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o electricista o electricista
Jorge Jorge Castilho Castilho Cabrita, Cabrita, Engenheiro Engenheiro Electrotécnico Electrotécnico (IST)/ (IST)/ Professor Professor do Ensino do Ensino Secundário Secundário
lições lições
LIÇÕES LIÇÕESDE DEELECTRICIDADE ELECTRICIDADE{CAPITULO {CAPITULOII II· corrente · corrente contínua contínua Jorge Jorge Castilho Castilho Cabrita, Cabrita, Engenheiro Engenheiro Electrotécnico Electrotécnico (IST)/ (IST)/ Professor Professor do Ensino do Ensino Secundário Secundário
16º. 16º. PARTE PARTE
Watt-hora Watt-hora . Medidas . Medidas da da potência potência e da e da energia. energia. Resistências: Resistências: tipos, tipos, características características e aplicações. e aplicações. Resistências Resistências nãonão bobinadas. bobinadas.
Neste Nesteartigo artigoconclui-se conclui-seo ocapítulo capítulosobre sobrepotência potênciacom coma aintrodução introduçãododowattwatthora horacomo comounidade unidadeprática práticadedeenergia energiae ea aanálise análisedodocircuito circuitodedemedida medidadada potência potênciae da e daenergia. energia.NaNacontinuação, continuação,inicia-se inicia-seo oestudo estudodas dasresistências, resistências,com com análise análisedos dosparâmetros parâmetrosprincipais principaise eformas formasconstrutivas construtivasdas dasresistências resistênciasfixas fixas e eososvários váriostipos, tipos,características característicase eaplicações aplicaçõesdederesistências resistênciasnão nãobobinadas. bobinadas. 33›33›UNIDADE UNIDADEPRÁTICA PRÁTICADEDEENERGIA. ENERGIA. WATT-HORA WATT-HORA Calculemos Calculemosa aenergia energiadissipada dissipadaporporumum irradiador irradiador dede 2 kW 2 kW / 220 / 220 V durante V durante 1 hora. 1 hora. WW = P= tP=t 2000 = 2000 x 1x x1 3600 x 3600 == = 7= 200 7 200 000 000 J ( J1( h1 =h 3600 = 3600 s) s) Convenhamos Convenhamosque quenão nãoé éumumnúmero número muito muitoprático, prático,porporsersermuito muitogrande. grande.SeSe pensarmos pensarmos nono consumo consumo dede uma uma habitação habitação durante durante umum mês mês fácil fácil é concluir é concluir que que o sigo significado nificado dodo número número obtido obtido será será dede difícil difícil apreciação. apreciação.PorPoresta estarazão, razão,utiliza-se utiliza-senana prática prática uma uma unidade unidade prática prática emem substituisubstituiçãoçãodadaunidade unidadedodoSI.SI.Esta Estaunidade unidadeé oé o watt-hora watt-hora(lê-se (lê-se"uótóra"), "uótóra"),representada representada pelo pelosímbolo símboloWh. Wh.Realça-se Realça-seque, que,embora embora tenha tenhauma umadesignação designaçãoparecida parecidacom como o watt, watt, se se trata trata dede uma uma unidade unidade dede energia energia e e não não dede potência. potência. OO watt-hora watt-hora define-se define-se a partir a partir dada expresexpressãosãodadaenergia energia(W(W= =Pt)Pt)como comosendo sendoa a energia energiacorrespondente correspondenteà àpotência potênciadede1 1 watt watt durante durante 1 hora: 1 hora: 1 Wh 1 Wh = 1= W 1W x 1x h1 h Vejamos Vejamos queque relação relação existe existe entre entre 1 Wh 1 Wh e 1eJ.1 J. 1 Wh 1 Wh = 1= W 1W x 1x h1 =h 1= W 1W x 3600 x 3600 s =s 3600 = 3600 J J O valor O valor 7 200 7 200 000 000 J da J da energia energia calculado calculado nono exercício exercício anterior anterior é equivalente é equivalente a 2000 a 2000 WhWh (7 (7 200 200 000 000 / 3600 / 3600 = 2000), = 2000), muito muito mais mais fácil fácil dede ler.ler. É ainda É ainda corrente corrente usar usar o múltiplo o múltiplo kWh kWh (lê-(lê-se-se "kilóuótora"), "kilóuótora"), usado, usado, porpor exemplo, exemplo, nana facfacturação turação dosdos consumos consumos dede electricidade. electricidade. NoNo nosso nosso exemplo, exemplo, a energia a energia dissipada dissipada é 2é kWh. 2 kWh.
34›34› MEDIDAS MEDIDAS DADA POTÊNCIA POTÊNCIA E DA E DA ENERGIA ENERGIA É possível É possível medir medir directamente directamente a potência a potência com com umum aparelho aparelho chamado chamado wattímetro wattímetro (figura (figura 103 103(a)). (a)).Também Tambémé possível é possívelfazer fazera sua a suamedida medidaindirecta indirectausando usandoumumvoltímetro voltímetroe um e um amperímetro amperímetro e aplicando e aplicando a expressão a expressão P =P UI. = UI.
(a) (a)
(b) (b)
. (a). (a) Figura Figura 103103 Wattímetro; Wattímetro; (b) (b) Contador Contador de de energia energia eléctrica eléctrica de de corrente corrente contínua. contínua.
Quanto Quanto à energia, à energia, pode pode fazer-se fazer-se a sua a sua medida medida directa directa com com umum contador contador dede energia energia eléctrica eléctrica (figura (figura 103 103 (b)). (b)). O aparelho O aparelho mostrado mostrado nana figura figura destina-se destina-se à medida à medida dada energia energia eléctrica eléctrica emem corrente corrente contínua. contínua. Trata-se Trata-se dede umum aparelho aparelho diferente diferente dosdos usados usados nosnos lares lares para para corrente corrente alternada. alternada. OsOs princípios princípios dede funcionamento funcionamento sãosão completamente completamente diferentes. diferentes. A medida A medida indiindirecta recta dada energia energia eléctrica eléctrica é possível é possível com com umum cronómetro cronómetro para para medir medir o tempo o tempo e um e um wattíwattímetro, metro, aplicando aplicando emem seguida seguida a expressão a expressão WW = Pt. = Pt. Outro Outro processo processo indirecto indirecto é substituindo é substituindo o o wattímetro wattímetro porpor umum amperímetro amperímetro e um e um voltímetro voltímetro e aplicando e aplicando a expressão a expressão WW = UIt. = UIt. Vejamos Vejamos agora agora como como se se ligaliga o wattímetro. o wattímetro. Este Este aparelho aparelho é constituído é constituído internamente internamente porpor umum circuito circuito amperimétrico amperimétrico (a (a ligar ligar nono circuito circuito emem série série como como umum amperímetro) amperímetro) e por e por umum circuito circuito voltimétrico voltimétrico (a (a ligar ligar nono circuito circuito emem paraparalelolelo como como umum voltímetro) voltímetro) (figura (figura 104). 104). NaNa figura figura 105 105 mostra-se mostra-se o esquema o esquema dede umum circuito circuito alimentando alimentando uma uma resistência resistência dede carga carga 1 1 RR e incluindo e incluindo umum contador contador dede energia energia (mede (mede a energia a energia consumida consumida W),W), umum wattímetro wattímetro (mede (mede a potência a potência fornecida fornecida P),P), umum amperímetro amperímetro (mede (mede a corrente a corrente I na I na resistência) resistência) e um e um 1
1 Note-se Note-se queque o início o início da bobina da bobina amperimétrica amperimétrica (marcada (marcada comcom *) está *) está ligado ligado ao início ao início da bobina da bobina voltimétrica voltimétrica (marcada (marcada comcom *). Estas *). Estas indicações indicações
(*) encontram-se (*) encontram-se nalguns nalguns wattímetros. wattímetros.
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FORMAÇÃO FORMAÇÃO 43 43
situações situações dede sobrecarga, sobrecarga, assim assim como como picos picos dede tensão. tensão. A temperatura A temperatura dede funcionamento funcionamento pode pode atingir atingir 175 175 a 200 a 200 ºC.ºC. Dadas Dadas as as suas suas características, características, estas estas resistências resistências utilizam-se utilizam-se emem aplicações aplicações dede elevada elevada fiabilidade. fiabilidade. HáHá resistências resistências dede precisão precisão atingindo atingindo 0,5% 0,5% dede tolerância tolerância e mesmo e mesmo 0,10,1 %% para para valores valores dede 1010 :: a 3M:. a 3M:. HáHá resistências resistências especiais especiais para para alta alta tensão. tensão. OsOs limites limites máximos máximos dede tensão, tensão, consoante consoante os os tipos, tipos, sãosão 1600 1600 V, V, 3500 3500 V, V, 1010 000V, 000V, emem corrente corrente contínua. contínua. EmEm corrente corrente alternada alternada os os valores valores sãosão mais mais baixos. baixos. A Amaior maiorparte partedasdasresistências resistênciaspara paramonmontagem tagem emem superfície, superfície, analisadas analisadas a seguir, a seguir, uti-utilizaliza a tecnologia a tecnologia dede filme filme metálico metálico vitrificado. vitrificado.
permite permite fabricar fabricar resistências resistências e outros e outros componentes componentes electrónicos electrónicos emem áreas áreas microscópicas, microscópicas, constituindo constituindocircuitos circuitosfuncionais, funcionais,dedeforma formaindivisível indivisível(integrada). (integrada).Desde Desdeos osanos anos80,80,a a miniaturização miniaturizaçãodadaelectrónica electrónicae oe desenvolvimento o desenvolvimentododocomputador computadorpessoal pessoallevaram levaramaoao aparecimento aparecimento dede resistências resistências individuais individuais (discretas) (discretas) dede muito muito pequenas pequenas dimensões, dimensões, usando usando tecnologias tecnologias dede circuitos circuitos integrados. integrados. Uma Uma dessas dessas tecnologias tecnologias permite permite fabricar fabricar circuitos circuitos dede 9 9 película película grossa grossa . O. material O material resistivo resistivo é depositado é depositado sobre sobre umum substrato substrato dede alumina. alumina. O nome O nome 10 10 dado dado a este a este tipo tipo dede resistência resistência é chip é chip resistor resistor . A. miniaturização A miniaturização vai-se vai-se estendendo estendendo a áreas a áreas cada cada vezvez mais mais diversificadas. diversificadas.
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3 Outra Outra áreaárea de aplicação de aplicação é emé alta em alta frequência frequência (HF -(HF high - high frequency), frequency), por por apresentarem apresentarem umauma reactância reactância muito muito pequena pequena nesta nesta gama gama de frequências. de frequências. (Este(Este
aspecto aspecto só pode só pode ser entendido ser entendido apósapós um um estudo estudo de "Corrente de "Corrente alternada"). alternada"). 4
4 Este Este processo processo denomina-se denomina-se pirólise. pirólise.
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5 A electrólise A electrólise é umé um processo processo electroquímico electroquímico queque consiste consiste na separação na separação de iões de iões numnum composto composto iónico, iónico, através através duma duma corrente corrente eléctrica. eléctrica.
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6 Hidrólise Hidrólise é a dissociação é a dissociação electrolítica electrolítica dumdum composto composto em iões. em iões.
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7 O processo O processo de formação de formação de ligações de ligações entre entre partículas partículas de um de um pó epóconsolidação e consolidação de forma de forma é vulgarmente é vulgarmente designado designado por por sinterização. sinterização.
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Os 8Dispositivos Os Dispositivos de Montagem de Montagem em Superfície em Superfície (SMD, (SMD, do inglês do inglês Surface Surface Mount Mount Device) Device) nãonão têmtêm terminais terminais em fio empara fio para montar montar nos nos buracos buracos do circuito do circuito
impresso. impresso. Em alternativa, Em alternativa, os contactos os contactos parapara ligação ligação eléctrica eléctrica são são aplanados aplanados parapara debaixo debaixo do componente do componente parapara permitir permitir a soldadura a soldadura automática automática sobre sobre
38.7› 38.7› RESISTÊNCIAS RESISTÊNCIAS PARA PARA 8 8 MONTAGEM MONTAGEM EM EM SUPERFÍCIE SUPERFÍCIE (SMD) (SMD) OUOU Chip Chip resistor resistor O desenvolvimento O desenvolvimento dada tecnologia tecnologia dede fabrifabricação cação dede circuitos circuitos integrados, integrados, desde desde 1957, 1957,
as pistas as pistas da superfície da superfície do circuito do circuito impresso. impresso. Sinónimo Sinónimo é o acrónimo é o acrónimo SMTSMT de "Surface de "Surface Mount Mount Technology" Technology" (Tecnologia (Tecnologia de Montagem de Montagem em Superfície). em Superfície). 9
Os 9componentes Os componentes de película de película grossa grossa (em(em inglês inglês thickthick film)film) são são fabricados fabricados por por técnicas técnicas serigráficas serigráficas semelhantes semelhantes às usadas às usadas em impressão. em impressão. A serigrafia, A serigrafia,
queque significa significa "écran "écran de seda" de seda" consiste consiste em depositar em depositar umauma tintatinta sobre sobre umauma superfície superfície através através duma duma máscara máscara comcom o recorte o recorte da forma da forma a imprimir a imprimir e duma e duma superfície superfície porosa porosa como como a seda a seda através através da qual da qual a tinta a tinta passa passa à superfície. à superfície. 10
10 Chip Chip é a palavra é a palavra inglesa inglesa parapara pastilha, pastilha, nome nome dadodado aos aos circuitos circuitos integrados integrados queque têmtêm a forma a forma de uma de uma pequena pequena pastilha. pastilha.
exercícios exercícios
Resolução Resolução dos dos exercícios exercícios propostos propostos nono número número anterior anterior
EXERCÍCIO EXERCÍCIO 2424 P =P RI = 2RI=2 4000 = 4000 x 0,12 x 0,12 = 40 = 40 WW 2 2 2 2 U U 220 220 P =P = = = = =12,1W 12,1W R R 4000 4000 EXERCÍCIO EXERCÍCIO 2525 elevação elevação desejada desejada dede temperatura: temperatura: t2 t-2t-1 t=1 100 = 100 - 16 - 16 = 84 = 84 ºC ºC massa massa dede água água a aquecer: a aquecer: (1 (1 l <> l <> 1 kg 1 kg = 1000 = 1000 gr)gr) 2l 2l <><> 2000 2000 gr gr energia energia necessária: necessária: (1 (1 caloria caloria aumenta aumenta a temperatura a temperatura dede 1 grama 1 grama dede água água emem 1 ºC) 1 ºC) Q= Q 2000 = 2000 x 84 x 84 = 168 = 168 000 000 calcal tempo tempo necessário: necessário: Q= Q 0,24 = 0,24 R I2 R I2 t =t 0,24 = 0,24 P tP t Q Q 168 168 000 000 = =700 700min t =t = == 700 s =s =700 min = 11,(6) = 11,(6) min min . 1000 . 1000 0,24 0,24 P P 0,24 0,24 6060 EXERCÍCIO EXERCÍCIO 2626 P P a a u u P P= = = =1010 = =13,(3) 13,(3) kWkW K K 0,75 0,75
Exercícios Exercícios propostos propostos (Solução (Solução nono próximo próximo número) número) EXERCÍCIO EXERCÍCIO 2727 Qual Qual a energia a energia consumida consumida (nas (nas unidades unidades dodo SI SI e prática) e prática) porpor umum irradiador irradiador dede 1 kW 1 kW (220 (220 V) V) que que esteve esteve ligado ligado meia meia hora. hora. EXERCÍCIO EXERCÍCIO 2828 Calcular Calcular a tensão a tensão máxima máxima que que pode pode serser aplicada aplicada a uma a uma resistência resistência dede 1,21,2 :: - 17 - 17 W.W. EXERCÍCIO EXERCÍCIO 2929 Identificar Identificar as as características características dasdas seguintes seguintes resistências resistências referenciadas referenciadas pelo pelo código código dede cores cores : : a) a) laranja laranja - laranja - laranja - amarelo - amarelo - ouro - ouro b) b) castanho castanho - preto - preto - vermelho - vermelho - ouro - ouro c) c) castanho castanho - cinzento - cinzento - vermelho - vermelho - preto - preto - verde - verde EXERCÍCIO EXERCÍCIO 3030 Determinar Determinar o código o código dede cores cores dasdas seguintes seguintes resistências: resistências: a) a) 560 560 :: - tolerância - tolerância 5%5% b) b) 1,51,5 MM :: - tolerância - tolerância 5%5%