Roteiros Eletrotécnica - 2017.2

(1)

U

NIVERSIDADE

E

STADUAL DE

S

ANTA

C

RUZ

D

EPARTAMENTO

D

E

C

IÊNCIAS

E

XATAS E

T

ECNOLÓGICAS

CET842

–

E

LETROTÉCNICA

G

ERAL

R

OTEIROS DE

A

ULAS

P

RÁTICAS

ILHÉUS – BA 2016

(2)

D

EPARTAMENTO

D

E

C

IÊNCIAS

E

XATAS E

T

ECNOLÓGICAS

CET842

–

E

LETROTÉCNICA

G

ERAL

R

OTEIROS DE

A

ULAS

P

RÁTICAS

Material elaborado pelos professores Fábio Cruz e Thiago Vieira

com a colaboração dos discentes Vinícius Madureira e Rafael Ferraz.

(3)

1ª PRÁTICA: LEI DE OHM ... 2

2ª PRÁTICA: ANÁLISE NODAL E ANÁLISE DE MALHAS ... 4

3ª PRÁTICA: PRINCÍPIO DA SUPERPOSIÇÃO ... 6

4ª PRÁTICA: TEOREMAS DE THÉVENIN E NORTON ... 8

5ª PRÁTICA: CIRCUITOS DE CORRENTE ALTERNADA ... 10

6ª PRÁTICA: TRANSFORMADORES ... 12

7ª PRÁTICA: LÂMPADA COMANDADA POR INTERRUPTOR SIMPLES ... 13

8ª PRÁTICA: INTERRUPTOR PARALELO E LÂMPADA COMANDADA POR FOTOCÉLULA ... 15

9ª PRÁTICA: PARTIDA DE MOTOR TRIFÁSICO USANDO DISJUNTOR-MOTOR ... 17

10ª PRÁTICA: PARTIDA DE MOTOR TRIFÁSICO USANDO CONTATOR ... 19

11ª PRÁTICA: SOFT-STARTER ... 21

(4)

1

R

EGRAS DE UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO

1- É proibida a permanência de qualquer aluno no laboratório se o mesmo não estiver em aula ou pesquisa.

2- Durante as atividades no laboratório é proibido usar, em cima das bancadas, objetos que não serão utilizados nas práticas.

3- Antes de utilizar qualquer aparelho devem ser observadas as instruções de uso do mesmo.

4- É proibido desenvolver qualquer técnica ou prática de laboratório sem a devida autorização ou orientação de um professor ou Técnico de Laboratório.

5- É proibido beber ou comer no interior do laboratório.

6- Para entrada e permanência nos laboratórios, os alunos devem utilizar calçados fechados.

7- Antes da energização do circuito montado, o aluno deve sempre solicitar a verificação pelo professor ou técnico responsável.

8- Os equipamentos não devem ser utilizados para fins pessoais e comerciais.

9- É expressamente proibido aos usuários abrir qualquer equipamento pertencente ao laboratório. 10- É proibida a retirada de qualquer componente ou equipamento do laboratório.

11- Durante as aulas práticas é vedado o uso de adornos pessoais (relógio, aliança, correntes etc.). 12- É solicitado que os alunos cooperem com o silêncio nas aulas.

13- É proibido sentar-se sobre as bancadas bem como colocar os pés sobre mesas, bancadas didáticas ou cadeiras.

(5)

2 Assinaturas da equipe: _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ Assinatura do professor: _____________________________________________ Objetivos

 Montar um circuito simples com fonte de tensão, resistência e instrumentos de medição;

 Familiarizar os alunos com a utilização de equipamentos de medição, com a escolha das escalas e a avaliação de erros;

 Verificar experimentalmente a Lei de Ohm em um resistor;

 Analisar a associação de resistores em série e em paralelo;

 Apresentar de forma adequada os resultados, confecção de gráficos e ajuste de curvas.

Procedimento Experimental

1. Montar o circuito da Figura 1 utilizando uma resistência de proteção Rp = 10Ω em série com a fonte. Anotar o valor nominal da resistência Rx utilizando o código de cores e posteriormente verificar com o multímetro.

Figura 1. Montagem experimental.

2. Calcular /verificar os valores máximos de tensão e corrente a serem aplicadas ao circuito para evitar danos aos equipamentos de medida e ao resistor. Levar em consideração a potência máxima que pode ser dissipada pelos componentes do circuito.

3. Ajustar os instrumentos de medida na escala de menor sensibilidade baseados nos cálculos anteriores de maneira a ter a máxima proteção.

4. Alimentar o circuito com a fonte de tensão, ajustar lentamente a tensão de saída até atingir o fundo de escala da fonte ou dos instrumentos de medida, fazer a leitura dos instrumentos e anotar os valores em uma tabela de I e V. Anotar a escala utilizada para cada instrumento de medida.

5. Reduzir gradativamente a tensão, medir 12 pontos (I e V), uniformemente distribuídos, e registrar os valores na tabela, registrar a escala utilizada para cada instrumento em cada medida.

6. Repetir o experimento para uma associação de resistores em série (Figura 2a) e para uma associação de resistores em paralelo (Figura 2b).

(6)

3

(a) (b)

Figura 2. Montagem experimental com resistores em série (a) e em paralelo (b).

QUESTÕES PARA RELATÓRIO

1. Explicar detalhadamente cada passo e critério de seleção adotado durante o experimento.

2. Traçar o gráfico V x I com os dados obtidos e verificar a linearidade do gráfico (Lei de Ohm). Fazer uma regressão linear para determinar a equação da reta que melhor se ajusta a estes pontos. Esta reta é do tipo V = V0 + k∙I, sendo k o coeficiente angular da reta obtida e V0 não

tem significado físico, sendo colocado apenas para consistência dos dados experimentais. 3. A partir da equação da reta (item 2) obter os valores de corrente para as tensões na Tabela 1.

Tabela 1. Valores de tensão de referência para análise do ajuste de curva. V (V) 0,6 1,9 2,1 3,5

I (mA)

Referências Bibliográficas Recomendadas

 Alexander, Charles K.; Sadiku, Matthew. Fundamentos de Circuitos Elétricos. Bookman, 2003;

 Boylestad, Robert L. Introdução à Análise de Circuitos. 10ª edição, São Paulo, Prentice Hall, 2004;

(7)

4

2

ª

P

RÁTICA

:

A

NÁLISE

N

ODAL E

A

NÁLISE DE

M

ALHAS

Assinaturas da equipe: ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ Assinatura do professor: _____________________________________________ Objetivos

 Verificar as Leis de Tensões (LTK) e de Correntes (LCK) de Kirchhoff utilizando a análise nodal e análise de malhas.

Material Utilizado

 Maleta de experiências Minipa

 Fonte de tensão

 Resistores: R1 = 560 , R2 = 1,8 k e R3 = 3,27 k.

 Multímetro

1. Medição dos componentes. Identifique e meça os resistores preenchendo a Tabela 1

Tabela 1

Resistência Nominal (Ώ) R1 R2 R3

Resistência Medida Tolerância (%)

Erro

2. Calcule o valor das correntes e tensão indicados no circuito da Figura 1 através da análise de malhas e análise nodal.

3. Montar o circuito ilustrado na Figura 1, para E1= 4,5V e E2= 6V V. Com auxílio do multímetro

(8)

5

Figura 1. Circuito em análise.

Tabela 2

Análise de malhas Análise nodal

I1 I2 I3 V1

Valor analítico Valor medido

Erro (%)

QUESTÕES

1. Descreva a importância da análise nodal e análise de malhas para a resolução de problemas de circuitos elétricos básicos.

_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 2. Comente sobre a diferença entre os valores analíticos e medidos para as tensões e correntes, bem

como as possíveis fontes de erros.

_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

 Alexander, Charles K.; Sadiku, Matthew. Fundamentos de Circuitos Elétricos. Bookman, 2003;

(9)

6

3

ª

P

RÁTICA

:

P

RINCÍPIO DA

S

UPERPOSIÇÃO

Assinaturas da equipe: ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ Assinatura do professor: _____________________________________________ Objetivo

 Verificar experimentalmente o Princípio da Superposição.

1. Montar o circuito ilustrado na Figura 1 e medir o valor da tensão de saída Vout para cinco valores de

tensão de entrada Vin: 2V, 4V, 5V, 8V e 10V.

Figura 1: Circuito 1.

2. Preencher a Tabela 1 com todos os valores medidos. Tabela 1

Vin 2V 4V 5V 8V 10V

Vout

(10)

7

4. Anotar o valor medido Vout = _________.

5. Montar o circuito ilustrado na Figura 3 e medir a tensão Vout para Vin = 2V, 4V, 5V, 8V e 10V.

6. Preencher a Tabela 2 com todos os valores medidos. Tabela 2

Vin 2V 4V 5V 8V 10V

Vout

7. Somar os valores de Vout obtidos no circuito da Figura 1 com os valores obtidos no circuito da

Figura 2. Comparar esta soma com os valores medidos no circuito da Figura 3. Tabela 2

Vin 2V 4V 5V 8V 10V

Soma dos valores de Vout medidos nos

circuitos das figuras 1 e 2 Vout medido no circuito da figura 3

Erro relativo (%)

8. Determinar analiticamente a tensão de saída Vout no circuito da Figura 3, aplicando o Princípio da

Superposição. Comparar resultados teóricos e experimentais.

9. Fazer um gráfico da tensão Vout em função da tensão Vin. Indicar se a Propriedade de Linearidade se

(11)

8 Assinaturas da equipe: ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ Assinatura do professor: _____________________________________________ Objetivos

 Medir no circuito a tensão e a resistência de Thévenin e a corrente de Norton;

 Testar os circuitos equivalentes de Thévenin e Norton;

1. Montar o circuito ilustrado na Figura 1, para Vin igual a 9 V e sem a resistência de carga RL.

Figura 1. Circuito em análise.

2. Medir a tensão Vab a qual será a tensão de Thévenin.

3. Conectar um amperímetro entre os pontos “a” e “b” e medir a corrente de Norton.

4. Retirar a fonte de tensão e curto-circuitar os pontos “c” e “d”. Medir a resistência entre os pontos “a” e “b”. Esta será a resistência de Thévenin e de Norton.

5. Determinar VTH e RTH e utilizando o circuito equivalente de Thévenin calcular VL e IL para os

seguintes valores de RL: (a) 0 (b) 6,2 kΩ (c) 7,5 kΩ (d) 18 kΩ.

6. Medir VL e IL para os valores de RL do item 5 e comparar com os valores calculados.

7. Determinar IN e RN e repetir os procedimentos dos itens 5 e 6 para o circuito equivalente de Norton.

8. Preencher as Tabelas 1 e 2.

Tabela 1. Valores de tensão de Thevénin, corrente de Norton e resistências de Thevénin e Norton.

VTH IN RTH RN

Teórico Medido

(12)

9

Tabela 2. Valores da tensão e corrente na resistência de carga.

RL 0 6,2kΩ 7,5kΩ 18kΩ VL Teórico IL VL Medido IL Questões

1. Discorra sobre a utilidade de se conhecer os equivalentes de Thévenin e de Norton na prática.

____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________

2. Comente sobre a diferença entre os valores teóricos e práticos da tensão de Thévenin, das resistências de Thévenin e de Norton e da corrente de Norton.

____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________

(13)

10

5

ª

P

RÁTICA

:

C

IRCUITOS DE

C

ORRENTE

A

LTERNADA

Assinaturas da equipe: ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ Assinatura do professor: _____________________________________________ Objetivos

 Montagem de circuitos elétricos de corrente alternada.

 Medição de tensão, corrente e frequência em circuitos elétricos de corrente alternada.

 Medição de fator de potência.

1. Identificar os componentes e suas partes de acordo com a simbologia adotada;

2. Calcular a impedância equivalente e o fator de potência para o diagrama da Figura 1;

3. Montar o circuito sugerido na Figura 1, e na presença do professor meça os valores de tensão, corrente e fator de potência indicados nos instrumentos;

(14)

11

Figura 1. Circuito RLC série. Fonte: Kit Eletrotécnica - Manual do Aluno

5. Repetir os procedimentos 1 a 4 para o circuito da Figura 2.

Figura 2. Circuito RLC paralelo. Fonte: Kit Eletrotécnica - Manual do Aluno

 Boylestad, Robert L. Introdução à Análise de Circuitos. 10ª edição, São Paulo, Prentice Hall, 2004;

(15)

12

6 P

:

T

Assinaturas da equipe: ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ Assinatura do professor: _____________________________________________ Objetivos

 Verificar a relação das correntes quando se aplicam cargas nos secundários dos autotransformadores elevadores e abaixadores.

1. Montar o esquema elétrico com autotransformador ilustrado na Figura 1. Neste esquema, a tensão de alimentação de 127V é fornecida ao tape de 100% do autotransformador e a carga deve ser conectada no tape de 65%.

Figura 1: Esquema elétrico 1.

2. Qual a relação de transformação do autotransformador nos tapes utilizados?

(16)

13

7

ª

P

RÁTICA

:

LÂMPADA

COMANDADA

POR

INTERRUPTOR

SIMPLES

Assinaturas da equipe: ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ Assinatura do professor: _____________________________________________ Objetivos

 Instalar lâmpada fluorescente compacta comandada por interruptor simples.

Inspeção de segurança

 Antes de energizar a bancada deve ser chamado o professor.

 Não efetue nenhuma alteração no circuito com a bancada energizada.

 Qualquer dúvida procurar o professor.

Material utilizado e ferramentas

 Disjuntor monofásico/Cabos elétricos;

 Interruptor simples /Lâmpada;

 Fita isolante / Tomada de corrente

 Chave de fenda

 Chave - teste

1. Montar o circuito conforme as Figuras 1 e 2. Obs.: iniciar o circuito a partir do disjuntor.

Figura 1 Figura 2

(17)

14

Figura 3

Questões para relatório

DEVE SER FEITO UM RELATÓRIO SIMPLIFICADO (MÁXIMO DE 3 PÁGINAS)

CONTENDO A IDENTIFICAÇÃO DA EQUIPE, NOME DO EXPERIMENTO E RESPOSTAS ÀS QUESTÕES.

1. Explicar os seguintes pontos:

a. Quais as cores normatizadas para os condutores neutro, fase e terra em uma instalação elétrica? Qual a importância de manter este padrão na instalação?

b. Descreva as formas ensinadas para identificação do terminal de fase em uma tomada. c. Importância do condutor de retorno.

d. Qual o condutor que deve ser conectado ao disjuntor? e. Qual a importância do condutor de proteção?

2. Quais as principais dificuldades encontradas na realização do experimento?

 CREDER, Hélio. Instalações elétricas. 14. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2004;

 COTRIM, Ademaro A. M. B. Instalações Elétricas - 4ª edição. Pearson;

(18)

15

8

ª

P

RÁTICA

:

INTERRUPTOR

PARALELO

E

LÂMPADA

COMANDADA

POR

FOTOCÉLULA

Assinaturas da equipe: ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ Assinatura do professor: _____________________________________________ Objetivos

 Instalação de lâmpada comandada por interruptor paralelo.

 Instalação de lâmpada comandada por relé fotocélula.

Inspeção de segurança

 Disjuntor monofásico/Cabos elétricos;

 Interruptor paralelo/Lâmpada;

 Fita isolante

 Chave de fenda

 Chave - teste

1. Montar o circuito conforme as Figuras 1 e 2. O circuito deve ser montada na bancada WEG

(19)

16

2. Montar o circuito conforme a Figura 3 e verificar o funcionamento.

3. Obs.: esta montagem deve ser feita na bancada de instalações elétricas.

Figura 3

DEVE SER FEITO UM RELATÓRIO SIMPLIFICADO (MÁXIMO DE 3 PÁGINAS)

CONTENDO A IDENTIFICAÇÃO DA EQUIPE, NOME DO EXPERIMENTO E RESPOSTAS ÀS QUESTÕES.

1. Explicar os seguintes pontos:

a. Descreva a importância do interruptor paralelo e duas possíveis aplicações. b. Descreva o funcionamento do relé fotocélula e sua importância.

c. Faça o diagrama unifilar do circuito da Figura 3.

d. Pesquise sobre o funcionamento do sensor de presença e represente seu diagrama multifilar e unifilar.

 CREDER, Hélio. Instalações elétricas. 14. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2004;

 MORENO, Hilton. Apostila Instalações Elétricas Residenciais. Parte 2. Julho de 2003.

 CAVALIN,Geraldo e CERVELIN, Severino. Instalações Elétricas Prediais, 14ª edição.São Paulo: Editora Érica, 2006.

(20)

17

9

ª

P

RÁTICA

:

PARTIDA

DE

MOTOR

TRIFÁSICO

USANDO

DISJUNTOR-MOTOR

Assinaturas da equipe: ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ Assinatura do professor: _____________________________________________ Inspeção de segurança

 3 fusíveis de 6A

 1 disjuntor-motor

 1 motor trifásico

1. Montar o circuito da Figura 1. Adicionar voltímetro e amperímetro. Anotar o comportamento da corrente durante a partida e a corrente em regime permanente.

Figura 1. Motor trifásico ligado por disjuntor - motor Fonte: Kit Eletrotécnica - Manual do Aluno

(21)

18

Figura 2. Motor trifásico ligado por disjuntor - motor Fonte: Kit Eletrotécnica - Manual do Aluno

a) Descreva o tipo de partida utilizada, suas vantagens e desvantagens.

b) Qual a importância do fechamento do motor. Qual a seleção escolhida e qual a razão? c) Quais componentes que o disjuntor-motor é capaz de substituir?

b) Explique utilizando um diagrama vetorial, como é possível efetuar a medição da potência utilizando o método dos dois wattímetros.

REFERÊNCIAS BIBLIOGÁFICAS RECOMENDADAS

 FRANCHI, Claiton M. Acionamentos Elétricos – 4ª edição. São Paulo:Editora Érica, 2008.

(22)

19

10

ª

P

RÁTICA

:

PARTIDA

DE

MOTOR

TRIFÁSICO

USANDO

CONTATOR

Assinaturas da equipe: ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ Assinatura do professor: _____________________________________________ Inspeção de segurança

Material utilizado

 3 fusíveis de 6A (placa P052);

 1 disjuntor-motor ;

 1 botão NA;

 1 botão NF;

 1 contator tripolar com 1 contato de comando NA acoplado;

 1 motor trifásico;

 1 lâmpada sinalizadora cor vermelha.

1. Identificar os componentes e suas partes apresentados na Figura 1 de acordo com a simbologia adotada;

2. Montar o circuito de acordo com o diagrama da figura 20 (atente- se para as cores exigidas para os botões e sinaleiros);

3. Chamar o professor para verificar o circuito montado. 4. Alimentar o circuito.

(23)

20

Figura 1

1. Descrever a importância de todos os dispositivos empregados nos circuitos.

(24)

21

11

ª

P

RÁTICA

:

S

OFT

-S

TARTER

Assinaturas da equipe: ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ Assinatura do professor: _____________________________________________ Objetivo

 Estudar o método de partida por soft-starter.

Materiais

 1 Disjuntor Motor;

 1 Soft-Starter;

 1 Fusível de 2A.

1. Realizar o fechamento do motor de indução conforme nível de tensão do motor e da rede local. 2. Realizar a alimentação do circuito eletrônico da Soft-Starter conforme especificação da Tabela 1.

Tabela 1. Alimentação da eletrônica da soft-starter.

3. Montar o circuito de potência conforme ilustrado na Figura 1.

(25)

22

4. Conectar os instrumentos de medida conforme tabela abaixo

Tabela 2. Instrumentos de medição.

INSTRUMENTO OBJETIVO

Voltímetro 1 Medição da tensão de linha da rede.

Voltímetro 2 Medição da tensão de linha para alimentação do motor. Amperímetro Medição da corrente em uma das fases.

5. Anotar no espaço abaixo os valores configurados para as funções da tensão inicial (P101), tempo de aceleração (P102) e tempo de desaceleração (P104).

____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________

6. Dar partida no motor e descrever o comportamento das seguintes grandezas (através dos instrumentos analógicos):

1. Tensão da rede

____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________

2. Tensão fornecida para o motor

____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ 3. Corrente de linha ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________

7. Anotar o valor das seguintes grandezas através da interface homem máquina: a) Frequência = ________

b) Potência Ativa = ________ c) Potência Reativa = ________

(26)

23

d) Fator de potência = ________

8. Alterar as funções conforme indicação abaixo: a) Tensão inicial (P101) = 40% ou 50% b) Tempo de aceleração (P102) = 10s ou 20s

Comparar o comportamento das grandezas tensão da rede, tensão fornecida para o motor e corrente de linha nesta configuração em relação ao observado na condição inicial.

____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________

9. Compare o método de partida por soft-starter com partida direta.

____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________

(27)

24

12

ª

P

RÁTICA

:

I

NVERSOR DE FREQUÊNCIA

Assinaturas da equipe: ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ Assinatura do professor: _____________________________________________ Objetivo

 Oportunizar informações sobre o princípio de funcionamento dos inversores de frequência;

 Oportunizar informações sobre a lógica de controle de velocidade denominada “multi-speed”;

Materiais

 1 inversor de frequência (placa P009);

 3 fusíveis 16 A (placa P012);

 3 chaves seletoras (placa P011);

 1 motor trifásico (placa P003).

1. Ajustar os parâmetros gerais do inversor com os conteúdos da Tabela 1.

Tabela 1

2. Identificar os componentes de acordo com a simbologia adotada;

(28)

25 4. Verificar o funcionamento da função multi-speed; 5. Antes de energizar a bancada, chamar o professor;

6. Ligar o circuito e carregar os parâmetros de fábrica do inversor;

7. Programar o inversor para que sejam impostas ao motor as velocidades sugeridas na tabela 1, de acordo com a posição das chaves;

Tabela 2

8. Acionar o motor através da chave S1 (Habilita Geral) e estabelecer as velocidades dadas na tabela, utilizando as chaves seletoras S2 e S3.

Figura 1.

(29)

26

Figura 3

Fonte: Kit Eletrotécnica - Manual do Aluno

Anotar o valor da frequência apresentada pelo inversor para cada rotação desejada do motor.

Relatório

Calcular o número de polos do motor

Para cada velocidade desejada para o motor, calcular a frequência da tensão alternada que deve ser fornecida para ele. Os valores encontrados estão de acordo com os valores indicados pelo inversor durante o experimento?