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formação
eletrotecnia básica leis gerais do circuito elétrico 6.ª PARTE José V. C. Matias Licenciado em Engenharia Eletrotécnica (IST) Professor do Ensino Secundário Técnico Autor de Livros Técnico -Didáticos de Eletricidade e Eletrónica
ASSOCIAÇÃO DE GERADORES Os geradores podem ser ligados, entre si, de diferentes formas: em série, em paralelo e em associação mista.
é muito elevada, produz-se uma queda de tensão interna também elevada, reduzindo bastante o valor da tensão que o gerador devia fornecer. Daí a necessidade de ligar vários geradores em paralelo, de forma que cada um deles forneça menos corrente.
A – Associação em série Diz-se que dois ou mais geradores estão ligados em série quando se liga o terminal positivo de um ao terminal negativo de outro, e assim sucessivamente, tal como se representa na Figura.
It = 3l + I
I
E
+
+ – + – + –
E r
ET
I
+ V –
– Figura 34. $VVRFLD©¥R HP V«ULH GH JHUDGRUHV
I
E
E –
Figura 35. $VVRFLD©¥R HP SDUDOHOR GH WU¬V JHUDGRUHV
Esta associação é caraterizada pelas seguintes relações: 1) A força eletromotriz total ET é igual à força eletromotriz de cada gerador: ET = E
Esta associação é geralmente feita com geradores que possuem as mesmas caraterísticas (força eletromotriz E e resistência interna r). O objetivo da associação em série é aumentar a força eletromotriz total e, portanto, a tensão total a aplicar a um circuito ou instalação elétrica. Assim, a associação em série de geradores é caraterizada pelas seguintes relações:
2) A resistência interna total rT é inferior à resistência interna de cada gerador, sendo calculada por:
1) A força eletromotriz total E T é a soma das forças eletromotrizes parciais:
3) A intensidade total IT fornecida é igual à soma das intensidades fornecidas por cada gerador:
ET = n E
IT = n I
2) A resistência interna total rT é a soma das resistências internas parciais: rT = n r 3) A intensidade de corrente I é a mesma em todos os geradores:
rT =
r n
C – Associação mista A associação mista de geradores consiste em ligar em paralelo duas ou mais associações-série, conforme se sugere na Figura seguinte. Ela tem, simultaneamente, as vantagens da associação-série e as da associação-paralelo, isto é, permite aumentar a tensão total bem como a intensidade total.
I1 = I2 = …… = In It
B – Associação em paralelo Diz-se que dois ou mais geradores estão ligados em paralelo quando os seus terminais positivos são ligados entre si e os seus terminais negativos também entre si, tal como se sugere na Figura 35. Normalmente, ligam-se em paralelo geradores que possuem as mesmas caraterísticas. Esta associação é feita quando se pretende aumentar o valor da intensidade de corrente I, isto é, quando o recetor R exige mais corrente do que aquela que um só gerador consegue fornecer. Repare que quando a intensidade fornecida por um gerador www.oelectricista.pt o electricista 55
I
I Et
E
r
Figura 36 $VVRFLD©¥R PLVWD GH JHUDGRUHV
r
E
eletrotecnia bĂĄsica
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c) = ET – rT . I d) = E T – rT . I
I
I
A
A
P4 sistĂŞncia total ĂŠ de 36,3 Ί. A resistĂŞncia interna do dĂnamo ĂŠ de 1,1 Ί. Calcule: a) A tensĂŁo aplicada aos recetores; b) A força eletromotriz do dĂnamo; c) A queda de tensĂŁo interna. Resolução a) 225 V; b) ! ; c)
P5 – Dez pilhas iguais ligadas em sÊrie, com 1,5 V de f.e.m. cada, alimentam um recetor de 33 Ί " " # $ % % & a) A f.e.m. do gerador equivalente; b) A tensão aplicada ao recetor; c) A queda de tensão total e a queda de tensão de cada pilha; d) A resistência interna de cada pilha. Resolução a) 15 V; b) 13,2 V; c) 1,8 V; 0,18 V; d) Ί
10. RECETORES ' * + recetor ou aparelho de utilização como o aparelho que transforma a energia elÊtrica numa outra forma de energia. Compreende-se, portanto, que haja diferentes tipos de recetores, com * %" "/ # %4 "7 #
10.1. Tipos de recetores 9
9
9
9
Recetores tĂŠrmicos â&#x20AC;&#x201C; transformam a energia elĂŠtrica em energia % * # < + 7 "%"> 4" % * 7 >" " * # ? @ 7% torradeira, o ferro de engomar, o irradiador, entre outros. Recetores luminosos â&#x20AC;&#x201C; transformam a energia elĂŠtrica em energia luminosa. Temos a lâmpada de incandescĂŞncia, a lâmpada fluorescente, a lâmpada de nĂŠon, e outros. Estes recetores, alĂŠm de 4" % " BF 7 > 4" % * # Recetores quĂmicos â&#x20AC;&#x201C; transformam a energia elĂŠtrica em quĂmica. Temos o acumulador que armazena energia elĂŠtrica, sob a forma quĂmica. Temos as cubas de eletrĂłlise da ĂĄgua, onde se separa o oxigĂŠnio e o hidrogĂŠnio, a partir da ĂĄgua acidulada. Recetores de força contraeletromotriz â&#x20AC;&#x201C; sĂŁo recetores especiais, como ĂŠ o caso do motor elĂŠtrico, do acumulador, da cuba de eletrĂłlise que, ao serem alimentados, produzem uma força contraeletromotriz, conforme iremos ver adiante.
10.2. Associação de recetores Os recetores, assim como os geradores, tambÊm podem ser ligados entre si em sÊrie, em paralelo e em associação mista. Diz-se que dois ou mais recetores são ligados em sÊrie quando são percorridos pela mesma intensidade de corrente. Na Figura representa-se a associação em sÊrie de três lâmpadas incandescentes L1 , L2 e L3 . www.oelectricista.pt o electricista 55
L2
L1
P3 â&#x20AC;&#x201C; TrĂŞs dĂnamos iguais, ligados em paralelo, alimentam um conjunto de recetores. Os dĂnamos tĂŞm as seguintes caraterĂsticas individuais: E = 230 V, r = 1,2 Ί. Sabe-se que a tensĂŁo aplicada Ă s cargas ĂŠ de 220 V. Calcule: a) As caraterĂsticas do gerador equivalente (ET e rT); b) A intensidade total fornecida; c) A intensidade fornecida por cada gerador; d) A queda de tensĂŁo interna de cada gerador; e) A resistĂŞncia rT dos recetores; Resolução: a) ET = 230 V; rT Ί; b) 25 A; c) 8,33 A; d) 10 V; e) 8,8 Ί
I
I
L3
Figura 38. $VVRFLDŠ¼R HP VULH ̰ D LQWHQVLGDGH GH FRUUHQWH  D PHVPD QDV GLIHUHQWHV O¤PSDGDV
Esta associação permite que a tensĂŁo em cada lâmpada seja inferior Ă tensĂŁo total aplicada ao circuito permitindo-nos, assim, utilizar lâmpadas com tensĂľes nominais inferiores Ă da rede. Tem, contudo, a desvantagem de, no caso de uma lâmpada se fundir, as restantes e, portanto, impedidas de funcionar. Diz-se que dois ou mais recetores sĂŁo ligados em paralelo quando sĂŁo submetidos Ă mesma tensĂŁo elĂŠtrica da rede . Na Figura representam-se trĂŞs recetores diferentes â&#x20AC;&#x201C; uma resistĂŞncia R, um motor M e uma lâmpada L â&#x20AC;&#x201C; submetidos Ă mesma tensĂŁo . A I1
C I2
A
A
E I3
A
A M
R
B
L
D
F
Figura 39 1D DVVRFLDŠ¼R HP SDUDOHOR RV UHFHWRUHV HVW¼R VXEPHWLGRV ¢ PHVPD WHQV¼R 8$% 8&' 8() 8
A tensĂŁo entre A e B ĂŠ igual Ă tensĂŁo entre C e D, igual Ă tensĂŁo entre E e F e igual Ă tensĂŁo da rede . A intensidade absorvida por cada recetor ĂŠ que poderĂĄ ser diferente, dependendo das caraterĂsticas de cada recetor. Este tipo de associação ĂŠ o mais vulgarmente utilizado (nomeadamente nas nossas casas e em instalaçþes comerciais, industriais, e outros), na medida em que torna os recetores independentes uns dos outros. Por exemplo, se ligarmos, em nossa casa, um aspirador, um aquecedor e um secador de cabelo Ă mesma tomada elĂŠtrica, atravĂŠs de * J "7% %"4K +% 7 % % funcionando independentes uns dos outros. Se desligarmos o secador, os outros dois continuam a funcionar da mesma forma em que se encontravam, sem qualquer alteração. A associação mista de recetores consiste em ligar uns recetores em sĂŠrie e outros em paralelo, das mais diversas formas. Na Figura representamos trĂŞs lâmpadas em associação mista. I2 L1
I1
L2
A
A A I3
L3
Figura 40. $VVRFLDŠ¼R PLVWD GH WUV UHFHWRUHV
Este tipo de associação encontra-se normalmente em circuitos eletrĂłnicos, em circuitos impressos, fazendo parte de equipamentos e aparelhagem muito diversa (aparelhagem de medida, aparelhagem de ĂĄudio e vĂdeo, entre outros). Evidentemente que, em laboratĂłrio, sĂŁo frequentemente efetuadas montagens de que fazem parte associaçþes mistas de componentes. Entre os diferentes recetores, os recetores tĂŠrmicos (ou resistivos), caraterizados por possuĂrem um determinado valor de resistĂŞncia R, sĂŁo aqueles que se utilizam com maior frequĂŞncia. Vamos, por isso, estudĂĄ-los nos pontos seguintes.