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"Eletricidade'' é o nome dado para um conjunto de fenômenos que ocorre por conta
de desequilíbrio ou movimentações de cargas elétricas. Ela está presente no dia
a dia em casas, computadores, celulares e indústrias.
Segundo relatórios da Empresa de Pesquisa Energética (EPE), a indústria
brasileira responde por mais de 30% do consumo final e mais de 40% da
eletricidade no Brasil.
Na indústria, o ativo é um dos objetos que mais consomem energia - já que
dependem de grande quantidade para funcionarem. Por isso é importante entender
os alguns fundamentos considerados essenciais para a eletricidade.
LEI DE OHM
As Leis de Ohm, criadas pelo físico Gergor Simon Ohn em 1827, mostram a
resistência elétrica dos condutores. Ela permite calcular grandezas como:
tensão, corrente e resistência elétrica dos elementos presentes em um circuito.
5 problemas elétricos que afetam suas máquinas
O físico afirma em sua primeira lei que a intensidade da corrente elétrica
fluindo de um condutor conectando dois pontos é diretamente proporcional à
tensão entre os dois pontos e inversamente proporcional à resistência elétrica
do condutor.
R: resistência, medida em Ohm (Ω)
U: diferença de potencial elétrico (ddp), medido em Volts (V)
I: intensidade da corrente elétrica, medida em Ampére (A).
Já a segunda lei, mostra aponta que a resistência elétrica de um material é
proporcional ao seu comprimento, sendo inversamente proporcional à sua área de
secção transversal.
R: resistência (Ω)
ρ: resistividade do condutor (depende do material e de sua temperatura, medida
em Ω.m)
L: comprimento (m)
A: área de secção transversal (mm2)
LEI DE AMPÉRE
Idealizada pelo físico francês Andre Marie Ampère, a lei consiste na dedução
matemática do campo magnético emitido por um fio eletricamente carregado.
Isso significa que é possível identificar a direção das correntes produzidas, já
que o campo magnético se alinha em um caminho uniforme.
Engenharia de confiabilidade: por que implementar
Importante saber que o campo magnético, formado por essa frequência de energia,
cria o efeito de atração e repulsão, como um imã.
Mas, por se tratar de um condutor contínuo de energia, as linhas criadas pela
corrente são fechadas e se movem em curvas.
Matematicamente, essa relação fica da seguinte forma:
μ: Permeabilidade magnética do meio (Tm/A)
i: intensidade da corrente elétrica (A)
B: intensidade do campo magnético (T)
R: distância na qual a intensidade do campo é medida (m)
A Lei de Ampère, pode ser aplicada para entender os campos em:
* Linhas retas;
* Planos infinitos;
* Solenóides;
* Campos gerados por cilindros;
* Toroides;
* Determinação de sentido e módulo de uma corrente em um fio;
* Distribuição de correntes em simetria.
LEI DE FARADAY
Também conhecida como lei da indução magnética, afirma que a variação no fluxo
de campo magnético por meio de materiais condutores induz o surgimento de uma
corrente elétrica.
Descoberta pelo físico e químico, Michael Faraday, é considerada uma das
descobertas mais importantes da história, já que a partir disso foi possível
pensar na produção de energia em larga escala, como o uso de usinas.
A lei de Lenz surge nesse princípio, como um complemento à Indução
Eletromagnética. Ou seja, a partir de alguns experimentos, Lenz afirma que a
corrente induzida que se forma nessas situações terá sentido oposto ao da
variação do fluxo magnético.
Por que os motores elétricos queimam?
Quando ambas as leis são combinadas, elas se apresentam como o pilar do
eletromagnetismo.
POTÊNCIAS E FATOR DE POTENCIA ( W, VA E VAR)
A potência elétrica é uma das grandezas da elétrica mais populares, por isso é
fundamental entender alguns conceitos.
Potência: é a quantidade de trabalho realizada em uma unidade de tempo, que
equivale à velocidade de mudança de energia em um sistema ou ao tempo para
realizar um trabalho. Ou seja, é a quantidade de energia elétrica fornecida para
um circuito elétrico a cada segundo. Sua unidade padrão para medir potência é o
watt (W).
Potência Ativa: é a energia consumida que realiza o movimento, responsável por
gerar, luz, movimento, calor, sua unidade é expressa em quilowatt (kW). Por
exemplo: a luz da lâmpada emitida, o calor de um forno elétrico e etc.
Potência Reativa: é a potência que oscila entre a fonte elétrica e a carga, ela
só é útil para dar magnetismo às bobinas dos equipamentos elétricos, como:
motores, transformadores e reatores. É expressa em quilovolt-ampère-reativo
(kVAr).
Potência Aparente: é aquela potência total absorvida por uma instalação
elétrica, sendo expressa em quilovolt-ampère (kVA).
O método mais comum de entender as diferenças entre os três tipos de potência é
fazendo uma analogia a um chopp.
Todo o copo representa a potência aparente (kVA), o líquido a potência ativa
(kW) e a espuma, a potência reativa (KVAr).
COMO CALCULAR O FATOR DE POTÊNCIA?
O fator de potência mostra a eficiência do uso da energia que é entregue pela
concessionária de energia
A Potência Reativa bem como a Potência Ativa fluem através de motores,
transformadores e reatores. A soma vetorial destas duas potências determina o
que chamamos de Potência Aparente. A divisão da Potência Ativa pela Potência
Aparente determina o que chamamos de Fator de Potência.
Resumindo, o Fator Potência determina como a energia elétrica está sendo
utilizada em seu sistema elétrico.
O resultado desse cálculo, pode estar entre -1, considerado uma quantidade
indutiva, negativa. Ou 1, quantidade capacitiva, positiva, indicando que o FP
(fator potência) está trabalhando adequadamente.
A Resolução Normativa Nº 414/201, da Agência Nacional de Energia Elétrica
(ANEEL), que é responsável por padronizar todo o consumo de energia elétrica,
define que o Fator de Potência deve ter no mínimo 0,92.
LEI DE KIRCHHOFF
Antes de entender como a lei pode ser aplicada, é essencial entender alguns
pontos como:
Nós: é onde há ramificações nos circuitos, quando há mais de um caminho para a
energia elétrica passar.
Ramos: trechos dos circuitos que se encontram entre dois nós seguidos. Por toda
sua extensão, a corrente elétrica é permanente.
Malhas: caminhos fechados em que inicia-se um nó e volta no mesmo nó. A soma dos
potenciais elétricos vai ser igual a zero sempre.
1ª LEI DE KIRCHHOFF: LEI DOS NÓS
A soma de todas as correntes que formam um nó, devem ser semelhantes à soma de
todas as correntes que deixam o mesmo nó.
"A soma algébrica das correntes que entram e saem de uma região, chamada nó, é
igual a zero"
2ª LEI DE KIRCHHOFF: LEI DAS MALHAS
Afirma que a soma de todos os potenciais elétricos ao longo de uma malha fechada
deve ser igual a zero.
"A soma algébrica de todas as tensões em torno de um caminho fechado, também
chamado de laço ou malha, é zero."
Vale lembrar: a soma de todas as tensões deve ser zero, ou a soma de todas as
quedas de tensão deve ser igual a tensão da fonte, no caso aqui 26.
Na prática, a soma de tensões de um circuito podem conter fatores não desejáveis
conhecidos como as quedas de tensão.
Elas se apresentam devido ao mau uso de equipamentos em uma determinada malha ou
então ao mal dimensionamento do projeto.
Em um circuito, os condutores atuam como uma resistência, dessa forma em malhas
longas pode haver uma queda de tensão considerável nos cabos.
Como consequência, em casos mais severos os equipamentos da malha podem não
receber a energia necessária para um funcionamento adequado e desperdício de
energia.
Como vimos na 2ª lei de ohm, a resistência no condutor depende da sua seção
transversal, assim, para evitar a queda de tensão nos cabos, o projetista deve
levar em consideração a distância entre as cargas e dimensionar os cabos de
acordo.
O QUE AS NORMAS FALAM SOBRE QUEDA DE TENSÃO?
Cada concessionária de energia elétrica possui suas normas quanto às quedas de
tensão permitidas.
A NBR 5410 estabelece alguns limites de quedas de tensão para sistemas de baixa
tensão como forma de evitar perturbações que comprometam a rede de distribuição,
a própria instalação e o funcionamento das demais cargas por ela alimentadas.
Quais são as normas regulamentadoras da manutenção?
No contexto industrial deve-se atentar para o uso dos motores elétricos
trifásicos, os seus cabos de alimentação são dimensionados para a corrente
nominal, porém a corrente de partida atinge valores de 6 a 10 vezes a nominal.
Sendo assim, durante a partida dos motores pode ocasionar uma queda de tensão na
rede dependendo da impedância da instalação. Quanto mais próximo a carga estiver
da fonte menor serão os impactos.
Visto isso, a NBR 5410 define que a queda de tensão nos terminais dos motores
não ultrapasse 10% da respectiva tensão nominal durante a partida.
Além disso, a NBR 14039 estabelece normas para instalações elétricas de média
tensão (1kV a 36,2 kV) que a queda de tensão entre a origem de uma instalação e
qualquer ponto de utilização deve ser menor ou igual a 5%.
Outro aspecto de fundamental importância quando se trata de oscilações de tensão
é com relação ao número de partida por unidade de tempo do motor.
no gráfico abaixo mostra os limites de oscilação máxima permitidos, onde se
verifica que quanto mais partidas são realizadas por tempo, menor deve ser a
queda de tensão para não haver danos maiores ao motor e a instalação.
MONITORANDO A REDE ELÉTRICA
As redes de energia industriais são sistemas que possuem cargas complexas com
comportamentos dinâmicos e suscetíveis a uma série de fatores durante a operação
dos equipamentos.
Por que é importante monitorar a rede elétrica?
Assim, torna-se indispensável monitorar a rede realizando registro e análise dos
parâmetros elétricos em período integral.
As medições podem ser realizadas a nível da subestação principal de entrada, das
subestações setoriais e distribuídas pelas cargas.
Quanto maior for o número de medições distribuídas estrategicamente em função
das cargas ao longo da planta, melhor serão as análises com dados mais
específicos de cada malha.
Analisar a tensão e corrente permite que os analistas tenham uma panorama claro
do comportamento e da qualidade da energia que está sendo utilizada nas
máquinas.
Com o registro das potências (ativa e reativa) é possível calcular os dados de
consumo dos equipamentos com precisão e monitorar o fator de potência para
evitar as multas das concessionárias.
Atualmente o uso de sensores IoT para monitoramento da rede elétrica já é
realidade em muitas indústrias que querem elevar sua eficiência.
Com eles é possível monitorar dados continuamente como: fator de potência,
corrente e tensão trifásica, potência ativa e reativa.
Ao ter acesso aos dados em uma plataforma de gestão de energia é possível que os
gestores tenham um controle contínuo dos parâmetros elétricos da planta. O
acesso a esses dados assertivos permite fundamentar decisões contratuais,
adequações, mudanças e investimentos.
Além de entender o comportamento e consumo do ativo, garantindo não só uma
eficiência energética, como também identificar em tempo hábil quais ativos podem
apresentar falhas ou estar consumindo mais do que deveriam, por exemplo. Esse
controle possibilita um controle pleno e horizontal da planta, atingindo um
nível de qualidade jamais visto na manutenção.
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
[1] A. Gaspar. Motor de ímã móvel. Caderno Catarinense de Ensino de Física,
8:188–193, 1991.
[2] A. Gaspar. História da Eletricidade. Ática, S ̃ao Paulo, 1996. ́
[3] CHAPMAN, David. 2002. Guia de Aplicação de Qualidade de Energia -
Afundamentos de Tensão. São Paulo : Pro Cobre, 2002.
[4] MAMEDE FILHO, João. 2010. Instalações Elétricas Industriais. Rio de Janeiro
:LTC, 2010.
[5] A. K. T. Assis and J. A. Hernandes. The Electric Force of a Current: Weber
and the Surface Charges of Resistive Conductors Carrying Steady Currents.
Apeiron, Montreal, 2007. ISBN: 978-0-9732911-5-5. Available at:
www.ifi.unicamp.br/ ̃assis.
[6] J. Canton. Electrical experiments, with an attempt to account for their
several phaenomena; together with observations on thunder-clouds. Philosophical
Transactions, 48:350–358, 1753.
[7] N. Ferreira. Mecânica. Instituto de Física, USP, São Paulo. Projeto RIPE —
Rede de Instrumentação para o Ensino.
[8] N. Ferreira. Eletrostática, Vol. 1. Instituto de Física, USP, São Paulo.
Projeto RIPE — Rede de Instrumentação para o Ensino.
[9] N. Ferreira. Eletrostática, Vol. 2. Instituto de Física, USP, São Paulo.
Projeto RIPE — Rede de Instrumentação para o Ensino.
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DETALHES SOBRE O AUTOR
ERIK CORDEIRO
Nome: Erik Cordeiro
E-mail: erik@tractian.com
Engenheiro de Conteúdo Técnico
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APRESENTAÇÃO:
Engenheiro eletricista formado pela UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos,
especializado em manutenção industrial e gestão de energia. É especialista em
conteúdo técnico industrial.
Profissional graduado pela Universidade Federal de São Carlos em engenharia
elétrica, anos de experiência no setor industrial principalmente nos setores de
utilidades, onde trabalhou como analista de manutenção, realizando a gestão de
energia da planta e lidando com projetos de eficiência energética.
Atualmente cursa MBA em Gestão de energia, petróleo e gás, além de ser
engenheiro de conteúdo técnico na TRACTIAN.
Indicador Eletricidade Lei de Ohm Lei de Ampére Lei de Faraday Lei de Kirchhoff
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