aparelhos elétricos, eletrônicos e eletroeletrônicos na tensão adequada.

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Capacitância

     Carga de um capacitor é a carga elétrica armazenada na armadura positiva. Capacitância ou capacidade eletrostática é a grandeza que indica a capacidade do componente de armazenar cargas, expressa pela relação:

      em que:
          • V é a tensão entre as armaduras do capacitor, medida em volt;
          • Q a carga da armadura positiva do capacitor, em coulomb;
          • C a capacitância do capacitor, dada em farad.
     Essa unidade é de ordem de grandeza elevada, por isso costuma-se trabalhar com seus submúltiplos:
          • Microfarad: 1 mF = 10–6 F
          • Nanofarad: 1 nF = 10–9 F
          • Picofarad: 1 pF = 10–12 F
     De maneira análoga aos resistores, os capacitores têm valores padronizados de capacitância: 1 – 1,2 – 1,5 – 1,8 – 2,2 – 2,7 – 3,3 – 4,7 – 5,6 – 6,8 – 8,2 com fatores multiplicativos da base 10, de modo a obter valores dentro da faixa estabelecida anteriormente (μF até pF).
     Sob tensão excessiva, os capacitores podem sofrer danos irreparáveis. A tensão máxima que eles são capazes de suportar entre suas armaduras sem que isso ocorra é chamada tensão de isolação. Tanto os valores da capacitância como da tensão de isolação são indicados pelos fabricantes no próprio capacitor. Em alguns deles, a identificação é feita mediante um código de cores associado a algarismos.

Figura 1

Tabela 1

     
     Exemplo;
          Identifique a capacitância e a tensão dos capacitores indicados nas tabelas 2 e 3.

Tabela 2

Tabela 3

      Solução:
     Tabela 10.2: (10 · 103 + 10%) pF ou (10 + 10%) nF e 250 V.
     Tabela 10.3: (22 · 104 + 10%) pF ou (220 + 10%) nF e 400 V.
     Atualmente, os capacitores de poliéster metalizado apresentam encapsulamento na cor laranja e seus valores podem estar impressos de forma direta, com a seguinte codificação:
          • Se for número inteiro, está expresso em nF.
          • Se for número fracionário, está expresso em mF.
     A letra que acompanha o valor numérico representa a tolerância, de acordo com o código:
          • J = 5%
          • K = 10%
          • M = 20%
     O valor da tensão de isolação é impresso integralmente, sem código.
     A figura 2 apresenta dois exemplos desse tipo de capacitor.

Figura 2

     
 

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Isolante ideal e supercondutores

     Nem o melhor dos isolantes está livre de ser atravessado por corrente elétrica, ou seja, o isolante ideal só existe teoricamente. Por maior que seja a resistência ou resistividade elétrica de uma substância, alguns elétrons sempre podem atravessá-la. Ao se elevar a tensão aplicada no material isolante, aumenta-se o campo elétrico no interior dele, até o ponto em que ocorre uma “avalanche” de cargas elétricas, gerando calor e temperatura suficiente para destruir o material de maneira irreversível.
     De outro lado, em temperaturas próximas ao zero absoluto (cerca de –273,15 °C), a resistência dos metais é praticamente nula, fazendo com que eles se comportem como condutores ideais ou supercondutores. As tentativas de descoberta de materiais nos quais o fenômeno ocorre em temperaturas mais elevadas resultaram em um composto de ítrio, cobre, bário e oxigênio. Na temperatura de aproximadamente –38 °C, ele possui características de um supercondutor, ou seja, apresenta resistência nula.
     Existem aplicações comerciais para supercondutores, incluindo os magnetos de aparelhos de ressonância magnética e os magnetos dos novos trens-bala levitados
(figura 1). Estão sendo estudadas aplicações de supercondutores em transformadores e geradores, em linhas de transmissão de energia elétrica, em armazenadores de energia elétrica, em motores para barcos etc.

Figura 1

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Resistência elétrica

      A resistência elétrica depende do material, das dimensões do condutor e da temperatura (agitação térmica). Sua unidade de medida no SI é o ohm. Em muitos casos práticos, deseja-se que o valor da resistência seja o menor possível, para reduzir a dissipação de energia – por exemplo, nos condutores empregados em redes elétricas, transformadores e motores.
     Em outras aplicações, como nos circuitos eletrônicos, deseja-se limitar a corrente em um valor estipulado. Nesse caso, utiliza-se um componente especialmente destinado a esse fim, o resistor. Trata-se de um elemento físico cuja característica principal é a resistência elétrica.
     Os resistores podem ser construídos com fio, filme de carbono, filme metálico
etc. A figura 1 ilustra alguns tipos de resistores disponíveis comercialmente.

Figura 1

     Em outros casos, deseja-se transformar energia elétrica em térmica, como no chuveiro, no forno elétrico e no secador de cabelos. Esses elementos também são denominados resistores, mas comercialmente costumam ser chamados de elementos de aquecimento ou de “resistências”. É comum dizermos que a resistência do chuveiro “queimou”, o que pode causar certa confusão, pois a resistência é uma propriedade, e não um dispositivo.

Figura 2

     Outra importante característica de um resistor é a potência máxima dissipada. Resistores de carbono e filme metálico são encontrados na faixa de 0,1 a 1 W; resistores de fio estão na faixa de 5 a 100 W; e resistores de aquecimento para uso residencial se situam entre 1 e 5 kW.
     Algumas aplicações exigem que o valor da resistência do resistor seja variado. Em aplicações eletrônicas de baixa potência, elementos que permitem tal variação são encontrados na forma de potenciômetros como mostra a figura 3, usado para o controle de volume em sistemas de som antigos, em que o operador tinha acesso a seu eixo. Há também os trimpots, utilizados para ajustes no circuito eletrônico, não acessíveis ao operador.

Figura 3

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Efeitos da corrente elétrica

      A corrente elétrica não é visível, mas podemos perceber claramente seus efeitos.
      • Efeito térmico – Também conhecido como efeito Joule, ocorre devido à colisão dos elétrons em movimento (livres) com átomos do condutor. Os átomos recebem parte da energia cinética proveniente do movimento dos elétrons e acabam aumentando sua vibração (agitação térmica) dentro do condutor, o que equivale a aumento em sua temperatura. De modo simplificado, pode-se dizer que o efeito Joule é a transformação de energia elétrica em calor. Alguns exemplos de aplicação do efeito são o chuveiro, o ferro elétrico e as lâmpadas incandescentes, cujo filamento chega a 3 000 °C, emitindo luz.
      • Efeito químico – Ocorre quando a corrente elétrica passa por certas soluções, contribuindo para a reação química. Alguns exemplos de utilização na indústria são a eletrólise, aplicada na separação de gases, purificação do alumínio etc., e a galvanização, em que se realiza o recobrimento de materiais com prata, ouro e cromo.
      • Efeito magnético – Ocorre quando a passagem da corrente elétrica por um condutor dá origem a um campo magnético a seu redor. Esse efeito é a base para o funcionamento de transformadores, motores, geradores etc.
      • Efeito luminoso – A corrente elétrica circulando em um recipiente no qual há gases metálicos (mercúrio, sódio) provoca emissão de luz, como acontece com a lâmpada fluorescente.
      • Efeito fisiológico – Ao passar através dos seres vivos, a corrente pode causar diferentes efeitos, dependendo da intensidade, da duração e do caminho que ela percorre nos tecidos. Pode ocorrer desde formigamento até contração e paralisia muscular, perda de consciência, asfixia, queimaduras etc., conforme descrito na tabela abaixo.

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História da eletricidade

      O volt (V) é uma homenagem a esse físico italiano, inventor da pilha. Ele acreditava que os tecidos dos seres vivos não eram imprescindíveis para gerar eletricidade, ao contrário de seu contemporâneo Luigi Galvani – ambos precursores dos estudos nesse campo. Formaram-se, então, duas alas de pensadores: a dos que acreditavam na “eletricidade animal” e a dos que defendiam a existência da “eletricidade metálica”.
     Em 1820, o francês André-Marie Ampère realizou as primeiras experiências sobre a influência do movimento das cargas elétricas (corrente elétrica). Em 1827, publicou o resultado de várias pesquisas sobre a teoria dos circuitos elétricos. No mesmo ano, o físico alemão George Simon Ohm apresentou suas leis relativas à resistência elétrica dos condutores.
     Em 1850, Gustav Robert Kirchhoff divulgou seus estudos sobre correntes e tensões em circuitos elétricos. Esses trabalhos formam a base da teoria de circuitos elétricos, utilizada nas áreas de eletricidade, eletrônica, telecomunicações, máquinas elétricas, sistemas de potência etc.
     Em 1820, o físico dinamarquês Hans Christian Öersted descobriu que a corrente elétrica produz campo magnético, observando que, quando uma corrente elétrica passava por um condutor, ocorria deflexão na agulha de uma bússola localizada em suas proximidades.
     Em 1831, Michael Faraday constatou que o inverso também ocorre, ou seja, quando se faz o campo magnético nas proximidades de um condutor variar também se gera energia elétrica. Essa descoberta levou ao desenvolvimento dos geradores de corrente contínua e de corrente alternada, dos transformadores e à criação dos sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica pelas primeiras grandes empresas do setor elétrico, no final do século XIX.
     Por volta de 1840, as primeiras  lâmpadas a arco começaram a iluminar algumas
cidades.
     É desse período a invenção que revolucionou o uso da eletricidade: a lâmpada elétrica incandescente, a criação mais conhecida do cientista norte-americano Thomas Edison, que percebeu a necessidade de desenvolver também um sistema de geração e transmissão de energia.
     Nessa época, muitos cientistas, e até leigos, voltaram seu interesse para o estudo da eletricidade, o que foi acompanhado por um crescimento vertiginoso no desenvolvimento de aplicações que fazem parte de nosso cotidiano: as transmissões de televisão, as telecomunicações, o computador, os equipamentos hospitalares, os sistemas de iluminação, os sistemas de transporte, entre outras.

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Trocando disjuntores do quadro de distribuição

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Transformadores monofásicos

     Transformadores monofásicos são usados para aumentar ou diminuir a tensão elétrica e, consequentemente, a corrente elétrica, para isolação de circuitos e vários outros empregos.

     Os transformadores podem ser desde bem pequenos, de pouco VA, até os empregados em grandes subestações transformadoras, que obrigam as potências de MVA.

     As partes principais que compõe um transformador são: Núcleo, bobina primária e bobina secundária.

     O núcleo constitui o circuito magnético do transformador. É uma peça metálica, constituído de chapas de ferro de silício, isoladas entre si e sobre a qual são montadas as bobinas. Há diferentes formas de núcleo encouraçado. 

     Bobina primária é a bobina que se liga à linha de alimentação alternada.

     Bobina secundária é aquela que transmite energia e à qual se ligam os aparelhos a ultilizar. Esta bobina pode ter várias derivações que permitem obter várias tensões de saída. Por exemplo, os transformadores para campainha geralmente são construídos para três tensões.

     As bobinas tem diferentes formas e tamanhos. São isoladas entre si e o núcleo. Em alguns casos, as bobinas se enrolam sobre carretéis separados, ou em um só carretel. Nos transformadores pequenos costuma - se construir uma bobina sobre outra no mesmo carretel.

     O funcionamento dos transformadores está baseado no fenômeno da indução eletromagnética. O primário, ligado à rede de alimenteção de corrente alternada, gera um campo magnético, também alternado, que, conduzido pelo núcleo, vai induzir no secundário uma energia elétrica.

     O transformador será elevador se o enrolamento secundário tiver maior número de espiras que o enrolamento primário, e será abaixador se o enrolamento secundário tiver menor número de espiras que o primário. 

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Porque a energia elétrica é tão importante

     Quem não gosta de chegar em casa e tomar um belo banho, assistir um programa de TV favorito e encontrar aquele refrigerante bem gelado?

     Todo esse conforto é resultado da qualidade da energia elétrica. Agora imagine a sua vida sem energia elétrica, pense em tudo o que deixaria de funcionar, hospitas, bancos, indústrias, escolas, etc. Como você pode ver é impossível imaginar a vida moderna sem energia elétrica. É ela que proporciona conforto, bem estar, segurança e lazer à sua vida e, por isso deve ser bem ultilizada.

     Visando  em manter essa qualidade de prestação se serviço, a CPFL oferece um manual a seus clientes, mostrando que o uso seguro e sem despedício de energia elétrica pode melhorar sua qualidade de vida.

      Manual CPFL 

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