Cálculo de esforços mecânicos em redes de distribuição, Notas de aula de Eletrotécnica

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Cálculo dos esforços Mecânicos

em redes de distribuição

Disciplina de redes de distribuição e subestações

Conceitos iniciais

• Para a correta seleção das estruturas das redes de distribuição aérea, é necessário realizar o dimensionamento mecânico destas.
• Estas estruturas devem ser capazes de suportar os esforços realizados pelos condutores da rede, de suportar o peso de equipamentos como chaves fusível e transformadores, além de condições naturais adversas como o vento.
• Este dimensionamento mecânico irá garantir que estruturas, como os postes, não irão sofrer inclinações significativas em torno de seu eixo, assim como não sofrerão deflexões (flambagem), devido as forças de tração nos cabos, força do vento e peso dos elementos ali fixados.

Alguns conceitos importantes

• Partícula: para a resolução de problemas que envolvem a física e a engenharia, uma partícula pode ser entendida como um corpo que concentra toda a sua massa em um único ponto no espaço, não possuindo dimensões como comprimento, altura e largura. As forças atuantes em uma partícula, são aplicadas unicamente no ponto em que esta ocupa no espaço

Alguns Conceitos importantes

• Corpo rígido: O corpo rígido, nos problemas de física e engenharia refere se a representação de um corpo através do agrupamento de diversas partículas. A denominação “ rígido” vem do fato de que não são consideradas deformações e mudanças de posição entre estas partículas.
• Os corpos rígidos podem ser analisados em 2 dimensões ( comprimento e largura) ou 3 dimensões ( comprimento, largura e profundidade

Alguns Conceitos importantes

• Matematicamente, o momento pode ser definido como: 𝑀 = ±𝐹. 𝑑. 𝑠𝑒𝑛∅
• A expressão acima pode se interpretada como o^ 𝒅𝟏^ 𝒅𝟐 momento que é aplicado em uma estrutura por uma determinada força, em relação a um ponto de apoio O
• Normalmente o ângulo entre a aplicação da força e a distância é de 90° ( semelhante a uma alavanca). Como sen(90°) = 1, a expressão acima é normalmente empregada como: 𝑀 = ±𝐹. 𝑑

Alguns conceitos importantes

• Como o propósito das estruturas de redes de distribuição é manter todos os seus elementos em estado de repouso (ou próximo disso), devemos buscar a condição de equilíbrio.
• Para uma partícula, o estado de equilíbrio de um corpo ocorre quando o somatório vetorial de suas forças aplicado em um corpo é nulo. Matematicamente: 𝐹 = 0

Aplicação aos sistemas de distribuição

• Neste curso, faremos somente o cálculo dos esforços mecânicos que a força de tração nos cabos exerce nos postes.
• A força de tração será aquela força que será exercida pelos condutores da rede de distribuição quando estão fixados aos postes
• A concessionária determina qual a força de tração os cabos dever exercer de acordo com a seção do cabo adotada

Aplicação aos sistemas de distribuição

O poste a ser trabalhado nesta disciplina é o poste “duplo T” que é o tipo de poste mais encontrado nas redes de distribuição aérea.

• Este poste possui duas faces distintas. Cada uma destas faces suporta valores diferentes de esforços mecânicos, quando os cabos são presos a estas. Tratam-se;
• Face lisa: O poste suporta um esforço mecânico até 40% maior que sua resistência nominal
• Face Cavada: O poste suporta um esforço mecânico não superior a 50% da sua resistência nominal

Aplicação aos sistemas de distribuição

• Para comparar com os valores de resistência mecânica encontrados na tabela anterior, deve- se calcular o esforço que os cabos da rede secundária exercem sobre o poste. As tabelas ao lado apresentam a força que os cabos de diferentes seções exercem sobre os postes

Aplicação aos sistemas de distribuição

• O esforço mecânico equivalente calculado a 15cm do poste é dado pela seguinte equação: 𝐸𝑝𝑜𝑠𝑡𝑒 = 𝐸𝑝 + 𝐸𝑠 𝐸𝑝 = 3 𝑥 𝑇𝑐𝑝 (^) 𝐸𝑠 =

• Estes cálculos não consideram que haja um ângulo entre a direção dos cabos e o poste

Aplicação aos sistemas de distribuição

• Expressões para a decomposição em coordenadas cartesianas: 𝑠𝑒𝑛∅ = 𝐹𝑦 𝑅 cos∅ = 𝐹𝑥 𝑅 R= 𝐹𝑥 2

• 𝐹𝑦 2

REFERENCIAS

• Apostila do Curso técnico em eletrotécnica da disciplina de redes de distribuição e Subestações. Professor Romildo do Prazeres. Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR.
• BEER, Ferdinand P.; JOHNSTON, E. Russell ; MAZUREK, David F.; EISENBERG, Elliot R. Mecânica Vetorial para engenheiros. 9 ed. McGrawHill, 2013. Sites e links:
• https://docplayer.com.br/4845369-Rt- 2 - 003 - pagina- 1 - de- 15 - titulo- dimensionamento-de-poste-de-concreto-com-secao-circular- utilizado-em-rede-de-distribuicao.html
• https://brasilescola.uol.com.br/fisica/corpos-rigidos.htm