AulaLab_0

Ministério da Educação
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campus Curitiba - Pr
Departamento Acadêmico de Eletrotécnica
Curso de Engenharia Elétrica
Prof. Esp. Geraldo Cavalin
Curitiba – Paraná
2011
PR
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
Corrente Alternada
A corrente alternada (ca) através de um condutor muda de sentido em intervalos regulares ou a
cada ciclo.
Ou seja...
... a magnitude e direção da corrente varia ciclicamente, ao contrário da corrente contínua cuja
direção permanece constante e que possui pólos positivo e negativo definidos.
História
O surgimento da corrente alternada ocorreu quando Nikola Tesla foi contratado por J.
Westinghouse para construir uma linha de transmissão entre Niágara e Búfalo, em NY. Thomas
Edison fez o possível para desacreditar Tesla, mas o sistema polifásico de Tesla foi adotado.
Por que CA?
A razão principal de se
preferir a corrente alternada é
devido à facilidade de
transmissão da energia elétrica.
A tensão alternada pode ser
aumentada ou diminuída
facilmente, sem perdas
apreciáveis, com o uso de
transformadores.
As tensões contínuas não
podem ser alteradas sem uma
considerável perda de energia.
Este é um fator muito
importante na transmissão de
energia elétrica, porque grandes
quantidades de energia devem
ser transmitidas com tensões
muito altas.
Na estação geradora
(Usina Hidrelétrica) a tensão é
elevada a valores muito altos e
aplicada à linha de transmissão.
Na outra extremidade da linha,
outros transformadores abaixam
a tensão para valores que podem
ser usados para os mais diversos
fins.
Geração, transmissão,
distribuição e utilização da
energia elétrica.
-02- Elementos de Eletrotécnica
O gerador
O gerador é um dispositivo que funciona com base nas leis da indução eletromagnética.
Em sua forma mais simples, consiste numa espira em forma de retângulo.
Ela fica imersa num campo magnético e gira em torno de um eixo perpendicular às linhas desse
campo.
Quando fazemos a espira girar com movimento regular, o fluxo magnético que atravessa sua
superfície varia continuamente
Surge assim, na espira, uma corrente induzida periódica.
A cada meia volta da espira o sentido da corrente se inverte, por isso ela recebe o nome de
corrente alternada.
O gerador elementar
-03- Elementos de Eletrotécnica
Um gerador de corrente alternada
simples é constituído de um imã fixo e de uma
espira colocada no meio do imã como mostra a
figura ao lado.
A alimentação da lâmpada é realizada
através das escovas que estão em contato com
os anéis que estão ligados na extremidade da
espira.
Ao girar a espira, há variação de fluxo
magnético induzindo uma corrente, que vai
através das escovas alimentar o circuito e
portanto acender a lâmpada. Esta corrente é
alternada e neste caso o gerador é denominado
gerador de corrente alternada.
Forma de onda
Frequência – o que é?
É uma grandeza física associada a movimentos de característica ondulatória que indica o
número de revoluções (ciclos, voltas, oscilações, etc) por unidade de tempo.
Podemos medir o tempo decorrido para uma oscilação. Este tempo em particular recebe o
nome de período (T). Desse modo, a frequência é o inverso do período.
-04- Elementos de Eletrotécnica
Frequência - valores
Corrente Alternada de 25 Hz: havia sistemas utilizando esta frequência no início do século
XX, no Canadá (Ontário) e no norte dos EUA.
Sistemas de 16,67 Hz: em ferrovias da Europa (Suíça e Suécia).
Sistemas AC de 400 Hz: usados na indústria textil, aviões, navios, espaçonaves e em grandes
computadores.
Sistemas de 60 Hz: países da América do Sul que utilizam essa frequência são: o Brasil,
Equador, Peru, Venezuela e Colômbia.
Sistemas de 50 Hz: países que utilizam essa frequência são: a Argentina, Bolívia, Chile e
Paraguai. Na Europa é, também, usada essa frequência.
Tipos de turbinas
Turbina Pelton
é utilizada em usinas hidroelétricas com duas características:
alta queda, baixa vazão. Instaladas em rios de baixa vazão,
obtém-se a força necessária para geração de energia devido a
altura de queda da água. É o que mais se assemelha às antigas
rodas d´água.
Roda Pelton é uma turbina hidráulica, dotada de movimento
giratório, construída para funcionar em desníveis d'água de
350m até mais de 1.000 metros de altura. Atua como unidade
geradora de energia, acoplada a eixos de geradores elétricos”.
Turbina Francis
“São adequadas para operar entre quedas de 40 m até
400 m.
A Usina hidrelétrica de Itaipu assim como a Usina
hidrelétrica de Tucuruí, Furnas e outras no Brasil
funcionam com turbinas tipo Francis com cerca de 100
m de queda d' água, como a figura apresentada no topo
deste artigo”.
Turbina Kaplan
“São adequadas para operar entre quedas de 20 m até 50 m. A única diferença entre
as turbinas Kaplan e a Francis é o rotor.
Este assemelha-se a um propulsor de navio (similar a uma hélice) com duas a seis as pás
móveis. Um sistema de embolo e manivelas montado dentro do cubo do rotor, é
responsável pela variação do ângulo de inclinação das pás.
O óleo é injetado por um sistema de bombeamento localizado fora da turbina, e
conduzido até o rotor por um conjunto de tubulações rotativas que passam por
dentro do eixo.
O acionamento das pás é acoplado ao das palhetas do distribuidor, de modo que para uma
determinada abertura do distribuidor, corresponde um determinado valor de inclinação
das pás do rotor”.
A usina hidroelétrica de Três Marias funciona com turbina Kaplan.
-05- Elementos de Eletrotécnica
Turbina Bulbo
“operam em quedas abaixo de 20 m. Foram
inventadas inicialmente, na década de 1960, na
França para a usina maremotriz de La Rance e
depois desenvolvidas para outras finalidades”.
Potência Elétrica
Num sistema elétrico existem três potências:
Potência ativa
É a capacidade real das cargas produzirem trabalho. É a potência realmente consumida pela
carga. É representada pela letra P. A sua unidade é o watt (W). Ou o múltiplo que é o quilowatt (kW).
A relação existente entre cv e kW é a seguinte:
1cv = 736W ou 1cv = 0,736kW ou 1kW = 1,36cv
1hp = 746W ou 1hp = 0,746kW ou 1kW = 1,34hp
O Cálculo da potência ativa num circuito poderá ser feito das seguintes formas:
a) Em circuitos Corrente Contínua (CC):
P = V x I (W)
b) Em circuitos de Corrente Alternada (CA) Monofásica,
a potência é obtida multiplicando-se a tensão e a corrente, cujo resultado é multiplicado pelo
FATOR DE POTÊNCIA do equipamento que está ligado no circuito.
P = V x I x FP (W)
c) Em circuitos de Corrente Alternada (CA) Trifásica,
a potência é obtida pela seguinte expressão:
P  3xVxIxFP
onde:
P = Potência elétrica trifásica
3 = Raiz quadrada de 3 = 1,732
V = Tensão entre duas fases quaisquer, em volt (V).
I = Corrente em uma das fases tomadas como referência (sistema equilibrado)
FP= Fator de potência.
O instrumento para fazer a medição da potência ativa é o...
-06- Elementos de Eletrotécnica
wattímetro.
Potência reativa:
é a potência responsável pela produção dos campos eletromagnéticos necessários para o
funcionamento de equipamentos, tais como: motores, transformadores, reatores, etc.
A unidade de potência reativa é o var (volt-ampère-reativo) ou kvar.
O instrumento para fazer a medição da potência reativa é o...
varímetro.
As concessionárias de energia elétrica utilizam o quilovolt-ampère-reativo hora (kvarh) para
registrar o consumo de energia reativa do consumidor.
Potência aparente:
em corrente alternada, é o produto da multiplicação da tensão elétrica pelo valor da
corrente instantânea.
A potência ativa e a potência reativa juntas constituem a potência aparente, que é a
potência total gerada e transmitida à carga.
A unidade de potência aparente é o...
VA (volt-ampère) ou kVA ou MVA.
Triângulo das potências
É utilizado para mostrar, graficamente, a relação existente entre as três potências.
S 2  P2  Q2
S  P2  Q2
Fator de potência
Observando o triângulo de potência verificamos que o ângulo formado pelos vetores
correspondente a potência ativa (W) e a potência aparente (VA) é chamado de ângulo φ (fi).
O co-seno desse ângulo φ (fi) é o que chamamos de FATOR DE POTÊNCIA.
O fator de potência é um índice que mostra a forma como a energia elétrica recebida está sendo
utilizada. Ou seja, indica quanto a energia solicitada (aparente) está realmente sendo usada de forma
útil (energia ativa).
O instrumento para fazer a medição do Fator de Potência é o...
cosefímetro.
O fator de potência é determinado pela aplicação da seguinte expressão:
FP 
-07- Elementos de Eletrotécnica
W
var
 cos( )  cos( arctg
)
VA
W
1) Circuitos puramente
resistivos
- lâmpadas
incandescentes
- chuveiros
- aquecedores, etc
2) Circuitos indutivos
- motores
- transformadores
- reatores, etc.
FP = cós φ = 1,0
FP = cós φ < 1,0
A legislação determina que o fator de potência deve ser o mais próximo
possível de 1,00 (um) e estabelece, que as concessionárias cobrem, com preços de
energia ativa, o excedente de energia reativa que ocorrer quando o fator de potência
da instalação consumidora for inferior a 0,92.
Atenção: quanto menor o fator de potência, maior é a conta no final do mês.
Esquema Unifilar da Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica
Figura 2 - G-Geração; SE-Subestação Elevadora; LT-Linha de Transmissão; SA-Subestação
Abaixadora; DP-Distribuição Primária; DS-Distribuição Secundária; T1, T2, T3 e T4Transformadores.
Valores de tensão - Norma
Segundo a Norma Brasileira, as tensões são classificadas em quatro níveis:
- Baixa Tensão: vai até 1.000V;
- Média Tensão: acima de 1.000V até 72.500V;
- Alta Tensão: acima de 72.500 até 242.000V;
- Extra-Alta Tensão: acima de 242.000 V.
-08- Elementos de Eletrotécnica
As tensões podem ser subdivididas em:
� EBT/UBT = 48V; 24V e 12V
� BT = 1000 V; 760 V; 660 V; 440 V; 380 V; 230 V; 220 V; 127 V (FN) e 115 V (FN)
� MT (ou AT de Distribuição) = 34,5 kV; 25,8 kV; 23 kV; 13,8 kV; 11,5 kV; 6,9 kV; 4,16 kV e 2,13
kV
� AT (Tensão de Transmissão) = 500 kV; 230 kV e 138 kV
� Tensão de sub transmissão = 69 kV
� EAT = 600 kVCC (Corrente Contínua)
� EAT = 750 kV
� UAT = 800 kV
Nota: BT = Baixa Tensão Nota: BT = Baixa Tensão; AT = Alta Tensão; EBT = Extra-Baixa
Tensão;
MT = Média Tensão; EAT = Extra-Alta Tensão e UAT = Ultra-Alta Tensão.
PENSAMENTOS
“O saber a gente aprende com os mestres e com os livros. A sabedoria se aprende é com a vida e
com os humildes”.
(Cora Coralina)
“O mundo tornou-se perigoso, porque os homens aprenderam a dominar a natureza antes de se
dominar a si mesmos”
(A. Schweitzer)-
“Ele reserva a verdadeira sabedoria para os retos e será um escudo para os que caminham na
sinceridade”. (Provérbios 2,7)
-09- Elementos de Eletrotécnica