Eletrônica Geral
A eletrônica é a ciência que estuda a forma de controlar a energia elétrica por meios elétricos nos quais os elétrons têm papel fundamental.
Divide-se em analógica e em digital porque suas coordenadas de trabalho optam por obedecer estas duas formas de apresentação dos sinais elétricos a serem tratados.
Numa definição mais abrangente, podemos dizer que a eletrônica é o ramo da ciência que estuda o uso de circuitos formados por componentes elétricos e eletrônicos, com o objetivo principal de representar, armazenar, transmitir ou processar informações além do controle de processos e servo mecanismos. Sob esta ótica, também se pode afirmar que os circuitos internos dos computadores (que armazenam e processam informações), os sistemas de telecomunicações (que transmitem informações), os diversos tipos de sensores e transdutores (que representam grandezas físicas - informações - sob forma de sinais elétricos) estão, todos, dentro da área de interesse da eletrônica.
Complementar à definição acima, a eletrotécnica é o ramo da ciência que estuda uso de circuitos formados por componentes elétricos e eletrônicos, com o objetivo principal de transformar, transmitir, processar e armazenar energia, utilizando a eletrônica de potência. Sob esta definição, as usinas hidrelétricas, termoelétricas e eólicas (que geram energia elétrica), as linhas de transmissão (que transmitem energia), os transformadores, retificadores e inversores (que processam energia) e as baterias (que armazenam energia) estão, todos, dentro da área de interesse da eletrotécnica.
Entre os mais diversos ramos que a abrangem, estuda a transmissão da corrente elétrica no vácuo e nos semicondutores. Também é considerada um ramo da eletricidade que, por sua vez, é um ramo da Física onde se estudam os fenômenos das cargas elétricas elementares, as propriedades e comportamento, do elétron, fótons, partículas elementares, ondas eletromagnéticas, etc.
A energia elétrica é a principal fonte de energia do mundo, produzida a partir do potencial elétrico de dois pontos de um condutor. Foi o filósofo grego, Tales de Mileto, quem descobriu por meio de uma experiência, as cargas elétricas e, a partir disso, a palavra "eletricidade" começou a ser utilizada.
Em grande parte, a energia elétrica é produzida nas usinas hidrelétricas, porém sua produção é também feita nas usinas eólicas, solares, termoelétricas, nucleares, etc. No Brasil, quase 90% da energia é produzida nas Usinas Hidrelétricas sendo que a maior Usina Hidrelétrica do Brasil é a Usina de Itaipu, localizada no Rio Paraná na fronteira entre o Brasil e Paraguai.
Nas Usinas Hidrelétricas, utiliza-se a força das águas, dos rios, para gerar energia mecânica, que por sua vez chega para a população em forma de energia elétrica, tão indispensável nos dias atuais: para ligar computadores, eletrodomésticos, iluminação, televisores, dentre outros.
O que é energia elétrica?
A energia elétrica é a capacidade de uma corrente elétrica realizar um trabalho. Essa forma de energia pode ser obtida por meio da energia química ou da energia mecânica, por intermédio de turbinas e ou geradores que transformam essas formas de energia em energia elétrica.
A aplicação de uma diferença de potencial entre dois pontos de um condutor, gerando uma corrente elétrica entre seus terminais, origina o que entendemos como energia elétrica. Hoje em dia a energia elétrica é a principal fonte de energia do mundo.
A principal função da energia elétrica é originar outros tipos de energia, como a energia mecânica e a energia térmica.
Cálculo da energia elétrica
Para calcularmos a energia elétrica, usamos a equação:
EEL = P. ∆t
onde:
EEL é a energia elétrica;
P é a potência;
∆t é a variação do tempo.
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a energia é dada em joule (J), porém, a unidade de medida mais utilizada para calculo de consumo é o quilowatt-hora (kWh).
Como as companhias elétricas calculam a sua conta de energia?
As companhias elétricas utilizam o kWh para a medição do consumo de energia elétrica de um determinado estabelecimento. Para calcular a conta de energia elétrica, a companhia multiplica o custo unitário do kWh pela quantidade de energia consumida durante o mês.
Assim, se o consumo no mês de maio foi de 120 kWh e o custo de 1 kWh é de R$ 0,48, a conta de energia referente a esse mês será de:
C = 120 x 0,48
C = R$ 57,60
Essa forma de energia está presente no nosso cotidiano não só nos aparelhos eletrônicos, mas também na natureza - descargas elétricas que resultam em relâmpagos, por exemplo. A eletricidade é, atualmente, o principal tipo de energia existente.
O conceito é tão amplo que existem áreas de estudo que se ocupam cada uma de um aspecto da eletricidade:
Eletrostática: dedica-se ao comportamento das cargas elétricas sem movimento, ou em estado de repouso.
Eletrodinâmica: ao contrário da eletricidade estática, a eletrodinâmica é, como indica o seu nome, dinâmica e, portanto, está em constante movimento.
Eletromagnetismo: estuda a relação da eletricidade com a capacidade de atrair e reprimir polos.
História da Eletricidade
A eletricidade foi descoberta pelo “pai da Ciência”, o filósofo grego Tales de Mileto (625 a.C. -547 a.C). O achado que viria a revolucionar o mundo foi descoberto ao acaso, quando o pensador esfregou uma substância chamada âmbar com pele de animal e observou que a partir disso pequenos objetos se movimentavam atraídos como pelo efeito de um ímã.
Na sequência, iniciaram-se e alargaram-se os estudos nessa matéria durante largos anos. Entre outros pesquisadores, Otto von Guericke inventa uma máquina de cargas elétricas e Stephen Gray examina a diferença do comportamento dos condutores e dos isolantes elétricos.
O que é Eletricidade Estática?
A eletricidade estática é o processo de concentração de cargas elétricas em repouso que, a partir do contato ou aproximação com outro corpo se atrita e, transferindo carga para esse corpo, manifesta-se. Exemplo disso são as explosões que podem acontecer com materiais inflamáveis.
A eletricidade estática é objeto de estudo da área eletrostática, tal como foi mencionado acima.
Eletricidade e Magnetismo
Eletricidade e Magnetismo são ambos fenômenos que se relacionam entre si. Uma vez que o magnetismo tem a capacidade de atrair corpos, a eletricidade, por sua vez, produz um efeito magnético na medida em que está sujeita a condutores que permitem a sua movimentação.
O eletromagnetismo se ocupa da relação estabelecida entre eletricidade e magnetismo.
Fontes de Energia
Fontes de energia são as diferentes formas de recursos que direta ou indiretamente produzem energia para movimentar a indústria, o comércio, os transportes, a agricultura, a saúde etc. As jazidas minerais, as bacias petrolíferas, os rios, o vento, as florestas, são alguns exemplos desses recurso energéticos.
As fontes de energia ou recursos energéticos podem ser classificados em dois grupos: energias renováveis e não renováveis.
Energias renováveis são aquelas que regeneram-se espontaneamente ou através da intervenção humana. São consideradas energias limpas:
Hidrelétrica - obtida pela força da água dos rios
Solar - obtida da energia do sol
Eólica - obtida pela força dos ventos
Geotérmica - provém do calor do interior da terra
Biomassa - obtida de matérias orgânicas
Oceanos - obtida pela força das ondas
Hidrogênio - provém da reação entre hidrogênio e oxigênio que libera energia
Energias não renováveis são aquelas que se encontram na natureza em grandes quantidades mas, uma vez esgotadas não podem ser regeneradas. Têm reservas finitas, uma vez que é necessário muito tempo para sua formação na natureza. São consideradas energias poluentes, já que sua utilização causa danos para a natureza.
Os combustíveis fósseis, como o petróleo, o carvão mineral, o xisto e o gás natural, bem como aqueles usados como matéria-prima para produzir a energia nuclear, o urânio e o tório são exemplos de fontes de energia não renováveis.
Corrente Elétrica
A corrente elétrica designa o movimento ordenado de cargas elétricas (partículas eletrizadas chamadas de íons ou elétrons) dentro de um sistema condutor. Esse sistema apresenta uma diferença de potencial elétrico (ddp) ou tensão elétrica.
A corrente elétrica que transita nos resistores pode transformar energia elétrica em energia térmica (calor), num fenômeno conhecido como Efeito Joule.
A resistência de um fio condutor facilita ou dificulta a passagem da corrente elétrica, sendo calculada através da fórmula da Primeira Lei de Ohm (R=U/I).
Os aparelhos eletrônicos, pilhas e baterias, apresentam o polo negativo e o polo positivo. Isso explica a diferença de potencial (ddp) presente no circuito de cada um deles.
Observe que o sentido da corrente elétrica é caracterizado de duas maneiras:
Uma delas é a “corrente elétrica real”, ou seja, aquela que possui o sentido do movimento dos elétrons.
A outra maneira é a “corrente elétrica convencional”, cujo sentido é contrário ao movimento dos elétrons e é marcada pelo movimento das cargas elétricas positivas.
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a intensidade da corrente elétrica é medida em Ampère (A), a resistência em Ohm (Ω) e a tensão elétrica (ddp) é medida em Volts (V).
Tipos de Corrente Elétrica
Corrente Alternada (CA): possui sentido e intensidade variados, ou seja, apresenta diferença de potencial (ddp) é alternada, gerada pelas usinas.
Corrente Contínua (CC): possui sentido e intensidade constantes, ou seja, apresenta diferença de potencial (ddp) contínua, gerada por pilhas e as baterias.
Tipos de Tensão Elétrica
Tensão elétrica ou diferencial de potencial (ddp) é a diferença de potencial entre dois pontos. A tensão elétrica também pode ser explicada como a quantidade de energia gerada para movimentar uma carga elétrica.
Assim como ocorre com a corrente elétrica, existem dois tipos de tensão elétrica:
Tensão Alternada = A tensão alternada é uma tensão que varia sua polaridade conforme a passagem do tempo, oscilando entre um valor de pico positivo (+Vp) e um valor de pico negativo (-Vp).
Tensão Continua = A Corrente Contínua CC (DC) é um circuito cuja Corrente Elétrica flui apenas numa só direção. O CC encontra-se em muitas aplicações de tensão baixa, especialmente nas aplicações que utilizam Bateria. A maioria dos circuitos eletrônico requer uma fonte de alimentação CC.
No Brasil, há diversas tensões nominais secundárias de distribuição. As “tensões secundárias” são aquelas usadas para atendimento a residências, comércios e pequenas indústrias. No Brasil, as tensões nominais regulamentadas pela ANEEL são:
Tensão Nominal = 440 / 380 / 220 / 110 volts
Para conhecer a tensão específica utilizada em determinada localidade, entrar em contato diretamente com a distribuidora responsável por aquela região.
Transmissão de energia Elétrica
é o processo de transportar energia entre dois pontos. O transporte é realizado por linhas de transmissão de alta potência, geralmente usando corrente alternada, que de uma forma mais simples conecta uma usina ao consumidor.
Ao sair das usinas e seus geradores, a eletricidade é transportada através de cabos aéreos, ou seja, cabos visíveis por não estarem enterrados, sendo revestidos por camadas isolantes e fixados em grandes (e altas) torres de metal. Chamamos a todo esse conjunto de cabos e torres, portanto, de rede de transmissão de energia elétrica.
As Transmissoras de energia costumam administrar as Linhas de Transmissão com as maiores voltagens; contudo, há também redes de menor voltagem dentro das próprias distribuidoras de energia elétrica, isso para permitir que as distribuidoras possam levar a energia de voltagens menores e mais seguras aos clientes de sua área de concessão.
No Brasil, as linhas de transmissão são classificadas de acordo com o nível de tensão de sua operação, mensurado em Kilo Volt (kV - milhares de Volts). Para cada faixa de tensão, existe um código que representa todo um conjunto de linhas de transmissão de mesma classe. São eles:
A1 – tensão de fornecimento igual ou superior a 230 kV
A2 – tensão de fornecimento de 88 kV a 138 kV
A3 – tensão de fornecimento de 69 kV
As linhas de transmissão se estendem por longas distâncias, conectando também, além de usinas geradoras aos grandes consumidores, aqueles que adquirem energia em alta tensão, como fábricas e mineradoras, ou às empresas distribuidoras de energia, as quais vão se encarregar de transportar a energia aos consumidores de menor porte. Em termos organizacionais, a classe A1 é representativa do sistema de transmissão interligado, ou Sistema Interligado Nacional (SIN), também denominado rede básica. Na classe A1, existem 77 concessionárias dos serviços públicos de transmissão, responsáveis pela administração de mais de 100 mil Km de linhas. As empresas transmissoras também operam instalações de tensão inferior a 230 kV, que são as chamadas Demais Instalações da Transmissão (DIT).
As classes A2 e A3, quando não são de propriedade das transmissoras, representam as redes denominadas de sub-transmissão, que, ao contrário das redes de transmissão propriamente ditas, são administradas pelas empresas de distribuição.
Subestações de transmissão
As subestações de transmissão são aquelas localizadas nas pontos de conexão com geradores, consumidores e empresas distribuidoras. Nos pontos de conexão com geradores, a função das subestações é elevar o nível de tensão da energia elétrica gerada para centenas de milhares de Volts. Já nos pontos de conexão com consumidores ou distribuidoras, a função das subestações de transmissão é rebaixar os níveis de tensão para dezenas de milhares de Volts.
A elevação da tensão reduz a corrente elétrica que circula nas linhas de transmissão, reduzindo assim, consideravelmente, as perdas elétricas inerentes ao transporte da energia. Dentro da subestação de transmissão, o equipamento responsável tanto pela elevação como pela redução da tensão elétrica é chamado de transformador.
Além do transformador, a subestação de transmissão conta com equipamentos de seccionamento (chaves) para manobras de manutenção e de situações de contingência, além de disjuntores e equipamentos de medição e proteção do sistema, como medidores de tensão, corrente e para-raios.
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Fim da aula 01