Conceitos Básicos deEletricidadeConceitos Básicos deEletricidade
Leonardo Faria Costa
Energia MecânicaEnergia Mecânica
Energia Cinética
Energia Potencial
Energia ElétricaEnergia Elétrica
EnergiaElétrica
Energia Térmica ou Calorífica
Energia Luminosa
Energia Sonora
Energia Cinética
Energia ElétricaEnergia Elétrica
Geração de Energia ElétricaGeração de Energia Elétrica
Usina Hidrelétrica deSalto Caxias
1240 MW
Rio Iguaçu – PR
Copel
ConsideraçõesConsiderações
Um corpo, ao cair, ganhavelocidade à medida que forcaindo, aumentando a velocidade,ele ganha energia.
Mas não é preciso que a queda sejavertical para que haja ganho deenergia, pois num plano inclinadotambém há aumento progressivo deenergia.
Construção de UsinasHidrelétricas usando osplanos inclinados dos riospara a geração daeletricidade.
ConsideraçõesConsiderações
O fluxo das águas de um rionão se apresenta o mesmodurante o ano inteiro, sendoinfluenciado pelas chuvas.
vazão se modifica deacordo com a estação doano.
Por isso é necessárioestudar muito bem oregime de um rio antesde começar a edificaçãode uma usina.
ConsideraçõesConsiderações
Se uma usina hidrelétrica forprojetada para trabalhar com avazão mínima - nas cheias elase inundará e desperdiçarámuita água;
Se for projetada para aproveitaras cheias - suas turbinas ficarãoquase paralisadas no períododas secas.
Os rios mais adequadospara a construção dehidrelétricas são os demaiores desvios, massão estes os mais sujeitosa grandes variações davazão.
SoluçãoSolução
Regularizar a vazão para que a Usinapossa funcionar o ano todo com toda apotência instalada.
Componentes de um SistemaElétricoComponentes de um SistemaElétrico
Geração;
Transmissão (SE elevadora e SE abaixadora);
Distribuição.
GeraçãoGeração
Obtida pela energia potencial da água (hidrelétrica) ou
Energia potencial dos combustíveis (termoelétrica).
Termelétricas
Convencionais:
Combustíveis fósseis (petróleo, gás natural,etc.)
Combustíveis não fósseis (madeira, bagaço decana, etc.)
Nucleares:
Combustível (urânio enriquecido)
TransmissãoTransmissão
Transporte de energia gerada até os centros consumidores
Geração = 13.8kV – economicamente viável
13.8kV
69kV
138kV
230kV
500kV
T
G
Valores escolhidos em função da potência de transmissão e distância
até os centros consumidores
Por que eleva-se a tensão da geraçãopara transmissão?Por que eleva-se a tensão da geraçãopara transmissão?
Ao elevar a tensão elétrica V, para uma mesma potênciaelétrica P, teremos uma menor corrente I. Como as perdastérmicas são dadas pela Lei de Joule, que afirma que a perdaé proporcional ao quadrado da corrente, conclui-se quereduzindo a corrente elétrica e aumentando a tensãoobtemos uma grande redução nas perdas.
ExemploExemplo
Usando um gerador de 13,8kV sob potência de 50MW.
Pretendemos transmitir potência de 50MW com FP de 0,85por meio de uma LT trifásica com condutores de alumíniodeste a Usina Hidrelétrica (tensão do gerador é 13,8kV) atéo centro de consumo situado a 100 Km de distância
a)Usando a LT direta sobre 13,8kV
b)Usando a LT sobre 138kV
Resultado em escala realResultado em escala real
ResultadoResultado
O cabo para conduzir a energia em questão sob tensão de13,8 kV deverá ter diâmetro de 13 cm
Mas sob tensão de 138 kV deverá ter diâmetro de 1,3 cm.
Por isso as linhas de transmissão da usina até os centrosconsumidores 'funcionam' sob altas tensões.
TransformadorTransformador
É o equipamento responsável por ora elevar, ora abaixar as tensõeselétricas;
Entre o Gerador e o início da LT coloca-se um Transformador elevadorde Tensão (distancia da ordem de 500m);
No final da LT, na Subestação, coloca-se um Transformador paraabaixar a Tensão.
DistribuiçãoDistribuição
Parte do Sistema Elétrico já dentro dos centros de utilização(cidade, bairros, indústrias)
Início – Subestação abaixadora (13.8kV ou 34kV)
Fim – Subestação abaixadora de BT (380/220V
•As redes de distribuição dentro dos centros urbanos podemser aéreos ou subterrâneos
•A entrada de energia do consumidor final é denominadaramal de entrada (aérea ou subterrânea)
DistribuiçãoDistribuição
Redes de distribuiçãoprimária (DP) esecundária (DS) sãotrifásicas, e a ligaçãoaos consumidorespoderão sermonofásica, bifásicaou trifásica de acordocom a sua carga
Esquema detalhado da Geração até aUtilização - consultarEsquema detalhado da Geração até aUtilização - consultar
http://www.feiradeciencias.com.br/sala12/12_19.asp
Partes de uma Usina HidrelétricaPartes de uma Usina Hidrelétrica
Partes de uma Usina HidrelétricaPartes de uma Usina Hidrelétrica
Partes de uma Usina HidrelétricaPartes de uma Usina Hidrelétrica
Casa de ForçaCasa de Força
Concentra os equipamentos eletromecânicos responsáveispela produção de energia , como a turbina e o gerador.
Partes de uma Usina HidrelétricaPartes de uma Usina Hidrelétrica
1.Barragem
2.Condutos Forçados
3.Casa de Força
4.Subestação Elevadora
5.Subestação Abaixadora
6.Subestação de Distribuição
Submúltiplos das Unidades de MedidaSubmúltiplos das Unidades de Medida
K (Kilo) – 10³
M(Mega) – 10⁶
G(Giga) - 10⁹
m(mili) – 10⁻³
µ(micro) – 10⁻⁶
Grandezas Elétricas FundamentaisGrandezas Elétricas Fundamentais
Corrente Elétrica
Tensão Elétrica
Potência Elétrica
Resistência
Estrutura da MatériaEstrutura da Matéria
Matéria é constituída por átomos;
Átomos são compostos de partículas muito pequenaschamadas : prótons, nêutrons e elétrons;
Elétrons se localizam na eletrosfera. Prótons e Nêutronsficam no núcleo;
Elétrons – carga elétrica negativa
Prótons – carga elétrica positiva
Neutro – sem carga elétrica
Estrutura da MatériaEstrutura da Matéria
A facilidade ou dificuldade de os elétrons se deslocaremde sua órbitas determinam a condutividade elétrica domaterial
Se os elétrons livres se libertam das suas órbitas comfacilidade – materiais condutores (alumínio, cobre,prata...)
Se os elétrons livres tem dificuldade em se libertar de suasórbitas - materiais isolantes (cerâmica , vidro, plástico...)
EletricidadeEletricidade
corrente elétrica
Símbolo – I
Unidade – A (Ampere)
Corrente elétricaCorrente elétrica
Corrente elétrica é o fluxo de cargas que atravessa a seção reta deum condutor por unidade de tempo.
Tensão ou Diferença de PotencialTensão ou Diferença de Potencial
Símbolo – V ou E
Unidade – (V) Volts
Potência ElétricaPotência Elétrica
Símbolo – P
Unidade – W (Watts) ou J/s(Joule/segundo)
Mede quanto trabalho pode ser realizado em um certoperíodo de tempo (velocidade com que um trabalho éexecutado)
A Potência determinaA Potência determina
O quanto uma lâmpada é capaz de emitir luz;
O quanto um motor é capaz de produzir trabalho;
O quanto um chuveiro é capaz de aquecer a água;
Quanto um aquecedor de ambientes é capaz de produzircalor.
Tipos de PotênciaTipos de Potência
No Sistema Elétrico existem três tipos de Potência
Ativa (P)
•W ou KW
Reativa (Q)
•VAR ou KVAR
Aparente (S)
•VA ou KVA
Potência AtivaPotência Ativa
É a capacidade real das cargas produzirem trabalho.
É aquela que realmente se transforma em
Potêncialuminosa
•Lâmpada
Potênciatérmica
•Chuveiro
PotênciaMecânica
•Motor
Relação entre cv e kW: 1cv = 746W = 0,746kW
Potência AtivaPotência Ativa
Circuitos de Corrente Contínua
Circuitos de Corrente Alternada (CA) monofásico
Circuitos de Corrente Alternada (CA) trifásico
P– potência elétrica
V – Tensão entre duas fases quaisquer
I – corrente em uma das fases
Fp – Fator de Potência
Potência ReativaPotência Reativa
É responsável pela produção dos campos eletromagnéticosnecessários para o funcionamento dos equipamentoscomo.
Reatores, motores, transformadores,...
Potência AparentePotência Aparente
É a multiplicação da Tensão Elétrica pela Corrente Elétrica.
É a potência Total gerada e transmitida a carga.
ExercícioExercício
Tem-se um motor monofásico, onde algumas medidas neleforam feitas:
O medidor de potência mostra 2208W
O medidor de Tensão indica 220V
O medidor de Corrente indica 11,6A
Calcule S, P, Q e Fp.
Resistência ElétricaResistência Elétrica
Símbolo – R
Unidade – Ω (ohms)
Oposição interna do material a circulação de cargaselétricas
Cada material tem a sua resistência específica, ouresistividade (ρ);
A expressão da resistência em função do condutor é:
R – resistência Ω
ρ – resistividade do material (Ω.mm²/m)
l - comprimento (m)
A – área da seção reta (mm²)
ExercíciosExercícios
1)Considere:
ρ cobre = 0,0178Ω.mm²/m, ρ alumínio = 0,028Ω.mm²/m
a)Determine a resistência de um fio de alumínio de 1Km de extensão e de seção de 2,5mm².
b)Se no exercício a) fosse um condutor de cobre, Qualseria sua resistência?
Resposta
a) R = 11,2Ω
b) R = 7,12Ω
Lei de OhmLei de Ohm
A fórmula que relaciona
Tensão (V)
Corrente (I)
Resistência (R) é
Circuito SérieCircuito Série
Corrente é a mesma para todos os resistores;
Tensões dependerão dos valores dos Resistores;
Resistência Total é a soma das Resistências.
Circuito ParaleloCircuito Paralelo
Tensão é a mesma para todos os resistores;
Correntes dependerão dos valores dos Resistores;
Resistência Total é o inverso da soma dos inversos dasResistências.
ExemploExemplo
A iluminação de uma árvore de Natal é um exemplo de circuitosérie.
Supor que tenhamos lâmpadas de 8V cada uma e queremos ligarna tomada de 120V de nossa casa.
a)Como vamos fazer essa ligação?
b)Qual a corrente que irá circular em cada lâmpada?
c)Qual a resistência equivalente?
Resposta:
a)15 lâmpadas
b)I=0,625A
c)Rt = 192Ω
ExemploExemplo
Num circuito de 220V, desejamos instalar três lâmpadas iguaiscujos filamentos têm a mesma resistência de 20Ω.
a)Qual a resistência equivalente?
b)Qual a corrente resultante?
c)Qual a potência total dissipada?
Resposta:
a)R = 6,66Ω
b)I = 33A
c)P = 7260W