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Este documento aborda conceitos fundamentais da eletricidade, como cargas elétricas, circuitos elétricos e proteção contra choques. Explica a relação entre carga elétrica e corrente, fornece a definição de resistência elétrica e apresenta as leis de ohm e kirchhoff. Além disso, discute a importância da proteção contra choques elétricos e os conceitos de aterramento e equipotencialização.
Tipologia: Transcrições
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TRABALHO DE CONCLUSAO DE CURSO – TCC CURSO: DOCÊNCIA DO ENSINO SUPERIOR
ALUNO: ANDRÉ VIEIRA FILHO TURMA:DC076-A ANO: 2018 TEMA: PLANO DE ENSINO E APOSTILA TEMATICA
PROJETO BÁSICO PARA TCC. SUMÁRIO
A disciplina “Eletricidade Aplicada” deve capacitar o discente para compreender os fundamentos da eletricidade e a ocorrência de fenômenos elétricos, assim como, adquirir conhecimentos técnicos e assimilar as leis da eletricidade.
CONTEXTUALI- ZAÇÃO DA DISCIPLINA
O conteúdo trata das teorias da eletricidade possibilitando ao aluno construir conhecimento indispensável para futuro engenheiro elétrico que precisa de uma base sólida na formação desse profissional.
1 - Introdução à eletricidade 2 – Conceitos Básicos e Leis Fundamentais da Eletricidade 3 – Conceitos Técnicos Fundamentais 4 – Segurança com Eletricidade – NR 10 MARCO OPERACIONAL OBJETIVO GERAL DA DISCIPLINA
Relacionar os conhecimentos teóricos e práticos na eletricidade.
Compreender os principais aspectos da eletricidade Analisar e aplicar conceitos teóricos da eletricidade Listar as principais referências da eletricidade Pesquisar as principais aplicações da eletricidade
MÉTODOS
Aulas expositivas, análise de cálculos e discussão sobre os temas estudados.
RECURSOS
Computador, Datashow, slides, lousa, pincel, apresentação de instrumentos de medidas elétricas e roteiros de estudo. U N D
I UNIDADE I: Introdução a Eletricidade II UNIDADE II: Conceitos Básicos e Leis Fundamentais da Eletricidade III UNIDADE III: Conceitos Técnicos Fundamentais I V
UNIDADE IV: Segurança com Eletricidade – NR 10
a) PARCIAL 1- Trabalho de pesquisa b) AVALIAÇÃO INSTITUCIONAL 1 – Múltipla escolha/discursiva c) PARCIAL 2 – Apresentação de seminário d) AVALIAÇÃO INSTITUCIONAL 2 – Múltipla escolha/discursiva
REFERÊNCIAS BÁSICAS
**COTRIM, Ademaro. Instalações elétricas. 5° Ed. São Paulo. Pearson Education.
CREDER, Hélio. Instalações Elétricas. 15° Ed. Rio de Janeiro. LTC. 2007. REFERÊNCIAS COMPLEMEN TARES**
FLARYS, Francisco. Eletrotécnica Geral: Teoria e Exercícios Resolvidos. 2° Ed. Manole. 2013.
https://www.institutosc.com.br/web/blog/nr- 10 - como-evitar-choque-eletrico-no- trabalho https://pt.wikipedia.org/wiki/Choque_el%C3%A9trico. https://www.infoescola.com/eletricidade/processos-de-eletrizacao/ http://www.ccb.usp.br/arquivos/arqpessoal/1360237189_nr10atualizada.pdf
1.1. Sistema de Medidas e Sistema Internacional de Unidades (SI)
Como em qualquer outro ramo profissional, técnicos e engenheiros eletricistas lidam com quantidades mensuráveis a todo o momento. Com isso, para facilitar a leitura de valores medidos e/ou calculados, foi estabelecido um padrão internacional de unidades. Esse padrão chama-se Sistema Internacional de Unidades (SI). O Sistema Internacional de Unidades é usado por todas as principais sociedades de engenharia do mundo.
Tabela 1: Sistema Internacional de Unidades. Quantidade Unidade básica Símbolo Comprimento Metro M Massa Quilograma Kg Tempo Segundo S Corrente Elétrica Ampere A Temp. Termodinâmica Kelvin K Carga Coulomb C Intensidade Luminosa Candela Cd Tensão Volt V Quant. de Substância Mol Mol Fonte: Sadiku (2013, p. 05).
Figura 01: Ilustração sistemas de medidas. Fonte: Google imagens (2016)
Em alguns casos, as unidades do SI são muito pequenas e precisam ser representadas por prefixos padronizados, correspondentes a potência de 10. Engenheiros e técnicos costumam somente utilizar os que representam potência divisível por 3.
Tabela 2: Prefixos do Sistema Internacional de Unidades. Multiplicador Prefixo Símbolo 1018 exa E 1015 peta P 1012 tera T 109 giga G 106 mega M 103 quilo K 102 hecto H 10 deka Da 10 -^1 deci D 10 -^2 centi C 10 -^3 mili M 10 -^6 micro μ 10 -^9 nano N 10 -^12 pico P 10 -^15 fento F 10 -^18 atto A Fonte: Sadiku (2013, p. 05)
Por exemplo, para ilustrar a utilização dos prefixos do Sistema Internacional de Unidades, a seguir temos números expressos com prefixos diferentes, mas com valores iguais:
300 000 000 mm = 300 000 m = 300 km 5 000 mA = 5 A 1000 μC = 1 mC 1 kV = 1000 V
1.2. Conceitos Fundamentais da Eletricidade
Ao longo dos séculos, diversos cientistas notaram que os fenômenos elétricos se comportam de maneira constante e previsível quando submetidos a determinadas condições.
Carga elétrica.
O conceito de carga elétrica é fundamental para explicar todos os fenômenos elétricos. Segundo o autor Matthew Sadiku, “Carga é uma propriedade elétrica das partículas atômicas que compõem a matéria, medida em coulombs (C)” (Sadiku, 2013).
Existem 3 tipos principais de cargas elétricas: A primeira delas é a carga positiva, ou próton. A segunda delas é a carga elétrica negativa, ou elétron. A última, mas não menos importante é a carga neutra, o nêutron. A carga elétrica elementar é a menor quantidade de carga encontrada na natureza cujo valor em coulomb é dado por:
𝑒 = 1,6 × 10−19^ C É importante também saber que cargas elétricas de sinais iguais se repelem e cargas elétricas de sinais diferentes se atraem. Esse comportamento das cargas elétricas é fundamental para explicar os principais fenômenos da eletricidade.
Figura 02 - Comportamento de cargas elétricas. Fonte: Própria.
De acordo com o autor Francisco Flarys, “Se um corpo tem mais elétrons do que prótons, diz-se que ele está negativamente carregado ou com excesso de elétrons. Quando um corpo contem mais prótons que elétrons, diz-se que ele está positivamente carregado.” Deste modo, o conceito de carga elétrica de um corpo está relacionado a diferença de cargas positivas e negativas contidas no corpo.
Como já dito anteriormente, um corpo está eletricamente carregado quando há um desequilíbrio de cargas. Existem, no entanto, três formas de se eletrizar um corpo.
A primeira delas é a eletrização por atrito, que ocorre quando dois corpos de substâncias diferentes (ou não) são atritados um ao outro. Inicialmente neutros, há uma transferência de elétrons de um corpo para o outro, de tal forma que o corpo que cedeu elétrons fique positivamente carregado e o corpo que recebeu elétrons fique negativamente carregado.
Note que um corpo que cede elétrons fica com falta de elétrons, ou seja, fica com mais cargas positivas que negativas, ficando assim positivamente carregado. Já o corpo que recebe elétrons, recebe cargas negativas, ficando negativamente carregado.
Figura 03 - Processo de eletrização por atrito. Fonte: Infoescola (2014)
A segunda forma de se eletrizar um corpo é a eletrização por contato. Considere dois corpos A e B, onda A é um corpo neutro e B é eletrizado negativamente, ou seja, com excesso de elétrons. Quando encostamos o corpo A ao corpo B, os elétrons em excesso do corpo B passam espontaneamente para o corpo A, tornando ambos os corpos negativamente carregados.
Na eletrização por contato a troca de cargas depende das dimensões e das formas dos corpos. Caso ambos os corpos tenham dimensões iguais e formas iguais, após o contato ambos os corpos terão cargas iguais.
1.3. Grandezas Elétricas
Corrente Elétrica
Quando um fio condutor é conectado a uma fonte de tensão (uma bateria, por exemplo), as cargas elétricas são obrigadas a se mover. A esse movimento das cargas elétricas dá-se o nome de corrente elétrica. Por definição, segundo o autor Matthew Sadiku, “Corrente elétrica é o fluxo de carga por unidade de tempo, medido em ampères (A).” (Sadiku, 2013). Ou seja, corrente elétrica é o fluxo ordenado de cargas elétricas por um condutor.
Figura 06 - Corrente elétrica devido ao fluxo de cargas em um condutor. Fonte: Sadiku (2013, p. 06).
Matematicamente, a relação da corrente I com a carga elétrica q e o tempo t é dada pela equação abaixo:
𝐼 = 𝑑𝑞𝑑𝑡
A corrente elétrica é dada em ampères (A), ou seja: 1 ampère = 1 coulomb/segundo Em outras palavras, utilizando se o conceito matemático, a corrente elétrica I é a derivada da carga elétrica q em função do tempo t. Com isso, para entender bem o conceito matemático da corrente elétrica, assim como vários outros conceitos da eletricidade, é preciso saber o conceito de derivada e também o conceito de integral. Como o foco deste curso é somente a eletricidade, é preciso que o leitor domine bem esses dois temas, pois estes não serão comentados neste material.
Tensão
Para deslocar o elétron em um condutor a determinado sentido é necessário algum trabalho ou transferência de energia. Esse trabalho é realizado por uma força eletromotriz (FEM) externa representada pela bateria na Figura 06. Essa FEM também é conhecida como tensão ou diferença de potencial. “A tensão Vab entre dois pontos a e b em um circuito elétrico é a energia (ou trabalho) necessária para deslocar uma carga unitária de a para b .” (Sadiku, 2013)
Matematicamente a tensão elétrica entre dois pontos a e b pode ser expressa pela equação abaixo:
𝑉𝑎𝑏 = 𝑑𝑤𝑑𝑞
Onde w é a energia em joules (J) e q é a carga elétrica em coulombs (C). A unidade de tensão elétrica é o volt (V), em homenagem ao físico italiano Alessandro Antônio
Volta, que inventou a primeira pilha voltaica. A figura abaixo mostra a tensão através de um elemento (representado por um bloco).
Figura 7 - Potencial elétrico (tensão) através de um elemento. Fonte: Sadiku (2013, p. 09)
A tensão Vab pode ser representada de duas maneiras: (1) O ponto a se encontra a um potencial maior que b e (2) o ponto b se encontra a um potencial menor que o potencial do ponto a. Ou seja,
𝑉𝑎𝑏 = −𝑉𝑏𝑎 Corrente elétrica e tensão são duas grandezas elétricas fundamentais em circuitos elétricos.
1.4. Choque Elétrico
Choque elétrico é “a perturbação, de natureza e efeitos diversos, que se manifesta no organismo humano ou animal quando este é percorrido por uma corrente elétrica”. (Cotrim, 2008, p. 07)
Dependendo do tempo e da intensidade da corrente elétrica, o choque elétrico pode causar danos maiores e efeitos fisiopatológicos no homem, podendo muitas vezes levar a morte.
Figura 08 - Choque elétrico. Fonte: Instituto Santa Catarina (ISC, 2018)
Como já sabemos, os efeitos do choque elétrico depende de diversos fatores. O principal deles é a intensidade da corrente que passa pelo corpo humano ou animal. Na tabela abaixo podemos visualizar os efeitos do choque elétrico com alguns valores de corrente elétrica.
Tabela 3 - Efeitos da corrente no corpo humano. Corrente Elétrica (mA) Efeito no corpo humano 1 Sensação de Tremor 3 Formigamento 20 Contração Muscular 30 Falta de ar 100 Risco de o coração parar de bater 900 Queimaduras graves Fonte: IPT Engenharia (2015, p. 01)
Quando se trata de choques elétricos podem-se considerar dois tipos: os de contato direto e os de contato indireto.
Choques elétricos de contato direto: são aqueles em que a pessoa encosta diretamente nos condutores energizados. São causados geralmente por falha de isolamento, por ruptura ou remoção indevida de partes isolantes ou muitas vezes por imprudência.
Figura 09 - Choque elétrico de contato direto. Fonte: Cotrim (2008, p. 08)
Choques elétricos de contato indireto são aqueles em que a pessoa encosta em objetos que ficaram sob tensão devido a uma falha de isolamento. São causados por falha em
Após isso aplique os procedimentos de primeiros socorros: Inicie a respiração de socorro, no caso de parada respiratória ou cardíaca. Imobilize os locais de fratura, se houver. Proteja as áreas de queimadura. Controle o estado de choque. Transporte a vítima para o hospital mais próximo ou ligue para o serviço de pronto atendimento o quanto antes.
2.1. Conceitos Básicos de Circuitos
Um circuito elétrico é a conexão de elementos elétricos de modo a formar um caminho fechado e propício para a passagem de corrente elétrica, como ilustrado na Figura 04. “Um circuito de uma instalação elétrica compreende, além dos condutores elétricos, todos os dispositivos nele ligados, isto é, no caso mais geral, os dispositivos de proteção, os dispositivos de comando, as tomadas de corrente etc” (Cotrim, 2008, p. 14).
Figura 11 - Circuito elétrico. Fonte: Alunos online (2013, p. 01)
Circuitos elétricos podem ser caracterizados por três tipos, sendo eles circuitos em série, circuitos em paralelo e circuitos mistos.
Circuitos em série é aquele em que as cargas estão conectadas sequencialmente e tem apenas um ponto em comum, ou seja, estão sendo percorridas pela mesma corrente elétrica. Circuito em paralelo é aquele em que as cargas estão conectadas com todos os pontos em comum, ou seja, as cargas possuem dois pontos em comum e possuem a mesma tensão. Circuitos série paralelo ou circuitos mistos são aqueles que possuem cargas em série e paralelo.
Os três tipos de circuitos elétricos podem ser observados nas figuras abaixo, onde R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 e R 7 representam as cargas elétricas e V 1 , V 2 e V 3 são fontes de tensão.
Figura 12 - Circuito elétrico série. Fonte: National Instruments Multisim (2014)
Repare que no circuito série mostrado na figura acima as cargas R1 e R2 possuem somente um ponto de conexão em comum. Isso ocorre em todos os circuitos série.
Figura 13 - Circuito elétrico em paralelo. Fonte: National Instruments Multisim (2014)
