SISTEMA DE GESTÃO DA QUALIDADE ELÉTRICA RESIDENCIAL E PREDIAL
ELÉTRICA RESIDENCIAL E PREDIAL NÍVEL BÁSICO
MÓDULO III
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Curiosidade não combina com eletricidade A qualificação profissional é o primeiro passo para uma instalação elétrica bem sucedida, pois não basta ter um bom projeto elétrico e utilizar materiais certificados se o profissional responsável pela instalação for qualificado e, principalmente, não conhecer as normas de segurança. Atualmente, todo profissional que trabalha direta ou indiretamente com eletricidade é obrigado a ter o curso NR-10 de segurança em instalações e serviços em eletricidade, cuja validade é de 2 anos. A instalação elétrica é uma das etapas mais delicadas da obra e, caso seja mal feita, pode trazer riscos que vão desde o consumo exagerado de energia até curtos-circuitos no sistema elétrico ocasionados pela fuga de corrente.
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Sumário 1.
ILUMINAÇÃO ..................................................................................................................... 4 1.1.
Lâmpada incandescente ........................................................................................ 4
1.2.
Lâmpada Fluorescente ........................................................................................... 4
1.2.1.
Receptáculo ....................................................................................................... 5
1.2.2.
Reator .................................................................................................................. 5
1.3.
Lâmpada de LED ...................................................................................................... 6
1.3.1.
2.
Princípio de funcionamento .......................................................................... 7
1.4.
Quantidade de lâmpadas por ambiente ............................................................. 8
1.5.
Exercícios ................................................................................................................... 9
ESQUEMAS DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS .......................................................... 10 2.1.
Interruptores ............................................................................................................ 10
2.1.1.
Interruptor simples ........................................................................................ 10
2.1.2.
Interruptor de várias seções ....................................................................... 10
2.1.3.
Interruptor paralelo (“three-way”).............................................................. 10
2.1.4.
Interruptor intermediário (“four-way”)...................................................... 11
2.2.
Variador de luminosidade (“dimmer”) .............................................................. 12
2.3.
Cigarra elétrica ........................................................................................................ 13
2.3.1. 2.4.
Ligação de campainhas e cigarras ............................................................ 13
Minuteria ................................................................................................................... 14
2.4.1.
Funcionamento e ligação ............................................................................. 14
2.5.
Rele fotoelétrico...................................................................................................... 15
2.6.
Interruptor automático de presença.................................................................. 15
2.7.
Tomadas ................................................................................................................... 16
2.8.
Chuveiro elétrico .................................................................................................... 16
2.8.1. 2.9.
Princípio de funcionamento do chuveiro elétrico ................................. 17
Exercícios ................................................................................................................. 18
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1. ILUMINAÇÃO 1.1.
Lâmpada incandescente
A iluminação da lâmpada incandescente, Figura 28, se dá pelo aquecimento de um filamento até a incandescência pela passagem da corrente elétrica. São compostas por um bulbo de vidro, uma base metálica e um conjunto de peças que dão suporte ao filamento de tungstênio. No interior do bulbo podemos ter vácuo ou um gás inerte (nitrogênio e argônio). Por motivo de segurança, o interruptor deve unicamente interromper o condutor fase e nunca o condutor neutro. Pelo mesmo motivo, o contato central do soquete deve ser sempre conectado ao condutor de retorno e nunca ao neutro.
Figura 28 – Ligação de uma lâmpada incandescente. 1.2.
Lâmpada Fluorescente
A lâmpada fluorescente produz luz por meio da passagem da corrente elétrica através de um gás. Ela é constituída por um bulbo cilíndrico de vidro que contem gás argônio e gotículas de mercúrio. Os elétrons migram dos filamentos de uma extremidade até a outra através do gás, Figura 29. Como os elétrons e os átomos carregados se movem dentro do tubo, alguns deles irão colidir com os átomos dos gases de mercúrio e estas colisões excitam os átomos, jogandoos para níveis de energia mais altos. Quando os elétrons retornam para seus níveis de energia mais baixos, fótons de luz são liberados na faixa do ultravioleta. A parte interna do bulbo é recoberta por uma substancia fluorescente (cristais de fósforo) que converte a radiação ultravioleta em luz visível e em suas extremidades existem filamentos de tungstênio e pinos para conexão. É uma das mais utilizadas em oficinas, estabelecimentos industriais e comerciais porque apresenta várias vantagens em relação à lâmpada incandescente. Com a mesma potência o rendimento de uma lâmpada fluorescente é cinco vezes maior do que o da lâmpada incandescente, por que irradiam menos calor, ou seja, maior iluminação para o mesmo gasto de energia. Outra de suas principais vantagens é o tempo de vida que pode chegar a 10.000 horas. Rua Jequitibás, 255 Eldorado - Contagem Contagem, MG - (31) 2567-2070 (31) 99429-2317 www.ctgp.com.br /
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Como principal desvantagem ela apresenta um custo inicial de instalação maior e manutenção mais difícil. Elas também são próprias para uso contínuo e devem ser utilizadas em locais a serem iluminados durante longos períodos do dia. Se ela for ligada e desligada constantemente, sua vida útil cairá consideravelmente.
Figura 29 – Esquema lâmpada Fluorescente. 1.2.1. Receptáculo Cada lâmpada fluorescente precisa de dois receptáculos, Figura 30, que contém os contatos nos quais são introduzidos os pinos da lâmpada e os bornes para fiação dos condutores.
Figura 30 – Receptáculo para lâmpada fluorescente. 1.2.2. Reator Para se estabelecer a descarga da lâmpada fluorescente é necessário que a tensão aplicada entre os filamentos seja mais alta do que a alimentação. Uma vez estabelecida a descarga, a própria passagem de corrente através do gás torna-o melhor condutor e, por isso, a descarga deve ser mantida por uma tensão consideravelmente menor que a necessária para acender a lâmpada. Assim, torna-se compreensível que o funcionamento da lâmpada fluorescente requeira duas tensões diferentes, uma de partida e outra de funcionamento, sendo esta última menor que a primeira. Para isso, as lâmpadas fluorescentes requerem um dispositivo que permita efetuar essa variação de Rua Jequitibás, 255 Eldorado - Contagem Contagem, MG - (31) 2567-2070 (31) 99429-2317 www.ctgp.com.br /
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tensão, chamado de reator, Figura 31, que podem ser eletromagnéticos, constituídos por uma bobina de fio de cobre enrolando em um núcleo de ferro ou eletrônicos, mais comuns, constituídos por capacitores, indutores, resistores, circuitos integrados e outros componentes eletrônicos, operando em alta frequência (de 20 kHz a 50 kHz).
Figura 31 – Reator eletrônico com indicação do esquema de ligação. 1.3.
Lâmpada de LED
O mercado de iluminação está mudando para a tecnologia LED (light emitting diodes), Figura 32, tecnologia que continua em desenvolvimento, para constituir sistemas de iluminação destinados ao ambiente doméstico, comercial, industrial ou externo (público), possibilitando a criação de projetos mais eficientes e modernos. O baixo consumo de energia, vida útil mais longa e menor impacto ambiental são as principais características das lâmpadas LED. Elas são mais econômicas porque sua eficiência luminosa é maior do que as das outras lâmpadas, ou seja, gasta menos energia para gerar a mesma iluminação (daí sua baixa potência) e podem chegar a durar cerca de vinte e cinco vezes mais que as lâmpadas incandescentes e quatro vezes mais que as lâmpadas fluorescentes. Seu custo ainda é relativamente alto, porem considerando o baixo custo de sua manutenção em função da maior durabilidade e a redução do custo na conta de energia elétrica, o gasto maior na sua compra poderá ser compensado.
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Figura 32 – Vista em corte de um LED (esquerda) e lâmpada de LED (Direita). 1.3.1. Princípio de funcionamento Os LED’s são formados por uma junção PN de material semicondutor (materiais dopados positivamente e negativamente), e por dois terminais, o Ânodo (A) e o Cátodo (K). Para que um elétron possa atravessar a junção é necessário que ele receba energia da fonte de alimentação. Após atravessar a junção ocorrem recombinações entre esses elétrons a as lacunas do material tipo P. Essa recombinação exige que a energia possuída por esse elétron, que até então era livre, seja liberada na forma de fótons de luz, Figura 33. Uma característica importante observada nessa radiação é que, em lugar de sua frequência ser aleatória, como no caso da lâmpada incandescente que se espalha pelo espectro (emite luz, calor, radiação ultravioleta, etc.), ela tem uma frequência muito bem definida, ou seja, só emite luz e de uma determinada cor, que depende do tipo de material usado no semicondutor.
Figura 33 – Recombinação dos elétrons na junção PN.
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1.4.
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Quantidade de lâmpadas por ambiente
A luz interfere na produtividade dos funcionários de uma empresa, nas vendas em uma loja e ela influi diretamente sobre a motivação em uma tarefa e na capacidade de concentração. O excesso de pontos de luz serve apenas para aumentar o consumo energético e causar ofuscamento, mas, por outro lado, a falta de iluminação necessária principalmente em locais onde são executadas tarefas de maior precisão causa um grande desconforto visual. Para se determinar a quantidade de lâmpadas necessárias em um ambiente deve ser usado o conceito de iluminância (Quantidade de luz presente em um ambiente), medida em LUX (LX). A tabela apresenta os valores de iluminâcia por m2 indicados conforme a NBR 5413 para residências. Ambiente Sala de estar – Geral. Sala de estar – Leitura, costura, etc. Cozinhas – Geral. Cozinhas – Fogão, pia e mesa.
Iluminância 150 500 150 300
Ambiente Dormitórios - Espelho, Cama. Sala, escada, despensas e garagens. Banheiros – Geral. Banheiros – Espelhos.
Iluminância 300 100 150 300
Todas as lâmpadas apresentam em sua embalagem uma informação de fluxo luminoso (LM), que é a quantidade de radiação emitida por uma fonte de luz, conforme mostrado abaixo.
Equivalências Fluorescente de baixo consumo 13W 15W 18W 20W 25W 30W
Tubo fluorescente 12W 14W 18W 20W 25W 28W
LED
Incandescente
Alógena
6W 7W 9W 10W 12W 13W
50W 60W 70W 80W 100W 110W
50W 60W 70W 80W 100W 110W
15W
120W
120W
40W
32W
18W
140W
140W
50W
36W
20W
150W
150W
60W
44W
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LM 390-550 510-640 600-830 810-915 900-1100 955-1200 10001400 11001700 12001900
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25W
200W
200W
70W
58W
30W
250W
250W
80W
70W
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Para determinarmos a quantidade de lâmpadas no ambiente em função da área desse ambiente, de maneira mais simples, fazemos: 𝐿𝑀𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐿𝑀𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐿𝑈𝑋𝑑𝑜 𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 ∗ 𝑚2 ∴ 𝑙â𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎𝑠 = 𝐿𝑀𝑙â𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎𝑠 Ex: Para uma cozinha de 8m2 e lâmpada fluorescente de baixo consumo de 40W fazemos: 𝐿𝑀𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 150 ∗ 8 ∴ 𝐿𝑀𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1200 𝑙â𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎𝑠 = 1.5.
1200 1400 ∴ 𝑙â𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎𝑠 = 0,85 𝑜𝑢 1 𝑙â𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎
Exercícios
1) Em relação ao retorno, como devem ser conectados os cabos no soquete de uma lâmpada incandescente? Por quê? 2) Quais as vantagens das lâmpadas fluorescentes e LED em relação à lâmpada incandescente? 3) Qual a função do reator? 4) Explique, com suas palavras, o princípio de funcionamento das lâmpadas fluorescentes. 5) Explique, com suas palavras, o princípio de funcionamento das lâmpadas LED.
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2. ESQUEMAS DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS 2.1.
Interruptores
2.1.1. Interruptor simples O interruptor simples serve para comandar uma lâmpada ou conjunto de lâmpadas ao mesmo tempo de um só ponto de contato, Figura 34. Podem ser para aplicação externa ou embutida, sendo de alavanca ou tecla.
Figura 34 – Interruptor simples. 2.1.2. Interruptor de várias seções Normalmente os interruptores de várias seções, Figura 35, tem uma ponte metálica que liga eletricamente os bornes de um lado do interruptor. Essa ponte pode ser ligada unicamente ao condutor fase e nunca ao condutor de retorno. Como os interruptores simples, os de várias seções podem ser para aplicação externa ou embutida, sendo de alavanca ou tecla.
Figura 35 – Interruptores de várias seções. 2.1.3. Interruptor paralelo (“three-way”) Há casos que a necessidade exige que o mesmo circuito de iluminação seja comandado de dois pontos diferentes, como por exemplo. Em salas com duas entradas ou em escadas. Os interruptores simples não servem nesse caso e devemos utilizar interruptores especiais, chamados interruptores paralelos, também conhecidos como interruptores “three-way”. O interruptor paralelo tem Rua Jequitibás, 255 Eldorado - Contagem Contagem, MG - (31) 2567-2070 (31) 99429-2317 www.ctgp.com.br /
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três bornes (A, B e C) e permite a interligação entre o borne central (A) hora com o borne C, hora com o borne B, dependendo da posição do interruptor. Sempre são utilizados dois interruptores paralelos em conjunto, Figura 36 - (A). Se uma pessoa mudar a posição do interruptor 1 no fundo de uma escada, por exemplo, a lâmpada acenderá, porque o circuito agora permite a passagem de corrente, Figura 36 – (B). Chegando ao fim da escada, a pessoa mudará a posição do interruptor 2, interrompendo assim a corrente e apagando a lâmpada, Figura 36 – (C). Quando chegar outra pessoa, no início da escada, ela apenas teria que mudar outra vez a posição do interruptor 1 para iluminar a escada novamente, Figura 36 – (D).
Figura 36 – Sequência de funcionamento interruptor paralelo. 2.1.4. Interruptor intermediário (“four-way”) Os interruptores paralelos servem apenas para comandar lâmpadas de até dois pontos diferentes. Quando houver a necessidade de comandar uma lâmpada de mais de dois pontos, como escadas com vários andares ou em salas com vários acessos, temos que utilizar interruptores intermediários, também conhecidos como interruptores “four-way” em combinação com os interruptores paralelos. O interruptor intermediário tem quatro bornes (A, B, C e D). Em uma posição ele conecta os bornes A-D e B-C. Quando mudamos a posição do interruptor ele conecta os bornes A-C e B-D. Na Figura 37- (A) o circuito está interrompido, portanto a lâmpada fica desligada, mas, acionando ao interruptor 1, Figura 37- (B), interruptor 3, Figura 37- (C) ou interruptor 2, Figura 37- (D) a lâmpada se acende.
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Figura 37 - Sequência de funcionamento interruptor intermediário. Pode-se empregar qualquer número de interruptores intermediários. A Figura 38 mostra o exemplo de circuito controlado em cinco pontos diferentes através de três interruptores intermediários mais dois interruptores paralela. Na situação apresentada, a lâmpada está apagada, mas ao acionarmos qualquer interruptor ela se acenderá.
Figura 38 – Montagem para controle de cinco pontos. 2.2.
Variador de luminosidade (“dimmer”)
O Variador de luminosidade, também chamado de “dimmer” é um dispositivo eletrônico composto por capacitores, tiristores, resistores, bobinas e um potenciômetro (resistência variável). Sua função é regular a potência de uma lâmpada incandescente visando realizar a variação da luminosidade do ambiente, passando de luz plena, sem graduação até uma completa extinção de seu brilho. O “dimmer” pode ser do tipo rotativo ou deslizante, Figura 39.
Figura 39 – Dimmer rotativo (esquerda) e deslizante (direita).
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Seu princípio de funcionamento é o controle do ângulo de condução de um Triac (chave eletrônica bidirecional), disparando-o em diversos pontos do sinal senoidal, Figura 40, da rede de energia é possível aplicar a uma carga potências diferentes. Assim, se o disparo for feito no início do a carga receberá maior potência. No entanto, se o disparo for feito no final do semiciclo, uma pequena parcela da energia será conduzida para a carga, que vai operar com potência reduzida.
Figura 40 – Pontos de disparo do Triac de um dimmer, para diferentes potências. 2.3.
Cigarra elétrica
São aparelhos sonoros mais simples que as campainhas e também são empregadas para anunciar visitas. É constituída por um eletroímã (bobina com núcleo de ferro) e uma lâmina vibrante de aço, Figura 41, funcionando somente com corrente alternada. Fazendo uma corrente alternada, com frequência de 60 Hz, passar pela bobina do eletroímã o campo magnético não permanece constante, aparecendo e cessando 120 vezes por segundo. Assim, a lâmina vibrante será atraída e solta 120 vezes por segundo, vibrando e produzindo um zumbido característico. As cigarras são instaladas em ambientes pequenos ou silenciosos.
Figura 41 – Esquema interno de uma cigarra 2.3.1. Ligação de campainhas e cigarras As campainhas e cigarras são comandadas por interruptores pulsadores (somente fecham o contato enquanto são pressionados) posicionados normalmente na entrada da residência, enquanto a campainha ou cigarra geralmente é instalada na cozinha, Figura 42 – (A). Caso se deseje acionar a campainha de dois ou mais pontos (exemplo: entrada social e entrada de Rua Jequitibás, 255 Eldorado - Contagem Contagem, MG - (31) 2567-2070 (31) 99429-2317 www.ctgp.com.br /
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serviço), basta ligar os interruptores em paralelo, Figura 35 – (B). Também podemos adicionar mais de uma campainha ou cigarra em um só interruptor. Nesse caso as campainhas são ligadas em paralelo, Figura 35 – (C).
Figura 42 – Diagrama multifilar – cigarra. 2.4.
Minuteria
Em vários edifícios residenciais ainda é comum o uso de minuterias, que apagam automaticamente o circuito de serviço após certo tempo, visando maior economia para o condomínio. A maioria das minuterias é baseada em um eletroímã que fecha os contatos do circuito de iluminação e num mecanismo que provoca o desligamento no tempo previsto. Este mecanismo pode ser pneumático, de relojoaria (mecânico, com engrenagens), acionadas por motores elétricos ou circuitos eletrônicos. 2.4.1. Funcionamento e ligação Normalmente a minuteria traz o esquema de ligação impresso na sua caixa. A Figura 43 nos mostra um exemplo de ligação. Podem ser individuais ou de comando em grupo, instaladas dentro do quadro de distribuição. O botão de acionamento é o mesmo do tipo de campainha. As individuais são instaladas nas caixas de passagem de corredores ou áreas de circulação. São equipamentos destinados a controlar lâmpadas incandescentes ou fluorescentes através da regulagem para funcionamento permanente ou temporizado de 15 segundos a 5 minutos. Alguns desses equipamentos avisam ao usuário sobre a extinção da luz, com a redução da luminosidade por 10 segundos antes do desligamento total.
Figura 43 – Diagrama multifilar minuteria a 3 fios.
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2.5.
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Rele fotoelétrico
Controla automaticamente as lâmpadas, baseando-se no princípio de variação de luminosidade ambiente, geralmente utilizado na iluminação pública. Seu funcionamento se baseia na utilização de um sensor que varia suas características resistivas em função da quantidade de luz que incide sobre ele, o que permite o acionamento das cargas, através de um pequeno circuito eletrônico. Caso o relé fotoelétrico, Figura 44, seja ligado com o visor do sensor voltado diretamente para a lâmpada que o mesmo estará acionando, ocorrerá um efeito “pisca-pisca”, assim, o visor sempre deve ficar voltado para a direção onde haja menos luz. Também devemos considerar sua potência máxima em função das características elétricas do circuito a ser acionado.
Figura 44 – Rele fotoelétrico.
2.6.
Interruptor automático de presença
Comanda automaticamente a iluminação de ambientes onde não é necessário manter as lâmpadas permanentemente ligadas. Evita gastos desnecessários de energia, mantendo as luzes apagadas quando não houver a presença de pessoas. Seu funcionamento é baseado em um sensor infravermelho e em um conjunto de lentes de Fresnel. O sensor é capaz de detectar o movimento de pessoas no ambiente através do calor emitido por seus corpos. A área de atuação (área monitorada) do interruptor automático de presença, Figura 45, depende do tipo de sensor adquirido, sendo geralmente usado em escadas, estacionamentos, parte externa, halls de elevadores, etc....
Figura 45 – Interruptor automático de presença.
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2.7.
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Tomadas
Nem todos os aparelhos elétricos precisam de fio terra. Isso ocorre por que são construídos de tal forma que a quantidade de elétrons “fugidos” esteja dentro de limites aceitáveis por normas. Nesses casos, para sua ligação, é preciso apenas levar até eles dois fios (fase e neutro ou fase e fase), que são ligados através de conectores apropriados ou por meio de tomadas de dois polos. Por outro lado, há vários aparelhos que vêm com fio terra incorporados, seja fazendo parte do cabo do aparelho, seja separado dele. Nessa situação é preciso utilizar uma tomada, Figura 46, com três polos (fase, neutro e terra ou fase, fase e terra) compatível com o tipo de plugue do aparelho. Como uma instalação deve estar preparada para receber qualquer tipo de aparelho elétrico, conclui-se que, conforme prescreve a norma brasileira de instalações elétricas, NBR 5410 todos os circuitos de iluminação tomadas de uso geral e também tomadas de uso específico (Para chuveiros, ar-condicionado, micro-ondas, lava roupas, etc.) devem possuir o fio terra.
Figura 46 - Diagrama multifilar de uma tomada.
2.8.
Chuveiro elétrico
O chuveiro elétrico, Figura 47, é um aparelho que aquece água transformando energia elétrica em calor. O elemento básico de um chuveiro é o elemento de aquecimento (resistência de níquel-cromo) enrolada em espiral e montada numa forma de cerâmica Essa resistência, ao ser percorrida por uma corrente elétrica elevada, transforma a energia elétrica em calor. Normalmente ela é dividida em duas partes3, de tal forma que a corrente elétrica pode percorrer a resistência inteira ou apena uma parte (elevando mais a temperatura da água), dependendo da posição da alavanca de mudança de aquecimento. Na maioria dos chuveiros a alavanca tem três posições: “inverno” ou “quente” (alto aquecimento), “verão” ou “morna” (baixo aquecimento) e fria (nenhum aquecimento), onde essa última faz a interrupção do circuito do chuveiro.
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Figura 47 – Visão esquemática de um chuveiro elétrico. 2.8.1. Princípio de funcionamento do chuveiro elétrico A Figura 48 nos mostra uma imagem esquemática do chuveiro elétrico para mostrar melhor seu funcionamento. Quando se abre a torneira, a água entra na câmara abaixo do diafragma, e a pressão o eleva, fechando os contatos. Desse modo, a corrente elétrica pode circular pela resistência, que em contato com a água, aquece-a, podendo sair pelo crivo (fundo perfurado) ou pelo desvio. Ao desligarmos a água, o diafragma volta a sua posição inicial, desligando também a alimentação da resistência.
Figura 48 – Princípio de funcionamento do chuveiro elétrico. Observando a Figura 48, vemos que na posição “verão” a resistência percorrida pela corrente elétrica é maior, então á intensidade de corrente será menor gerando menor calor e menor temperatura da água. Na posição “inverno” em que a resistência percorrida é menor, maior será a corrente elétrica e consequentemente maior a quantidade de calor gerada.
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2.9.
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Exercícios
1) Preencha a tabela: Equipamento Interruptor simples Interruptor duplo Interruptor Triplo Interruptor intermediário Interruptor paralelo Tomada baixa Tomada a meia altura Tomada alta Lâmpada de 40W incandescente
Símbolo unifilar
2) Em qual situação devemos optar por utilizar um interruptor paralelo ao invés de um interruptor simples? 3) Faça o diagrama unifilar do acionamento de uma lâmpada 40w,127V com interruptor simples e uma tomada no mesmo ponto. 4) Faça o diagrama unifilar de um interruptor paralelo monofásico, acionando uma lâmpada 60w e duas tomadas de uso geral. 5) Qual a diferença entre um interruptor “three-way” e um interruptor duplo? 6) Explique o funcionamento de um dimmer. 7) Explique o que ocorre dentro de um chuveiro elétrico (quanto à resistência elétrica) quando mudamos a chave da posição inverno para a posição verão.
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