instrumentos de medidas elétricas b

MEDIDAS ELÉ TRICAS

Alcantaro Corrêa Presidente da FIESC

Sérgio Roberto Arruda

Diretor Regional do SENAI/SC

Antônio José Carradore

Diretor de Educação e Tecnologia do SENAI/SC

Marco Antônio Dociatti

Diretor de Desenvolvimento Organizacional do SENAI/SC

FIESC

SENAI

Federação das Indústrias do Estado de Santa Catarina

Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial

Departamento Regional de Santa Catarina

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Florianópolis – 2004

Não pode ser reproduzido, por qualquer meio, sem autorização por escrito do SENAI DR/SC.

Equipe Técnica:

Organizadores: José Wanderley Cardoso João Belmiro Freitas Moisés Luiz Parucker Odenir João Pirola Valmir Antônio Soligo Vanderlei Baldessar Volnei Cesar Magedans

Coordenação: Adriano Fernandes Cardoso Osvair Almeida Matos Roberto Rodrigues de Menezes Junior

Produção Gráfica: César Augusto Lopes Júnior

Capa: César Augusto Lopes Júnior

Solicitação de Apostilas: [email protected]

S491s

SENAI. SC. Medidas Elétricas. Florianópolis: SENAI/SC, 2004. 42 p.

1. Medida Elétrica. 2. Medição Elétrica. 3. Instrumento de Medição Elétrica. I. Título.

CDU: 612.317 Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional de Santa Catarina www.sc.senai.br

Rodovia Admar Gonzaga, 2765 – Itacorubi. CEP 88034-001 - Florianópolis - SC Fone: (048) 231-4290 Fax: (048) 234-5222

SUMÁRIO

1 Introdução.................................................................................................................... 6 2 Princípios de Funcionamento dos Instrumentos de Medição ...................................... 7

2.1 Instrumento Bobina móvel e Imã permanente (BMIP).......................................... 7 2.2 Ferro Móvel......................................................................................................... 10 2.3 Instrumento do tipo eletrodinâmico..................................................................... 15

3 Erros .......................................................................................................................... 17 3.1 Definição Segundo a ABNT (NB-278/73) ........................................................... 17

3.1.1 Erro .............................................................................................................. 17 3.1.2 Valor Verdadeiro .......................................................................................... 17 3.1.3 Exatidão ....................................................................................................... 17 3.1.4 Precisão ....................................................................................................... 17 3.1.5 Classe de Exatidão ...................................................................................... 17 3.1.6 Índice de Classe (IC) ................................................................................... 17 3.1.7 Erro Absoluto ............................................................................................... 18 3.1.8 Erro Relativo (� ) ........................................................................................... 18 3.1.9 Escala de um Instrumento ........................................................................... 18 3.1.10 Valor de Plena Escala ............................................................................... 18

3.2 Classificação dos Erros ...................................................................................... 18 3.2.1 Erros Grosseiros .......................................................................................... 19 3.2.2 Erros Sistemáticos ....................................................................................... 19 3.3.3 Erros Alegóricos .......................................................................................... 20

4 Simbologia ................................................................................................................. 21 4.1 Símbolos do Sistema de Medição de Instrumentos e Acessórios ...................... 21 4.2 Símbolos para Natureza da Corrente e Número de Sistemas de Medição ........ 22 4.3 Símbolos para ensaio de Tensão ....................................................................... 22 4.4 Símbolo de Classe de Exatidão.......................................................................... 22 4.5 Símbolo para posição de uso: ............................................................................ 23 4.6 Exemplo: ............................................................................................................. 23

5 Do Relatório.............................................................................................................. 24 5.1 Objetivo............................................................................................................... 24 5.2 Material utilizado ................................................................................................. 24 5.3 Desenvolvimento ................................................................................................ 24 5.4 Análise e Interpretação ....................................................................................... 25

6 Exercícios .................................................................................................................. 37 Referências Bibliográficas ............................................................................................ 42

�� 5 ��

��

�Atualmente as novas tecnologias exigem que as grandes elétricas envolvidas nos fe- nômenos físicos sejam medidas, com uma confiabilidade cada vez melhor.

Com isso surgem instrumentos e técnicas que permitem medir e controlar tais grandezas.

Evidentemente que os conceitos fundamentais, clássicos e básicos de medidas elétri- cas são indispensáveis aos profissionais que utilizam estas novas tecnologias.

Conhecendo-se tais conceitos, consegue-se medir e controlar grandezas físicas não elétricas tais como: temperatura, vazão, Pressão, velocidade, etc.

O escopo desta apostila é dar base fundamental referente à medição elétrica, estu- dando os instrumentos mais comuns utilizados.

�� 6 ��

�� !�"��#$�%��&�'��"��(�� )��Uma corrente elétrica ao percorrer um condutor, cia em torno do mesmo, um campo magnético, cuja direção depende do sentido da corrente.

i i Fig. 01 Fig. 02

Se a corrente (i) for constante (cc) o campo será constante;

Se a corrente (i) for variável (ca) o campo será variável;

Quando colocarmos uma bobina no centro de um campo magnético d um imã permanente em forma de “U”; A corrente elétrica, ao circular pela bobina, cria na mesma um campo magnético norte e sul, Este, por sua vez, faz a bobina deslocar-se no seu eixo para a esquerda ou para a direita, atraída ou repelida pêlos pólos do imã permanente.

N

N S S

- + Fig. 03

Os instrumentos eletromagnéticos do tipo bobina móvel tem seu princípio de funcionamento baseado nessa atração e repulsão, que ocorre entre o campo magnético cri- ado na bobina e o campo magnético do imã permanente.

�� 7 ��

Esses instrumentos são compostos basicamente de:

F

A – imã permanente em forma de U B – Bobina móvel com núcleo de ferro fundido

C – eixo, que interliga o ponteiro e a bobina móvel

E – molas, que fazem o ponteiro retornar ao zero da escala, quando não circulam corrente pela bobina

F – escala graduada

C A E

D

B

Fig. 04

Se aplicarmos a corrente no sentido a direita, os pólos terão formação idêntica ao ilus- trados.

Note que, neste caso, a bobina tenderá a movimentar-se para a direita, com o seu pólo norte sendo atraído pelo pólo sul do imã permanente.

_ +

N

N S

S

_ +

Fig. 05 Quando a corrente estiver em sentido contrário, os pólos terão formação também in- versa. Nesta situação a bobina tenderá a movimentar-se para esquerda.

_ +

S

N S

N

_

+ Fig. 06

O deslocamento da bobina para esquerda ou para direita será maior ou menor, de acordo com o valor da corrente que estiver percorrendo.

�� 8 ��

Neste instrumento há também: *Pólos Invariáveis – formados pelo imã permanente *Pólos Variáveis – formados pela bobina de acordo com o sentido da corrente.

As bobinas dos instrumentos de medidas elétricas do tipo bobina móvel funcionam somente em corrente continua.

Porque se aplicarmos uma corrente alternada neste instrumento. Ocorrerá que há variação da CA, vão ocorrer mudanças no sentido do campo magnético da bobina, fazendo com que ela fique vibrando, atraindo ora para um lado, ora para outro.

Fig. 07 Vantagens dos instrumentos bmip

As principais vantagens são:

1. Baixo consumo próprio. 2. Alta sensibilidade. 3. Uniformidade da escala e possibilidade de escalas bastante amplas. 4. A possibilidade de um simples instrumento ser utilizado com “Shunts” e resistores

série apropriados, para cobrir uma ampla gama de correntes e tensões, como ve- remos mais adiante.

5. Livre de erros devido à histerese e campos magnéticos externos. 6. Amortecimento perfeito, simplesmente obtido por correntes parasitas no metal (car-

retel de alumínio), que suporta e forma a bobina móvel. 7. Bastante preciosos. 8. Escala Uniforme.

Desvantagens dos instrumentos bmip

As principais desvantagens são:

1. Só são usados em corrente contínua. 2. São instrumentos polarizados. 3. Construção complexa e sensível. 4. Devido a sua alta sensibilidade, danifica-se muito rapidamente, caso não seja utili-

zado com muito cuidado. 5. Não são muito apropriados como instrumentos de ferro móvel.

�� 9 ��

��#$�%��Quando colocado no interior de uma bobina duas laminas de ferro, com a passagem da corrente elétrica, as duas lâminas terão identidade de polarização, isto é, haverá formação de pólos iguais nos seus extremos.

Portanto, as duas lâminas terão a repelir-se, uma vez que, pela lei de atração e repul- são, pólos iguais se repelem.

Fig. 08 Fig. 09

Os instrumentos de medidas elétricas eletromagnéticos de tipo móvel tem seu principio de funcionamento baseado nessa repulsão que ocorre entre duas lâminas de ferro colocadas dentro de uma bobina.

Esses instrumentos apresentam os seguintes componentes básicos:

Fig. 10 A – bobina magnetizante; B – placa de ferro fixa; C – placas de ferro móvel; D – ponteiros; E – eixo que interliga a placa móvel e o ponteiro; F – mola que faz o ponteiro retornar a posição de repouso; G – escala graduada;

�� 10 ��

A figura abaixo é uma forma esquemática do instrumento tipo ferro móvel, onde:

Fig.11 A – representa a bobina magnetizante; B – representa a placa de ferro fixa; C – representa a placa de ferro móvel, acoplada ao ponteiro.

Observe novamente a figura acrescida da corrente elétrica em circulação:

Note que quando a corrente elétrica circula pela bobina A, será formada um campo magnético, que magnetizará as placas B e C. Como estas placas estão alinhadas na mesma direção, elas se magnetizarão com pólos iguais. Por isso a placa móvel C ten- derá se afastar (repulsão) da placa fixa B, arrastando consigo o ponteiro.

Fig. 12

O afastamento da placa móvel C da placa fixa B será maior ou menor, de acordo com o valor da corrente que estiver circulando pela bobina.

Os instrumentos de medida elétrica tipo ferro móvel funcionam tanto em corrente con- tínua como em corrente alternada.

�� 11 ��

Corrente contínua Aplicando a regra da mão direita, é possível determinar o sentido do campo magnético na bobina e, conseqüentemente, as localizações dos pólos norte e sul nas placas;

A corrente contínua não muda de sentido.

Por causa desses aspectos, quando se aplica uma corrente continua nos instrumentos eletromagnético de medidas elétricas, tipo ferro móvel, ela entra por uma das pontas da bobina e sai pela outra.

2 3 4

10 5

N N

_B A +

Fig. 13 Na figura acima a corrente está entrando pela ponta A e saindo pela ponta B.

A formação dos pólos se dará de maneira exatamente igual á do desenho:

- Pólo norte na placa fixa e - Pólo norte na placa móvel

Veja agora se inverter o sentido da corrente, fazendo entrar pela ponta B.

2 3 4 10 5

S

S

B + A _

Fig. 14 �� 12 ��

Com a inversão da corrente estamos invertendo também o sentido do campo magnéti- co na bobina, e conseqüentemente, a formação dos pólos nas extremidades das placas, ou seja:

- Pólo sul na placa fixa e - Pólo sul na placa móvel.

Corrente alternada

A CA inverte o sentido várias vezes durante o percurso.

Veja, por exemplo, uma CA de 60 Hz.

O seu sentido é invertido 120 vezes durante um segundo.

Portanto, quando aplicamos CA, é como se aplicássemos CC, invertendo o sentido muitas vezes.

Durante as variações de CA, ocorrem mudanças no sentido do campo magnético for- mado pela bobina. Conseqüentemente a polaridade das placas também muda.

No entanto, formam-se pólos sempre iguais nos extremos das placas fazendo com que estas tenham a tendência de se repelir mutuamente.

Instrumento Eletromagnético do Tipo Ferro Móvel Amperímetro

Fig. 15

Como você pode observar, o instrumento de medida elétrica tipo ferro móvel, quando usado como voltímetro, apresenta os mesmos componentes básicos. Variam apenas as características da bobinas e a escala, que nesse caso, é graduada em voltas.

�� 13 ��

Os voltímetros são conectados em paralelo. Por isso, sua bobina deve Ter uma impe- dância que absorva toda a tensão do ponto a ser medido.

Fig. 16

Essa absorção deve ocorrer com menor consumo de energia possível – o consumo essencial para magnetizar a bobina.

Por essa razão, as bobinas dos voltímetros tipo ferro móvel são confeccionados com muitas espiras em fio fino.

Instrumento Eletromagnético do Tipo Ferro Móvel Voltímetro

Fig. 17

Os amperímetros são conectados em série. Por isso, sua bobina não deve Ter uma impedância, que absorva parte do potencial da carga.

�� 14 ��

��*��+��!'��%��+!�,�!-��Os instrumentos do tipo eletrodinâmico tem seu principio de funcionamento baseado também na lei de atração e repulsão.

O seu principio de funcionamento é semelhante ao do tipo bobina móvel, com as seguintes diferenças:

- Na bobina móvel, tínhamos pólos fixos formados por imã permanentes e pólos mó-

veis formados por uma bobina. - No eletrodinâmico ambos os pólos, fixos e móveis, são formados por bobinas.

Esse sistema eletrodinâmico apresenta duas variações:

- Eletrodinâmico simples - Eletrodinâmico de bobinas cruzadas

Inicialmente iremos falar do funcionamento dos instrumentos eletrodinâmicos simples.

Instrumento eletrodinâmico simples

Basicamente, esses instrumentos são compostos de:

A – Bobina fixa

B – Bobina móvel

C – Ponteiro

D – Escala graduada

Fig. 18 Com a passagem da corrente, as bobinas apresentam polaridades iguais e a bobina móvel se desloca, arrastando consigo o ponteiro. Este, por sua vez, registra um de- terminado valor na escala graduada.

Se ocorrer a inversão de um dos sentidos da corrente, ambas as bobinas invertem ao mesmo tempo suas polaridades. Com esta inversão as condições de repulsão entre as bobinas não se alteram e a deflexão do ponteiro ocorre sempre na mesma direção.

Por apresentar esta versatilidade em seu funcionamento, os instrumentos eletrodinâ- micos simples podem ser usados tanto para corrente contínua como para a corrente alternada.

Eletrodinâmico com bobinas cruzadas

Os instrumentos eletrodinâmicos tipo bobina cruzada são compostos de:

A – Bobina móveis cruzada

B – Bobina fixa

C – Núcleo de ferro

Fig. 19

�� 15 ��

Observe que o princípio de funcionamento eletrodinâmico com bobinas cruzadas é composto de duas bobinas móveis interligadas entre si, cruzadas e colocadas sob influência do campo magnético da bobina fixa.

Ao receber tensão, cada uma das bobinas cria campo magnético próprios que intera- gem e provocam o deslocamento das bobinas móveis, que por sua vez, arrastam o ponteiro a elas acopladas.

Fig. 20 O deslocamento das bobinas móveis será para direita ou para esquerda, de acordo com o valor da corrente em cada uma.

Porém quando os valores forem iguais, haverá equilíbrio e as bobinas se ajustarão sobre um ponto central, como você pode observar na ilustração anterior.

Quando não conectados á rede, os ponteiros deste tipo de instrumento podem tomar qualquer posição sobre sua escala graduada.

Dentre os instrumentos de medição temos os seguintes, que utilizam o princípio de funcionamento eletrodinâmico:

- Wattímetro - Fasímetro e - Megômetro

�� 16 ��

*��*��.!�!/&��0��+��"��(��1231*)��3.1.1 Erro

É o desvio observado entre o valor medido e o valor verdadeiro (ou aceito como verdadeiro).

3.1.2 Valor Verdadeiro

É o valor exato da medida de uma grandeza obtido quando nenhum tipo de erro incide na medição.

Na prática é impossível eliminar todos os erros e a obtenção de um valor aceito como verdadeiro, que substitui o valor verdadeiro. É a medida de uma amostra de um de- terminado número de medidas técnicas, usando o mesmo material e mantendo-se na medida do possível, as mesmas condições ambientais.

Assim:

�X = Xm – Xp = Xm – Xv Xm = Valor da grandeza obtido através da medida. Xp = Valor padrão da grandeza, obtido através do método de referência cons- truído na prática. Xv = Valor verdadeiro da grandeza, que é um valor ideal, supondo a supressão total de todo o tipo de erro.

Na falta de Xv aceita-se Xp, que é denominado, então, de valor de referência tomado como verdadeiro.

3.1.3 Exatidão

É a característica de um instrumento de medida que exprime o afastamento entre a medida nele observada e o valor de referência aceito como verdadeiro.

3.1.4 Precisão

Refere-se a maior ou menor aproximação da medida em termos de casas decimais. A precisão, portanto revela o grau de rigorismo com que um instrumento de medida indica o valor de uma certa grandeza.

3.1.5 Classe de Exatidão

É o limite de erro, garantido pelo fabricante de um instrumento, que se pode cometer em qualquer medida efetuada pelo mesmo.

3.1.6 Índice de Classe (IC)

Número que designe a classe de exatidão, o qual deve ser tornado como uma porcentagem do valor de plena escala de um instrumento.

�� 17 ��

3.1.7 Erro Absoluto É a diferença algébrica entre o valor medido (Xm) e o valor aceito como verdadeiro (Xv).

Assim, pose-se dizer que o valor verdadeiro situa-se entre:

Xm –�X < Xv < Xm + �X

Neste caso, �X é o limite máximo do erro absoluto ou simplesmente erro absoluto. Assim, diz-se que:

Se X>Xv, o erro é por excesso e, Se X<Xv, o erro é por falta.

3.1.8 Erro Relativo (� )

É definido como a relação entre o erro absoluto (�X) e valor aceito como verdadeiro (Xv) de uma grandeza, podendo ou não ser expresso em percentual.

� = �X

Xv ou � %

�X= ⊕ 100

Xv Para efeito de cálculo do erro relativo, pode-se considerar Xv=Xm, logo:

� = �

X Xv

Definição de escala de um instrumento e do valor de plena escala.

3.1.9 Escala de um Instrumento

É o intervalo de valores que um instrumento pode medir. Normalmente vai de zero a um valor máximo que se denomina calibre ou valor de plena escala.

3.1.10 Valor de Plena Escala

É o máximo valor da grandeza que um instrumento pode medir.

*��%"��!.!-"/&��+��Os erros podem ser classificados como:

- Grosseiros - Sistemáticos - Acidentais, alegóricos ou residuais

�� 18

��

3.2.1 Erros Grosseiros São devidos à falta de atenção; são resultados de enganos nas leituras e anotações de resultados.

São de inteira responsabilidade do operador e não podem ser tratados matematica- mente.

Para evitá-los é necessário proceder à repetição dos trabalhos, mas é necessário, sobretudo, que se trabalhe com muita atenção.

ƒ Erros de Leitura

- São devidas as influências do operador e dependem das características do sistema

de leitura. - Erro de paralaxe.

3.2.2 Erros Sistemáticos

São ligados às deficiências do método, do material empregado ou da avaliação da medida do operador. Estes erros podem ser classificados como:

- De construção e ajuste; - De leitura; - Inerente ao método; - Devido a condições externas.

ƒ A – Erros de construção e ajuste

- Erros de graduação da escala na indústria. - Erros de ajuste entre pinos e eixos, assim como de componentes elétricos.

Estes erros tendem a crescer com a idade do instrumento devido a:

- Oxidação; - Desgaste dos contactos entre peças móveis e fixas. - Variação dos coeficientes de elasticidade de molas. Estes tipos de erros são deferentes em diferentes pontos da escala. Eles podem ser contornados através da construção de uma tabela de correção de erros.

ƒ B – Erros de Paralax

- São resultados do ângulo de observação (paralaxe) do operador.

Estes erros podem ser limitados usando-se dois ou mais operadores e/ou equipando o instrumento com um espelho junto à escala.

ƒ C – Erros Inerentes ao Método

Ocorre quando a medida é obtida por métodos que necessitem de processamento indireto de grandezas auxiliares.

�� 19 ��

ƒ D – Erros Devidos às Condições Externas - São aqueles inerentes a condições à medida de uma grandeza. Podem resultar de:

variações de temperatura, pressão, umidade, presença de campos elétricos, etc. 3.3.3 Erros Alegóricos

- São erros devido ao imponderável. São erros essencialmente variáveis e não sus-

cetíveis de limitações. �� 20 ��

4��5�6��

��4��7� �%��+��!��"�+��+!/&��+��-��#�!��

��

Instrumento Ferro Móvel

� Instrumento Bobina Móvel ··

Retificador

Dispositivos Eletrônicos Num circulo de medição -

Instrumento eletrodinâmico com núcleo de ferro

Instrumento eletrodinâmico Com núcleo de ferro Instrumento eletrodinâmico de relação

Instrumento eletrodinâmico de Relação com núcleo de ferro Instrumento Bimetálico Instrumento de Lâmina de Vibração

Acessórios

�� 21 ��

4��7� �%��'"�"��"��8"�+"��9��+��!��"��+��+!/&��Corrente contínua Corrente Alternada Monofásica (1 sistema)

Corrente Contínua e Alternada Monofásica (1 sistema) Corrente Alternada Trifásica Equilibrada (1 sistema – 3 fio) Corrente Alternada Trifásica Desequilibrada (2 sistemas – 3 fios) Corrente Alternada Trifásica Equilibrada com Neutro (1 sistema – 4 fios) Corrente Alternada Trifásica Desequilibrada com Neutro (2 sistemas – 4 fios)

4�*��7� �%��'"�"��"!��+��&��Tensão suportável a freqüência Industrial 500V

Tensão suportável a freqüência Industrial acima de 550V (Ex: 2 KV)

4�4��7� �%��+��%"��+��:"�!+&��Índice de Classe (Ex: 1,5) como porcentagem do valor fiducial

Índice de Classe (Ex: 1,5) quando o valor fiducial corresponde ao valor real

2 1,5 1,5

�� 22 ��

4�;��7� �%��'"�"�'��!/&��+��<��Instrumento a ser usado com escala vertical

Instrumento a ser usado com Escala horizontal

Instrumento a ser usado com Escala inclinada (Ex. 60º)

4�=��:��'%�<�

��60º

2 1,5

Posição de montagem vertical

Tensão de prova – 2kV

Classe 1,5 (precisão)

Corrente Alternada Monofásica

Com retificador

Bobina móvel �� 23 ��

;� ��5��>��

��O aluno redigirá o relatório de acordo com a seqüência abaixo:

;�� ?��!$��Neste item deverá ser relatado qual o objetivo principal de experiência, o que se esta querendo demonstrar. Quais as grandezas que se pretende estabelecer alguma rela- ção. Essa parte é muito importante, pois ela orienta todo o trabalho do laboratório.

Definindo o objetivo, pode-se ter a idéia do que é necessário fazer para alcançá-los.

;��"��!"%��!%!8"+��Relacionar o material utilizado para a realização de tarefas ou do experimento.

Esquema de Montagem

Fazer o esquema de montagem dos componentes fundamentais do experimento (desenho).

;�*��$�%$!��Deverá ser dividido nas seguintes partes:

a. Fundamentação teórica.

Onde se relata o princípio ou lei sobre os quais se baseia o experimento.

b. Procedimentos.

Descrever brevemente, cem o experimento foi efetuado. A descrição dever ser totalmente pessoal.

c. Coleta de dados.

Cultivar o hábito de preparar com clareza, pois nelas deverão ser incluídas as leituras dos instrumentos. As tabelas devem ser apresentadas como parte inte- grante do relatório. O nome das grandezas será indicado uma vez no alto da coluna, onde são escritos os números acompanhados da sua, respectiva unidade de medida.

d. Gráficos.

Se for necessário o gráfico, deverá ser construído anexo do relatório. Em papel milimetrado (A4) ou (A5), cada eixo deverá ter um nome da grandeza apresentada e a unidade em que a mesma é medida. A grandeza controlada pelo experimentador no curso das suas observações é variável independente, e os valores são nomeados no eixo das abscissas.

�� 24 ��

;�4��@%!��'��"/&��É uma das partes mais importantes do Relatório. Nela é que se fará a interpretação dos dados e se farão observações pessoais sobre a significação dos resultados expe- rimentais, apontando as causas de falhas em medidas, discrepância entre os valores médios e os computados. Qual a lei obtida a quais as conclusões observadas parale- lamente ao objetivo principal. Quando se trabalha em laboratórios sempre se descobre uma porção de outras coisas no decorrer do experimento. Essas descobertas devem também ser relatadas. Caso sejam formuladas perguntas, as respostas deverão ser claras e concisas.

Experiência 1

Lei de ohm em corrente alternada

1. Resumo Teórico

Para um circuito resistivo puro, em corrente contínua a lei de ohm é simples:

V = RI

Porém em corrente alternada uma resistência do tipo bobinado apresenta au- to-indutância, e a lei de ohm em corrente alternada será:

V = ZI = (R + Jx) I V= (R + JWL) I

A representação fasorial para um circuito resistivo indutivo em corrente alternada é:

Z = = RV

2 + W2L2

V = ZI

I JWLI W = 2 f

RI 2. Circuitos

1) 2)

�� 25 ��

3. Passos 1º. Monte o circuito 1 deixando o reostato roei posição OV; 2º. Conecte os pontos A e H a ter; 3º. Gire o cursor do reostato até a. Tensão de 6 no voltímetro (2-3-4-5 e 6); 4º. Faça as leituras de tensão e ocorrente. Anote os valores; 5º. Desconecte C e D do circuito 1 e conecte o circuito 2; 6º. Meça o valor de Rx na ponte de wheatstone. Anote o valor de Rx; 7º. Fazer gráfico V x I em papel milimetrado.

Observação: Nunca ligue o circuito sem a prévia verificação do professor.

V (v) I (A) Z (&) R (&) L (mH)

2 3 4 5 6

Experiência 2

Medida de Potência 3�

1. Resumo Teórico

Uma carga 3� pode ser equilibrada ou desequilibrada, dependendo da potência insta- lada em cada fase.

Se p1 = p2 = p3 então é uma carga equilibrada. Se pi p2 p3 ou p1 = p2 p3 então é uma carga desequilibrada.

Em sistemas 3� a alimentação pode ser feita de duas maneiras:

a. Sistema 30 a 3 fios

É o sistema onde só existem as 3 fases. Neste a indicação de potência é feita pelo método dos 2 wattímetros. Para cargas equilibradas e desequilibradas.

WR Carga 1

S Y ou �

WT 2

PT = W1 + W2

�� 26 ��

b. Sistema 3� a 4 fios É o sistema onde existem as 3 fases mais o neutro. Neste a medição da potência ativa pode ser feita pelo método dos 2 wattímetros para cargas equilibradas, ou com 3 wat- tímetros para qualquer tipo de carga, aqui equilibrada ou desequilibrada.

WR Carga

S W PT = W1 + W2 + W3

WT

N

2. Circuitos

Circuito 1

W1

100W

100W

100W

100W

100W

100W

W2

3 97 2 5 1 8

W 3�

�� 27 ��

Circuito 2 Circuito 3

R W1

S W2

N

220 V

T W3

100W

100W

100W

100W

100W

W

380V

3. Passos

1º. Monte o circuito 1 e faça as leituras anotando-as; 2º. Monte o circuito 2 e faça as leituras anotando-as; 3º. Comparar a soma w1 + w2 cm a soma de potência das três lâmpadas; 4º. Reconte o circuito 3 e anote o valo, compare a soma w1 + w2, obtida no.

1º. Passo com o valor obtido do circuito 3 multiplicado por 3.

Experiência 3

Medida de Resistores com a Ponte de Wheatstone

1. Resumo Teórico

A Ponte de Wheatstone é utilizada para se fazer medidas de precisão de resistência desde alguns: até alguns milhares de ohms. É composta basicamente por 4 resistores dispostos em forme de ponte, um galvômetro e uma fonte de tensão C.C.

A e B = braços de relação R = resistor ajustável Rx = resistor a ser medido O equilíbrio da ponte ocorre quando Ig = 0. Isto é conseguido variando-se o valor de R. Neste ponto:

Rx =

R. A B

�� 29 ��

2. Circuitos Circuito 1 Circuito 2

Fonte Padrão

3. Passos 1º. Monte o circuito 1 deixando R em um valor qq. Diferencie de zero; 2º. De um pulso em OH 1 e verifique se o galvômetro se deslocou para o fim da escala

esquerdo ou direito; se isto aconteceu varia R1 até que a deflexão do ponteiro seja invertida, volte R1 a posição anterior e comece a variar R2 até que o ponteiro se aproxime do zero, então variar R3 e R4 até que o ponteiro fique exatamente sobre o zero. Sempre que trabalhar com R1 de pulsos com CH1;

3º. Leia o valor obtido em R somando (R1 x 100) + (R2 x 100) + (R3 x 1) +(R4 x 0,1) - anote este valor de Rx;

4º. Monte o circuito 2 e anote o valor de Rx; 5º. Calcule o erro relativo considerando o circuito 2 como referência.

Experiência 4

Medida de Resistência da Terra

1. Resumo Teórico

- O bom aterramento é de fundamental importância não só para a segurança do pes-

soal como também para o bom funcionamento dós equipamentos de proteção do sistema.

- O que caracteriza um bom aterramento s o valor da resistência de terra. Estes valo-

res variam de acordo com a finalidade de cada aterramento. - Para residências (medidor - CELESC) = 25 ohms. - O bom aterramento propicia a não existência de diferenças significativas de tensão

entre pontos qq. da superfície evitando choques.

20m são suficientes para que a tensão se reduza a zero

�� 30 ��

- Ao fazermos um aterramento devemos levar em conta 3 resistências:

1. Resistência do elétrodo; 2. Resistência entre elétrodo e terra; 3. Resistência da própria terra que é função da umidade, temperatura e tipo de solo.

- Deve-se escolher um dia seco, em que a ocorrência de chuva não tenha acontecido a

pelo menos 15 dias, para realização da medição da resistência de terra.

2. Circuitos

3. Passos

1º. Inserir as estacas no terreno conforme circuito; 2º. O operador e o instrumento deverão estar entre as estacas j2 e j3-4; 3º. Conectar j3-4 a malha de terra através de cabo de 6m; 4º. Conectar j2 a estaca intermediária (sonda) através de cabo de 6m; 5º. Conectar j1 a estaca extrema através de cabo de 16m; 6º. Oprimir a tecla cal e ajustar o controle de zero, fazenda com que o ponteiro fique

cima da marca x1 na escala; 7º. Pressionar a tecla x100. Acha-se o valor de rt multiplicando o valor lido na escala

por 100.

RT = RI x 100

8º. Se R < 500& pressiona-se a tecla X 10 e RT = R1 X 10. 9º. Se R < 50& pressiona-se a tecla X1 e RT = R1 X 1,0 e por fim se R < 5& pressio-

na-se a tecla X 0,1 e RT = RL X 0,1. 10º. Feita a leitura de RT, coloque a sonda a 10cm da estaca da malha de terra e faça a leitura de RT, a partir daí variar a distância da sonda de 2 em 2m até a estaca extrema sempre lendo o valor de RT anotar os valores e montar ó gráfico RT (&) x d (m).

Distância (m) RT (&)

10cm 2 4 6 8 10 12 14 16

�� 31 ��

Experiência 5

Correção do fator de Potência 1�

1. Resumo Teórico

Quando alimentamos uma carga resistiva - indutiva ou resistiva - capacitiva, estas ab- sorvem uma certa quantidade de potência da rede que é denominada potência aparente. Parte desta potência é aproveitada em trabalho útil que é denominada potência ativa e outra parte fica sendo trocada entre a carga e o gerador, e é responsável pela formação dos campos magnéticos ou elétricos necessários ao funcionamento da carga e é denominada potência reativa, cujo valor médio é zero.

Fasorial

P = VI. Cos� S = VI

Q = VI . Sen�

S = VI

P = VI. Cos�

Q = VI . Sen�

Carga Indutiva Carga Capacitiva

Cos� = TgP

S

� = SenQ

P

� = s = PQ

S

2 + Q2

Quando corrigimos o fator de potência estamos na realidade colocando uma fonte de reativo no sistema, se este for capacitivo. Se o sistema for indutivo colocamos capaci- tores.

�� 32 ��

2. Circuito

Experiência 6

Análise de Rigidez Dielétrica de Óleo de Transformadores

1. Resumo Teórico

Existem basicamente 3 tipos de transformadores quanto ao resfriamento:

- Transformadores a seco - Transformadores a 'tenho de óleo - Transformadores a gás inerte i

Os transformadores a banho de óleo são os mais rosados nos sistemas de distribui- ção, nos quais o óleo tem duas finalidades básicas que são:

- Isolamento - resfriamento

Por ser o óleo tão importante nos transformadores se faz necessárias manutenções periódicas onde é analisada a rigidez dielétrica.

2. Circuito Analisador Ge - Ha – Ka

�� 33 ��

3. Passos 1º. Retire a cuba e limpe com benzina retificada (deixe secar bem); verifique a distân-

cia entre os elétrodos - 2,54; 2º. Encha a cuba de óleo até cobrir os elétrodos; 3º. Mexa o conteúdo suavemente para torná-lo homogêneo; 4º. Abaixe a tampa do produto de acrílico; 5º. Ligar o aparelho; 6º. Arme o disjuntor dando um pulso; 7º. Pressione o botão dê comando e simultaneamente gire o regulador de tensão cons-

tantemente a uma razão de 3kv/seg até que o disjuntor desarme – lê-se no kilovol- tímetro a tensão;

8º. Espere -5 mitos e realize mais 2 testes. 4. Taba

Média =

Teste R.D.KV T1 + T2 + T3 3

Comparar com:

35 KV = excelente De 30 até 35 KV = muito bom De 25 até 30 KV = bom De 20 até 25 KV = satisfatório

5. Conclusão

Qual é a condição do óleo?

Capacitor Indutor W A1 A2 S = VA1 Cos� Q*

(Var) V – L1 C1 – – L1L2 C1 L1L2

C1C2 L1L2 C1C2C3 L1L2

* Calcular Passos

1º. Montar o circuito deixando o reostato em zero volt; 2º. Ligar as cargas conforme a tabela acima, através dos interruptores anotando os

valores; 3º. Construir gráfico W x Q para cada caso, e unir a origem ao ponto encontrado, de-

terminando assim (S) e (cos�) graficamente.

�� 34 ��

Experiência 7 Aferição de Medidor Monofásico de Energia Elétrica

1. Resumo Teórico

Para medir a quantidade de energia consumida, são empregados medidores indutivo tipo integrador.

Conforme já vimos à iteração entre o fluxo produzido pela I e o fluxo produzido por V, faz seguir uma força F = K �1 �2 sen �,esta força produz um torque T = K1 I V cos � que gera movimento no disco.

Como se pode ver, este torque é proporcional a potência ativa.

Em cada rotação efetuada pelo disco possui um Kd (constante de disco) que é dada em Wh/rotação. Com o passar do tempo ocorrem desgastes que alteram o valor do Kd, e para correção deste erro faz-se necessário aferir o medidor.

Kd =

W . h r

Através do imã permanente = F.P. Ε 100% 1 10%

É esta aferição que faremos aqui.

2. Circuito

3. Passos

1º. Montar o circuito acima; 2º. Ligar o circuito à fonte; 3º. Ligar a chave ch1 e deixar a disco rodar até que o zero apareça 4º. Na frente do visor, desligue ch1; 5º. Simultaneamente acione ch1 e o cronômetro, conte o número de voltas a 10. 6º. Desligue ch1 e anote o tempo e a potência; 7º. Calcule kd e compare com o indicado no medidor; 8º. Se kd calculado > kd medido girar cn para menos e ligar novamente a ch1, sempre o

disco começa do zero; 9º. Se kd calculado < kd medido girar cn para mais; 10º Repetir a operação até que kd calculado = kd medido.

Kd . cal – Kd

Kd �� 35 ��

Ajuste Nº de Rotações t (s) p (w) Kd (cal) � % . 100

1 2 3 4 5 6 7

�� 36 ��

=��A��

�1- Escreva x dentro do quadradinho que corresponde á resposta correta, em cada

questão abaixo: a) Lei em que fundamenta o princípio de funcionamento dos instrumentos de medi-

das elétricas tipo ferro móvel: ‰ Lei de 0hm

‰ Lei de Kirchoff

‰ Lei de Lenz

‰ Lei de atração e repulsão b) Quando, pela bobina magnetizante, circula corrente elétrica, as placas de ferro se polarizam e tendem a se afastar uma da outra, porque:

‰ A bobina atrai uma das placas

‰ As placas recebem polarização igual e tendem a repelir-se

‰ As placas recebem polarização diferente e tendem a repelir-se

‰ As placas recebem polarização igual e tendem a atrair-se c) Os instrumentos do tipo ferro móvel podem receber:

‰ Corrente contínua

‰ Corrente alternada

‰ Corrente contínua ou alternada

‰ Somente corrente contínua 2- Abaixo você tem o desenho do instrumento de medida tipo ferro móvel com sete de seus componentes numerados.Tem também uma lista dos nomes desses componentes.

a) Escreva o número de cada componente dentro dos quadrinhos em frente o nome

do componente dentro dos quadradinhos em frente ao nome do componente, mantendo a divida correspondência.

‰ Ponteiro

‰ Placa de ferro fixa

‰ Bobina magnetizante

‰ Eixo, que interliga a placa móvel e o ponteiro.

‰ Placa de ferro móvel

‰ Mola, que faz o ponteiro retornar à posição de repouso.

‰ Escala graduada �� 37 ��

3- Escreva V para Voltímetro A para Amperímetro nos quadradinhos à frente da alter- nativa.

‰ Bobina com alta impedância e baixo consumo de energia

‰ Escala graduada em watts

‰ Bobina com poucas espiras de fio grosso

‰ Escala graduada em ohms

‰ Bobina com baixa impedância e alto consumo de energia

‰ Bobina com muitas espiras e fio grosso

‰ Bobina com alta impedância com alto consumo de energia.

‰ Escala graduada em ampères

‰ Bobina com muitas espiras de fio fino

‰ Bobina com baixa impedância com baixo consumo de energia

‰ Escala graduada em volts

‰ Bobina com poucas espiras e fio fino 4- Medindo-se a corrente no circuito da figura ao lado, com um miliamperímetro de 0

– 2mA e resistência interna de 500 ohms, qual será a indicação do instrumento? Qual o erro relativo (teórico) cometido nessa medida?

+ 2 000 & > 3,5 V _

<<> <

5- O fio AB tem 10 000 ohms de resistência. A fonte de 600 V tem resistência interna

de 2 000 ohms. Qual a tensão existente entre os pontos A e B? e entre M e B? (M é o ponto médio do fio AB). Que valores se obteriam medindo essas tensões com um voltômetro de 0 – 500 V e resistência interna 40 000 ohms.

+ _

^^^^∋̂ 2 000

&

^^^^^^^^^^^^ A M B

6- Qual a sensibilidade, em ohms por volt, do voltômetro utilizado no problema anteri-

or. É considerada boa essa sensibilidade? Qual o alcance do instrumento básico (galvanômetro ou miliamperômetro) com o qual o voltômetro foi construído?

7- Se medirmos a tensão V AB com um voltômetro de 0 – 250 V e sensibilidade 2 000

&/V, qual será o erro cometido nessa medida? Qual a resistência interna do voltô- metro nesse caso?

8- Se utilizarmos um microamperômetro de 0 – 100 ∝A para construir um voltômetro

de 0 – 250 V, qual será a resistência interna e a sensibilidade desse voltômetro? �� 38 ��

9- Examine atentamente as escalas abaixo e calcule o valor aproximado das medi- ções de cada instrumento, completando as respostas.

�� 39 ��

10- Na coluna A estão sete símbolos que caracterizam os instrumentos de medidas elétricas e, na coluna B, discriminação desses símbolos.

Escreva na coluna B a letra da coluna A, mantendo a devida correspondência.

COLUNA A

COLUNA B

‰ Sistema ferro móvel A.

� � Megôhmetro

B. �

� Sistema eletrodinâmico

C.

� Sistema bobina móvel

D. f ou Hz

E.

F. cos �

G.

� Sistema ressonante � Sistema eletrodinâmico com bobinas cruzadas

‰ Freqüencímetro

‰ Fasímetro �� 40 ��

11- Assinale com um X a resposta correta, de acordo com o instrumento: (a)

25

7550 100 125

0 150

V

0,5 1

‰ Bobina móvel, C C, posição vertical, de serviço, tensão de isolação 1 KV. ‰ Bobina móvel, C C e C A, posição vertical, de precisão de isolação 1 KV.

‰ Ferro móvel, C C e C A, posição vertical, de serviço, tensão de isolação 1 KV.

(b)

1,5 2 2,5

10 3

A

1,5 2

‰ Ferro móvel, C C e C A, posição vertical, de serviço, tensão de isolação 2 KV.

‰ Ferro móvel, CC e CA, posição horizontal, de serviço, tenção de isolação 2 KV.

‰ Bobina móvel, CC e CA, posição horizontal, de precisão, tenção de isolação 2 KV.

(c)

200 400

0

W

600

2 1

‰ Eletrodinâmico, CC e CA, posição horizontal, de serviço, tensão de isolação 1KV.

‰ Eletrodinâmico, CC e CA, posição vertical, do serviço, tensão de isolação 1KV.

‰ Eletrodinâmico, CC e CA, posição inclinada, de serviço, tensão de isolação 1KV.

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�TESSER, Valtensir da Costa; SILVA, Francisco de Assis Costa e; BRONZATTO, Ad- mir Miguel. Instrumentos de medidas elétricas I: voltímetros, amperímetros, ohmíme- tro. São Paulo: SENAI/SP, 1983. 67p. (Eletrotécnica, 28).

TORREÍRA, Rual Pergallo. Instrumentos de medição elétrica. São Paulo: Hemus, 1978.

�� 42 ��

instrumentos de medidas elétricas b

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