Fundamentos de Eletricidade e NBR-5410: Perguntas e Respostas

Fundamentos de Eletricidade e Instalações Elétricas

1. Etapas da Energia Elétrica: Da Geração à Unidade Consumidora

As etapas a que a energia elétrica é submetida desde a geração até a unidade consumidora são:

1. Geração
2. Estação Elevadora (eleva a tensão para transmissão)
3. Transmissão (longas distâncias em alta tensão)
4. Estação Abaixadora (subestação primária, abaixa a tensão para distribuição)
5. Distribuição (rede de média e baixa tensão até o consumidor)
6. Unidade Consumidora

2. Características Construtivas de um Condutor Elétrico

As principais características construtivas de um condutor elétrico são:

• Capa Externa: Protege o isolamento contra danos mecânicos e agentes externos.
• Isolamento: Envolve o condutor com a finalidade de isolar o potencial elétrico, evitando curtos-circuitos e choques.
• Condutor: É o elemento metálico específico para a função de conduzir energia elétrica.

3. O que é Diferença de Potencial (D.D.P.)?

Para que haja corrente elétrica, é necessário que haja uma Diferença de Potencial (D.D.P.), também conhecida como tensão ou voltagem, entre dois pontos de um circuito.

A relação da unidade de medida é: 1V = 1J/C (Um Volt é igual a um Joule por Coulomb).

4. O que é Intensidade de Corrente?

A Intensidade de Corrente é o fluxo de cargas elétricas livres que atravessa um condutor em um dado espaço de tempo.

A relação da unidade de medida é: 1A = 1C/s (Um Ampère é igual a um Coulomb por segundo).

5. O que é Resistência Elétrica?

A Resistência Elétrica é a oposição interna de um material à circulação das cargas elétricas.

O comportamento da resistência em diferentes materiais é:

• Bom Condutor: Apresenta resistência baixa.
• Mau Condutor (Isolante): Apresenta resistência alta.

6. Fatores da Resistência Elétrica e Fórmula

A resistência elétrica de um condutor depende dos seguintes fatores:

• Tipo de Material (resistividade)
• Comprimento do condutor
• Seção Transversal (área) do condutor
• Temperatura

A fórmula da resistência elétrica é:

R = ρ * (L / A)

Onde:

• R = Resistência (Ohms - Ω)
• ρ = Resistividade do material (Ω·mm²/m)
• L = Comprimento do condutor (metros - m)
• A = Área da seção transversal do condutor (mm²)

Exemplo de resistividade do cobre (ρ): 0,01725 Ω·mm²/m (a 20°C).

7. Grandezas Relacionadas pela Lei de Ohm

A Lei de Ohm relaciona as seguintes grandezas elétricas:

• Tensão (V)
• Corrente (I)
• Resistência (R)

A fórmula da Lei de Ohm é:

V = R * I

Onde:

• V = Tensão (Volts - V)
• R = Resistência (Ohms - Ω)
• I = Corrente (Ampères - A)

8. Comportamento em Circuito Série

Em um circuito em série:

• A corrente é a mesma em todos os pontos do circuito.
• A tensão se divide entre os componentes do circuito.

9. Cálculo de Circuito de Lâmpadas de Natal

Para uma iluminação de árvore de natal com 100 lâmpadas de 2,2V e 1W cada, ligadas em uma rede de 220V:

Disposição das lâmpadas:

As lâmpadas devem ser ligadas em série, pois 100 lâmpadas de 2,2V somam 220V (100 * 2,2V = 220V), igual à tensão da rede.

Cálculos:

• Corrente de cada lâmpada:
  I = P / V = 1W / 2,2V ≈ 0,45A
• Resistência de cada lâmpada:
  R = V / I = 2,2V / 0,45A ≈ 4,88 Ω
• Resistência equivalente do circuito (série):
  Req = 100 * 4,88 Ω = 488 Ω
• Corrente total do circuito (em série, é a mesma de cada lâmpada):
  I_total = 0,45A
• Potência total do circuito:
  P_total = V_rede * I_total = 220V * 0,45A = 99W (ou 100 lâmpadas * 1W/lâmpada = 100W, a diferença é devido a arredondamentos).

10. Comportamento em Circuito Paralelo

Em um circuito em paralelo:

• A tensão é a mesma em todos os componentes do circuito.
• A corrente se divide entre os componentes do circuito.

11. Cálculo de Circuito de Lâmpadas em 127V

Em um circuito 127V, com quatro lâmpadas de 127V cada, cujos filamentos têm 80,5 Ω:

Disposição das lâmpadas:

As lâmpadas devem ser ligadas em paralelo, pois a tensão nominal de cada lâmpada (127V) é igual à tensão da rede (127V).

Cálculos:

• Resistência de cada lâmpada:
  R_lâmpada = 80,5 Ω
• Corrente de cada lâmpada:
  I_lâmpada = V / R_lâmpada = 127V / 80,5Ω ≈ 1,578 A
• Potência de cada lâmpada:
  P_lâmpada = V * I_lâmpada = 127V * 1,578A ≈ 200,41 W (ou P = V² / R = 127² / 80,5 ≈ 200,36 W)
• Resistência equivalente do circuito (paralelo):
  1/Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4 = 4 / 80,5Ω
Req = 80,5Ω / 4 = 20,125 Ω
• Corrente total do circuito:
  I_total = 4 * I_lâmpada = 4 * 1,578A ≈ 6,312 A
• Potência total do circuito:
  P_total = 4 * P_lâmpada = 4 * 200,41W ≈ 801,64 W

12. Queda de Tensão e Limite Percentual (NBR-5410)

Queda de Tensão: É a diferença entre as tensões medidas na origem (lado da fonte) e no fim (lado da carga) de uma instalação elétrica.

Limite Percentual: O limite percentual estabelecido para a queda de tensão máxima de uma instalação alimentada diretamente por um ramal de baixa tensão, a partir de uma rede de distribuição pública, é de 7%, conforme a NBR-5410.

13. Cálculo de Queda de Tensão em Instalação Elétrica

Dados: Corrente = 48A, Tensão = 220V, Condutor de cobre de 10mm², Distância = 150m, Resistividade do cobre (ρ) = 0,01725 Ω·mm²/m.

Cálculos:

• Resistência do condutor (ida e volta, ou resistência total do trecho):
  R = ρ * (L / A) = 0,01725 Ω·mm²/m * (150m / 10mm²) = 0,01725 * 15 = 0,25875 Ω
• Queda de Tensão (ΔV):
  ΔV = R * I = 0,25875 Ω * 48A = 12,42 V
• Queda de Tensão Percentual:
  (ΔV / V_nominal) * 100% = (12,42V / 220V) * 100% ≈ 5,645%

O valor percentual da queda de tensão é de aproximadamente 5,645%.

14. Definição de Potência Ativa, Reativa e Aparente

• Potência Ativa (P): Representa a energia que está sendo convertida em trabalho útil (ex: luz, calor, movimento). É medida em Watts (W).
• Potência Reativa (Q): Representa a energia que está sendo utilizada para produzir campos elétricos e magnéticos (necessária para o funcionamento de motores, transformadores, etc.), mas que não realiza trabalho útil. É medida em Volt-Ampère Reativo (VAr).
• Potência Aparente (S): É a soma vetorial das potências ativa e reativa, representando a potência total que a fonte precisa fornecer. É medida em Volt-Ampère (VA).

15. Grandezas Relacionadas pelo Fator de Potência

O Fator de Potência (FP) relaciona a Potência Ativa (P ou W) e a Potência Aparente (S ou VA).

A fórmula é:

FP = P / S ou FP = W / VA

Onde:

• FP = Fator de Potência (adimensional, entre 0 e 1)
• P (ou W) = Potência Ativa (Watts)
• S (ou VA) = Potência Aparente (Volt-Ampère)

16. Cálculo de Corrente em Reator Eletrônico

Para um reator eletrônico de lâmpada a vapor metálico de 70W, com fator de potência de 0,93, ligado a uma rede 220V:

A fórmula para potência ativa é P = V * I * FP. Para encontrar a corrente (I), rearranjamos a fórmula:

I = P / (V * FP)

Substituindo os valores:

I = 70W / (220V * 0,93)

I = 70W / 204,6V

I ≈ 0,342 A

A corrente do reator é de aproximadamente 0,342 Ampères.

17. NBR-5410: Iluminação Mínima em Cômodos

De acordo com a norma NBR-5410, referente à distribuição de iluminação em instalações elétricas de baixa tensão:

Cada cômodo ou dependência deve ter previsto pelo menos um ponto de luz no teto, comandado por interruptor, com potência mínima de 100 VA, para áreas iguais ou inferiores a 6m².

18. NBR-5410: TUGs Mínimas em Salas e Dormitórios

De acordo com a norma NBR-5410, referente à distribuição de tomadas de uso geral (TUGs) em instalações elétricas de baixa tensão:

Em salas e dormitórios, deve ser previsto pelo menos um ponto de tomada para cada 5 metros (ou fração) de perímetro. Esses pontos devem ser espaçados o mais uniformemente possível e deve ser atribuído no mínimo 100 VA por ponto de tomada.

Tipos de Interruptores:

• Interruptor Simples: Permite o acendimento e desligamento de um ponto de luz em um único local.
• Interruptor Paralelo (Three-way): Permite o acendimento e desligamento de um ponto de luz em dois locais diferentes.
• Interruptor Intermediário (Four-way): Permite o acendimento e desligamento de um ponto de luz em três ou mais locais diferentes, sempre utilizado em conjunto com dois interruptores paralelos.