capítulo 1: medidas elétricas na manutenção. 1, 2, 3... · determinado intervalo de tempo, como...

Cap. 1, 2 e 3

Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas

Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014

Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI

Prof. Dr. Fernando Nunes Belchior [email protected] [email protected]

Capítulo 1:

Medidas Elétricas na Manutenção

Cap. 1, 2 e 3




OPERAÇÃO DE MEDIÇÃO:

Se, por exemplo, a medida tem a finalidade de manter uma máquina em

um determinado regime de funcionamento, o esquema de medição é

acrescido de mais uma etapa, ou seja:

Portanto, um instrumento é um dispositivo utilizado para uma medição, sozinho

ou em conjunto, com dispositivo(s) complementar(es), sendo um conjunto

completo destes instrumentos e outros equipamentos acoplados para executar

uma medição específica denominado de sistema de medição.

O método de medição, por sua vez, é uma sequência lógica de operações,

descritas genericamente, aplicadas na execução das medições.

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CATEGORIAS BÁSICAS DE INSTRUMENTOS:

a) analógicos, nos quais o sinal de saída ou a indicação apresenta uma variação

contínua no tempo da grandeza que está sendo medida ou do sinal de entrada;

b) digitais, nos quais o sinal de saída ou a indicação apresenta uma variação

com valores fixos em períodos de tempo da grandeza que está sendo medida

ou do sinal de entrada.

Os termos analógico e digital referem-se à forma de apresentação do sinal ou da

indicação e não ao princípio de funcionamento do instrumento.


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CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS:

À grandeza a ser medida.

Amperímetros (corrente) Voltímetros (tensão)

Ohmímetros (resistência)

Wattímetros (potência ativa), etc.


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À apresentação da medida.

Instrumentos

indicadores: Apresentam os valores de

uma ou mais grandezas

simultaneamente no

instante em que ocorrem,

não os retendo no seguinte.

Instrumentos com

mostrador: Apresentam uma

indicação. Ex.;

voltímetro analógico ou

um frequencímetro

digital, entre outros

Instrumentos

registradores: Apresentam o valor da

medida no instante em que

está sendo feita e registra-o

de modo que ele não seja

perdido.


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À apresentação da medida.

Instrumentos integradores: Apresentam o valor acumulado

das medidas efetuadas em um

determinado intervalo de tempo,

como um medidor de energia

elétrica (kWh)

Instrumentos

totalizadores: Determinam o valor

medido através da soma

dos valores parciais da

grandeza, obtidos,

simultânea ou

consecutivamente, de

uma ou mais fontes,

como, por exemplo, um

medidor totalizador de

potência elétrica

(medidor de demanda).


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Ao uso.

Instrumentos industriais

Instrumentos de laboratório


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À corrente.

Instrumentos de corrente

contínua (DC)

Instrumentos de

corrente alternada (AC)


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Quanto aos instrumentos eletromecânicos é usual classificá-los quanto ao princípio de

funcionamento do elemento motor, ou seja, eles podem ser:

a) Instrumentos eletromagnéticos: Efeitos magnéticos da corrente. Existem dois

tipos, ou seja, instrumentos de bobina móvel e imã fixo e instrumentos de ferro móvel;

b) Instrumentos baseados no efeito térmico da corrente elétrica;

c) Instrumentos eletrodinâmicos: Efeitos eletrodinâmicos da corrente elétrica;

d) Instrumentos de indução: Fenômenos de indução. Instrumentos de campo girante

ou instrumentos Ferraris;

e) Instrumentos eletrostáticos: Efeitos de cargas elétricas em repouso (eletricidade

estática).


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ESCALA DOS INSTRUMENTOS:

Valores compreendidos entre os de máximo e os de mínimos capazes de serem medidos

por um determinado instrumento.

A amplitude entre os valores final e inicial

da escala é conhecida por span.

• escala (range): 45 a 65 Hz;

• span: 20 Hz.


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Instrumentos com mais de

uma escala.

Escala fixa e uma chave comutadora, a qual

permite a mudança para os valores

mostrados em um indicador. A leitura, nesse

caso, se faz diretamente, porém deve ser

multiplicada por um fator indicado no próprio

instrumento.

Analógicos.


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Instrumentos com

comutadores de escalas Além da possibilidade da escolha de escala

(ou range), o recurso “Auto Range” (escolha

automática da escala)

Digitais.


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Evitar erros de

leitura

Fazer a leitura em uma posição

perpendicular aos olhos para evitar

erros de paralaxe (ou seja, à

diferença aparente na localização de

um ponteiro quando observado por

diferentes ângulos).

O espelho existente em muitos

desses instrumentos auxilia nessa

tarefa.

Ajuste de Zero.


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ERROS EM MEDIDAS:

• ERROS SISTEMÁTICOS: aparecerão em todas as medidas e sempre com o mesmo

valor. Eles surgem, em geral, devido às características inerentes da fabricação do

instrumento (tais como, tolerâncias de componentes) ou, também, como resultado do

método utilizado na medição, emprego inadequado do instrumento e distúrbios

ambientais. Podem ser reduzidos a valores desprezíveis por aferição com um padrão.

• ERROS ACIDENTAIS: Surgem de forma aleatória para cada medição, ou seja, variam

de leitura para leitura e afetam as medidas de modo imprevisível. Em função desses

aspectos, eles são de difícil eliminação. Em instrumentos analógicos, por exemplo, eles

podem surgir devido à paralaxe, atrito mecânico e desbalanço do sistema móvel, entre

outros motivos.

A LEITURA OU INDICAÇÃO DE UM MEDIDOR SEMPRE ESTARÁ SUJEITA A ERROS E

INCERTEZAS, TANTO NOS INSTRUMENTOS ANALÓGICOS, QUANTO NOS DIGITAIS.


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ERROS EM MEDIDAS:

O TERMO INCERTEZA INDICA, GENERICAMENTE, A PRESENÇA DE ERRO EM

RESULTADOS, OU SEJA, O RESULTADO REAL OU CORRETO DEVE ESTAR DENTRO DA

FAIXA DELIMITADA PELA INCERTEZA.

- % x 100

Valor medido Valor realErro relativo

Valor real

Classificação Erro relativo

Baixa precisão 10% ou mais

Precisão normal 5 a 10%

Precisão média 1 a 5%

Alta precisão 0,1% a 1%

Muito alta precisão inferior a 0,1%


Erro absoluto Valor medido - Valor real

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CLASSE DE EXATIDÃO

Se constitui em uma classificação dos instrumentos que estabelece a exatidão de uma

medida dentro de uma faixa de valores.

OBS: O erro que define a citada faixa é sempre expresso em relação ao valor final da

escala, ou ao valor nominal ou a um campo nominal.

Ex.: +1% de 100V = +1V

% x 100

Erro absolutoErro relativo

Valor real

=% relativoErro + 100 x V 98

V 1 = + 1,02 %

Se: V=98V

Se: V=21V

=% relativoErro + 100 x V 12

V 1 = + 4,76 %

“O valor da grandeza a ser medida não deve ser inferior ao valor da metade da

escala do instrumento”.


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CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

• Instrumentos de laboratório: classe de exatidão de 0,1% a 0,3%

• Instrumentos de ensaio: classe de exatidão de 0,5% a 1,5%

• Instrumentos de serviço, instrumentos industriais de 2% a 3% ou maior

RIGIDEZ DIELÉTRICA, TENSÃO DE PROVA, TENSÃO DE ENSAIO

• Caracteriza a isolação entre a parte ativa e a carcaça do instrumento.

Tensão máxima que se pode aplicar entre a parte ativa e a carcaça do

instrumento, sem lhe causar danos.


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Capítulo 2:

Instrumentos Analógicos de

Bobina Móvel

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Instrumentos Analógicos

Têm sempre um conjunto móvel que é deslocado, aproveitando um dos efeitos da

corrente elétrica: efeito térmico, efeito magnético, efeito dinâmico, etc.

Preso ao conjunto móvel está um ponteiro que se desloca na frente de uma escala

graduada em valores da grandeza a que se destina o instrumento a medir.

Apesar de serem ainda muito utilizados, esses instrumentos perderam popularidade para

os instrumentos digitais, principalmente devido à quantidade de recursos que podem ser

inseridos no processo dos mesmos.

O erro mais comum nos instrumentos analógicos é o erro de paralaxe: quando a vista do

observador, a ponta do ponteiro e o valor indicado na escala não se situam no mesmo

plano. Este é o motivo de se utilizarem espelhos no fundo de escala.

Neste caso, o operador à direita deve posicionar-se de modo que o ponteiro coincida

exatamente com o seu reflexo, garantindo o ângulo de 90° entre observador e instrumento.

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Construídos a partir de um instrumento fundamental, denominado

galvanômetro, que é sensível ao fluxo de baixas correntes.

A partir destes instrumentos fundamentais são acrescidos componentes, tais

como resistores, entre outros, a fim de tornar o mesmo um medidor de corrente,

um medidor de tensão ou um medidor de resistência.

Os galvanômetros podem ser construídos de diferentes maneiras, e os mais

comuns são os de bobina móvel e os de ferro móvel.

PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO:


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• Mais utilizados em medições elétricas.

• Também chamados de instrumentos de imã permanente, imã fixo ou

magnetoelétricos;

• Conhecidos por instrumentos que utilizam o sistema D’Arsonval por ter sido o

físico francês de mesmo nome que o desenvolveu;

• São desenvolvidos tendo como base o seguinte princípio do

eletromagnetismo: “na presença de um campo magnético B, um condutor de

comprimento l, fica submetido a uma força F cujo sentido é dado pela regra dos

três dedos da mão esquerda e cujo módulo é dado por:

INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL:

. . .F B i l sen

onde θ é o ângulo entre B e a direção de il no espaço.


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a) Um imã permanente que fornece um campo magnético constante;

b) Um núcleo cilíndrico de ferro doce que além de concentrar as linhas do fluxo

magnético sobre a bobina móvel também as torna radiais;

c) Um quadro de formato retangular, geralmente de alumínio, onde é enrolada a

bobina. Este quadro também possui a finalidade de produzir um amortecimento

do sistema móvel por correntes de Foucault;

d) Uma bobina móvel de fio de cobre através do qual ocorrerá a circulação da

corrente que se deseja medir. Este fio de cobre é enrolado no quadro de

alumínio;

e) Sapatas ou pernas polares com a finalidade de concentrar as linhas de força

do imã.

INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL - CONSTITUIÇÃO:


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Sentido e direção da força, corrente e campo magnético.

INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO:


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Apropriado para medir corrente contínua, pois o campo magnético desenvolvido

pelo imã permanente é também contínuo.

O que aconteceria se a corrente ao invés de ser contínua fosse alternada?

A corrente que percorre os condutores da bobina mudasse de sentido, as forças

F também fariam o mesmo.


Se a corrente mudar de sentido muito rapidamente (por ex. 60[Hz]) o ponteiro,

devido a sua inércia natural, não irá sair do lugar.

Estes instrumentos podem ser usados para correntes alternadas de frequência

industrial através do uso de retificadores que a transformam em corrente

contínua.


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• quanto maior for o valor da corrente i, maior será o desvio do ponteiro;

• como θ = f(i) é uma função linear, a escala do aparelho apresentará

distâncias iguais entre os pontos fixos das divisões;

Quando a corrente i cair a zero, ou seja, o conjugado motor (Cm) terminar, as

molas irão atuar no sentido de trazer o ponteiro do aparelho à sua posição

inicial.

O quadro retangular de alumínio possui a finalidade de produzir um

amortecimento (Ca) do sistema móvel por correntes de Foucault.

Este conjugado de amortecimento possui a finalidade de diminuir ou amortecer

as vibrações do sistema móvel quando estamos na posição de equilíbrio (Cm =

Ca)

Também em qualquer deslocamento repentino do sistema móvel ele irá atuar

como uma proteção do instrumento.



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INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL – CARACTERÍSTICAS:


Características:

. Princípio de funcionamento em bobina

móvel;

. Classe de exatidão = 0,3%;

. Medição de corrente contínua;

. Ângulo de leitura apropriado = 60º;

. Rigidez Dielétrica = 1kV.

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Capítulo 3:

Instrumentos Analógicos de Ferro

Móvel

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• Os instrumentos de ferro móvel, ferromagnéticos ou eletromagnéticos

são bastante utilizados em medições industriais, por:

• possuir uma construção simples;

• serem econômicos;

• serem de fácil manutenção;

• serem resistentes a choques mecânicos e vibrações;

• medirem CA e CC (menor exatidão).

INSTRUMENTOS DE FERRO MÓVEL:


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a) Bobina Fixa - pode ser projetada para suportar

correntes de valor elevado. Podem funcionar como

amperímetros ou voltímetros.

b) Conjugado Móvel - formado pelo ferro móvel, mola

espiral, amortecedor de ar (ou palheta do

amortecedor) e do ponteiro.

c) Amortecedor - pode ser mecânico ou magnético. O

amortecimento mecânico é formado pelo freio de ar. A

aleta ou palheta do amortecedor, presa ao eixo, move-

se durante o movimento do ponteiro em uma câmara

de ar. Ela comprime o ar da câmara agindo desta

forma como um freio. O amortecimento pode também

ser obtido através de ímas permanentes.

INSTRUMENTOS DE FERRO MÓVEL - CONSTITUIÇÃO:

A escala do aparelho não apresenta distâncias iguais entre os pontos

fixos das divisões


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Se baseia na ação do campo magnético criado pela corrente que se deseja

medir quando a mesma percorre uma bobina fixa.

INSTRUMENTOS DE FERRO MÓVEL – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO:

Sistema de atração Sistema de repulsão


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INSTRUMENTOS DE FERRO MÓVEL – CARACTERÍSTICAS:


Características:

. Princípio de funcionamento em ferro

móvel;

. Classe de exatidão = 2%;

. Medição de corrente contínua ou alternada;

. Leitura apropriada na horizontal;

. Rigidez Dielétrica = 500V.

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INSTRUMENTOS ANALÓGICOS

Instrumentos de corrente contínua (DC) Instrumentos de corrente alternada (AC)

Escala Linear, Bobina Móvel Escala Não Linear, Ferro Móvel

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Catálogo do fabricante Kron – Informações Técnicas Gerais

Catálogo do fabricante Kron – Características Sistema Ferro Móvel

Catálogo do fabricante Kron – Ferro Móvel (CA) | FM 96/144 - FMI 72/96

Catálogo do fabricante Kron – Bobina Móvel (CC) - BM 96/144 - BMI 72/96

Catálogo do fabricante Kron – Características Sistema Bobina Móvel

../Catálogos/Kron/analogicos_informacoes_tecnicas_gerais.pdf

../Catálogos/Kron/analogicos_informacoes_tecnicas_gerais.pdf

../Catálogos/Kron/Descritivo_Sistema_Ferro_Móvel.pdf

../Catálogos/Kron/Descritivo_Sistema_Ferro_Móvel.pdf

../Catálogos/Kron/Adquirido - FM72_FM96_FM144_-_FMI72_FMI96.pdf

../Catálogos/Kron/Adquirido - FM72_FM96_FM144_-_FMI72_FMI96.pdf

../Catálogos/Kron/Adquirido - BM72_BM96_BM144_-_BMI72_BMI96.pdf

../Catálogos/Kron/Adquirido - BM72_BM96_BM144_-_BMI72_BMI96.pdf

../Catálogos/Kron/descritivo_sistema_bobina_movel_pag01_e_02.pdf

../Catálogos/Kron/descritivo_sistema_bobina_movel_pag01_e_02.pdf

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Obrigado pela atenção !!

FIM

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