Fundamentos de Sistemas Elétricos: Redes, Potência e Transformadores

Redes de Distribuição: Aéreas vs. Subterrâneas

1. Vantagens das Redes de Distribuição Aéreas

Citar 5 vantagens das redes de distribuição aéreas comparadas com a distribuição subterrânea:

• Investimento inicial baixo
• Derivações simples
• Localização de falhas facilitada
• Campo elétrico aberto
• Campo magnético médio

1.2. Causas do Pouco Uso das Redes Subterrâneas

As principais causas do pouco uso das redes subterrâneas são:

• As derivações são mais difíceis de realizar.
• Dificuldade na localização de falhas.
• O investimento inicial é muito alto, o que leva as pessoas a optarem pelo sistema convencional (aéreo).

2. Definição e Representação Gráfica do Triângulo das Potências

Definir, fazendo a representação gráfica, utilizando o Triângulo das Potências:

2.1. Potência Ativa (P)

Potência que efetivamente realiza trabalho, gerando calor, luz ou movimento. Esta potência é medida em kW (quilowatt).

2.2. Potência Reativa (Q)

É a potência usada apenas para criar e manter os campos eletromagnéticos das cargas indutivas (motores, transformadores, fornos de indução, etc.). É medida em kVAr (quilovolt-ampère reativo).

2.3. Potência Aparente (S)

É a resultante da soma fasorial das potências ativa e reativa. É medida em kVA (quilovolt-ampère).

2.4. Fator de Potência (FP)

Índice que mostra a relação entre a Potência Ativa (P) e a Potência Aparente (S).

3. Cálculo e Aplicações de Transformadores Elétricos

3.1. Cálculo de Tensão e Corrente de Saída (V2 e A2)

Calcular a Tensão de Saída (V2) e a Corrente de Saída (A2) de um transformador com os seguintes parâmetros:

• Tensão de Entrada (V1): 120 V
• Corrente de Entrada (A1): 5 A
• Espiras no Primário (N1): 12.000
• Espiras no Secundário (N2): 1.200

3.2. Principais Aplicações dos Transformadores

Descreva as principais aplicações dos transformadores nos sistemas elétricos:

• Transformador Abaixador: Utilizado em transmissão e subtransmissão para reduzir os níveis de tensão, permitindo a distribuição em centros urbanos e rurais, visto que altos níveis de tensão são extremamente nocivos aos seres humanos.
• Transformador Elevador: Utilizado na geração para elevar a tensão a níveis onde a transmissão de energia é economicamente viável.
• Transformador de Interligação: Usado para interconectar circuitos sem que haja problemas relacionados ao casamento de impedâncias. Interconecta os dois ramais magneticamente, porém não há conexão elétrica entre eles. Também pode ser utilizado para rotacionar fases.

4. Cálculo da Conta de Energia Elétrica Industrial

Uma indústria de equipamentos elétricos registrou em sua última leitura do mês:

• Energia Ativa (P): 4.000 kWh
• Energia Reativa (Q): 3.000 kVArh
• Custo do kWh: R$ 0,78
• Fator de Potência Mínimo Exigido (Normas Brasileiras): 0,92

Calcular:

4.1. Valor da Conta Mensal (Sem Multa)

4.2. Valor da Conta Mensal com Multa (Caso Haja)

5. Evolução Tecnológica das Lâmpadas

5.1. Evolução da Eficiência Luminosa das Lâmpadas

Citar a evolução tecnológica das lâmpadas, quanto à eficiência luminosa, iniciando pelas primeiras lâmpadas incandescentes, desenvolvidas por Thomas Edison, até as lâmpadas LED atuais:

Lâmpadas a Arco (Charles Brush, 1870)

Lâmpadas Incandescentes (Thomas Edison, 1879)

Contexto Histórico (1882): Sistema de Corrente Contínua (CC), Tensão = 110V, cabos subterrâneos, central geradora a carvão. Início em 59 casas.

Lâmpadas Incandescentes (Modelo Padrão)

• Eficiência Luminosa: 10 lm/W
• Tempo de Vida: 2.000 horas

Lâmpadas de Vapor de Mercúrio (1901)

• Eficiência Luminosa: 50 lm/W
• Vida Útil: 18.000 horas

Lâmpadas Mistas (1931)

• Eficiência Luminosa: 25 lm/W
• Vida Útil: 6.000 horas

Lâmpadas de Vapor Metálico (1970)

• Eficiência Luminosa: 80 lm/W
• Vida Útil: 10.000 horas

Lâmpadas de Vapor de Sódio de Alta Pressão (1975)

• Eficiência Luminosa: 120 lm/W
• Vida Útil: 18.000 horas

Lâmpadas LED (1999 - Atualmente)

• Eficiência Luminosa: 78,9 a 113,9 lm/W (e superior)
• Vida Útil: 50.000 horas