Prática de Laboratório - Circuito RL

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Prática de Laboratório - Circuito RL

  1. 1. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia daBahia Departamento de Eletro-Eletrônica Coordenação de Eletrotécnica Disciplina: Eletrotécnica I Aluno: Victor Said; Herbert de Souza Número: 23; 07 Turma: 5822 Curso: Automação Industrial Prof.: Eng. Davi Franco Rêgo Data: 19 de Dez de 2013 Atividade de Laboratório – Circuito RL (5 pontos) 1 – Elabore uma pesquisa (10-15 linhas) a respeito das cargas RL. Faça um texto que contenha as respostas para as seguintes perguntas: Circuitos RL são formados por resistência e indutância, e tem como característica duas formas de oposição à corrente: uma por meio da resistência (Ω), se opondo a passagem desta; e uma segunda que se opõe a variação da mesma, a reatância indutiva (Ω). A associação entre a oposição elétrica da resistência, que dissipa potência, e reatância, que não dissipa potência, nomeia-se impedância - medida de oposição total de um circuito elétrico a passagem de corrente. O elemento que irá relacionar o consumo de potência deste circuito é o fator de potência, compreendido como sendo a grandeza que relaciona a potência real (dissipada pelo resistor) e a potência aparente. De acordo com PROCEL (2011), o fator de potência nas instalações elétricas obedece à resolução da “ANEEL 456 de 29/11/2000, as instalações elétricas dos consumidores devem ter um fator de potência não inferior a 0,92 (capacitivo ou indutivo)”. Segundo a mesma fonte, este fator de potência deve atender diversos tipos de equipamentos, inclusive aqueles que utilizam a reatância indutiva, como aparelhos que possuem motores - freezer, geladeira, escada rolante, máquinas de lavar, sistemas de climatização, ventilador e etc. - ou indutor, como os que possuem reator eletromagnético aplicado as luminárias com lâmpadas fluorescentes. Estes equipamentos apresentam reatância indutiva, devido à presença do motor e/ou do indutor. Sabe-se, de acordo com REGÔ (2013), que “um indutor é um fio enrolado em forma de hélice sobre um núcleo de um material qualquer”, como este motor é construído com uma bobina e um núcleo ferromagnético, estes elementos irão, assim como num indutor, oferecer oposição a variação da corrente, por meio da reatância induzida. 2 – O Experimento realizado em sala foi divido em três etapas: em corrente continua, em corrente alternada e em corrente alternada com circuito magnético fechado. Explique como foi feito o experimento e como foram obtidos os dados. Por que foram feitas três [alterado para 5 no momento do experimento] medições em cada etapa? A primeira etapa do experimento foi realizada utilizando uma fonte de tensão de corrente contínua, duas bobina, e dois voltímetros, além das conexões. Inicialmente, verificou-se se a fonte de tensão estava funcionando corretamente, ao efetuar esta verificação o professor orientador, Davi Rêgo, efetuou a conexão entre a fonte de tensão e a bobina. Verificado o funcionamento da mesma, foram realizadas cinco medidas de corrente e tensão a fim de obter os dados para efetuar o cálculo da resistência da bobina. Para efetuar a medição, foram utilizados dois voltímetros, um primeiro que mediu a corrente, em mA, e um segundo que mediu a tensão, em volts. A fonte de tensão foi disposta em série em relação ao multímetro, que media corrente, que por sua vez estava em série com a primeira bobina, a segunda bobina não foi utilizada nesta etapa do experimento. A tensão foi medida pelo multímetro disposto em paralelo em relação à bobina, ambas as situações são ilustradas na questão 3. Quando estabelecida tal disposição, foram realizadas 5 medições, as quais foram anotadas pelos estudantes e postas no quadro. Para cada medição, houve a alteração nos valor da tensão, e consequentemente, da corrente. Ao fim deste procedimento, os estudantes efetuaram o cálculo da resistência elétrica da bobina aplicando a primeira lei de Ohm. Esta etapa foi concluída com o cálculo da resistência média da bobina. A segunda etapa do experimento decorreu com a mesma construção da anterior: fonte, amperímetro e bobina em série, com o voltímetro em paralelo em relação à bobina. Entretanto, agora, a fonte utilizada gerava corrente alternada e não mais corrente contínua, como na etapa anterior. Nesta etapa do experimento
  2. 2. o circuito magnético estava aberto, portanto não havia fluxo magnético entre a primeira e a segunda bobina. Então, como no caso anterior, apenas a primeira bobina foi utilizada nesta etapa. O procedimento foi o mesmo: foram feitas 5 medições em função da variação de tensão. Com base nos valores da tensão e corrente efetuou-se o cálculo da impedância, havendo a necessidade de calcular a reatância indutiva, o fator de potência, a indutância e o ângulo de defasagem da tensão em relação a corrente. Na terceira etapa o circuito magnético foi fechado, o que fez com que a primeira e a segunda bobina se dispusessem em série. Nesta etapa, a estrutura do circuito foi mantida como anteriormente, entretanto apesar da mesma estrutura os valores encontrados foram distintos. A medição ocorreu do mesmo modo, os cálculos da impedância foram realizados em sala, solicitou-se que efetuasse os outros cálculos, como reatância indutiva, o fator de potência, a indutância e o ângulo de defasagem da tensão em relação a corrente. Figura 1 – Etapas do Experimento: (a) Etapa 2; (b) Etapa 3 (a) (b) 3 – Para cada uma das etapas, desenhe o diagrama elétrico do experimento realizado e indique o percurso da corrente convencional e deixando explícito como foram ligados os medidores. Figura 2 – Etapas do experimento: (a) Etapa 1; (b) Etapa 2; (c) Etapa 3 (a) (b) (c) 4 – Escreva a tabela dos dados obtidos em sala com o seguinte formato para cada uma das etapas. Peça ajuda a um colega se por ventura você não copiou em sala. Calcule as últimas colunas com base nos conhecimentos adquiridos em sala, explicando e deixando explícitos os cálculos. Tabela da etapa 1 V[V] 1,148 2,235 3,499 4,924 6,373 i[mA] 90,14 175,33 274,90 387,20 500,20 R[Ω] 12,74 12,75 12,76 12,72 12,74 Nesta etapa, foi realizado o cálculo da resistência elétrica da bobina por meio da aplicação da Primeira Lei de Ohm, equação 1. Os valores da tensão V e da corrente contínua i foram coletados no experimento por
  3. 3. meio da utilização de um multímetro. Substituindo estes valores na equação 1, obtém-se os valores da resistência. [Ω] (1) A fim de realizar o cálculo da reatância indutiva, calculou-se a resistência média da bobina, equação 2. (2) Tabela da etapa 2 V[V] I[mA] R[Ω] 2,537 16,07 12,742 5,458 33,87 12,742 8,027 49,26 12,742 10,610 64,57 12,742 13,768 83,07 12,742 Z[Ω] 157,8718 161,1456 162,9517 164,3178 165,7397 XL[Ω] 157,357 160,641 162,453 163,823 165,249 L[mH] 417,613 426,330 431,138 434,774 438,559 FP 0,081 0,079 0,078 0,078 0,077 θ 85,353 84,468 85,526 85,526 85,583 A segunda etapa do experimento foi realizada utilizando corrente alternada, com frequência arbitrada em 60 Hz. Os dados da tensão e corrente foram extraídos por meio da medição utilizando um voltímetro e amperímetro. O valor da impedância do circuito foi calculado em classe. As outras grandezas solicitadas foram calculadas utilizando os conhecimentos obtidos em classe. Para o cálculo da reatância indutiva da bobina utilizou-se a equação 3. Entretanto, por meio da equação 4 também é possível efetuar o cálculo da reatância indutiva da bobina. É importante salientar que há uma pequena diferença decimal entre os valores encontrados por meio da equação 3, para os valores encontrados por meio da equação 4. √ (3) (4) Para o cálculo da indutância da bobina utilizou-se a equação 5. (5) Para realizar o cálculo do fator de potência da bobina utilizou-se a equação 6 (6) O cálculo do ângulo de defasagem científica. ocorre calculando-se o cos-1 utilizando uma calculadora Tabela da etapa 3 V[V] I[mA] R[Ω] Z[Ω] 3,242 04,27 12,742 759,2506 6,084 07,43 12,742 818,8425 8,470 09,84 12,742 860,7724 11,735 12,88 12,742 911,1025 17,322 17,55 12,742 987,0085 XL[Ω] 759,144 818,743 860,678 911,013 986,926 L[mH] 2014,713 2172,886 2284,178 2417,764 2619,231 FP 0,017 0,016 0,015 0,014 0,013 θ 89,025 89,083 89,14 89,198 89,255
  4. 4. 5 – Explique o que foi feito de diferente entre a segunda e a terceira etapa. Por que os resultados obtidos foram diferentes? Quais foram os parâmetros físicos modificados de uma etapa para a outra? A única diferença entre a segunda e a terceira etapa do experimento deve-se ao fechamento do circuito magnético por meio da colocação do núcleo de material ferro magnético, o eletroímã. Ao efetuar este procedimento, têm-se duas bobinas em série, e, por consequência, duas reatâncias indutivas. Como a reatância indutiva foi diferente, devido à associação entre duas bobinas, os valores das outras variáveis como, o fator de potência, a indutância e o ângulo de defasagem da tensão em relação a corrente. Fisicamente, a única diferença entre a segunda e terceira etapa, como explicado anteriormente, foi o fechamento do circuito magnético por meio da aplicação de um núcleo de material ferro magnético, que neste caso foi um eletroímã. Ao efetuar este procedimento as linhas magnéticas geradas na primeira bobina foram direcionadas para a segunda, fechando o circuito magnético e dispondo as duas em série, o que justifica a alteração dos valores das grandezas. 6 – Cite ao menos duas fontes de erro para o experimento realizado. Como poderíamos minimizá-los? Uma fonte de erro para o experimento foi a convenção que a resistência elétrica era ôhmica, ou seja, linear, sem levar em consideração se de fato esta assim o era. Para sanar este erro poder-se-ia efetuar a construção e análise do gráfico da resistência elétrica, e em função disto compreender sua natureza, e calculando a resistência em função disto. Outra possível fonte de erro decorre da convenção que a frequência da corrente alternada era 60 Hz. Não ocorreu a medição da mesma, entretanto convencionou-se este valor em classe, o que é uma fonte de erro para o experimento. Uma forma de evitar este erro é utilizando um medidor de frequência elétrica, para efetuar a medição da frequência real da rede, evitando este erro. No experimento, pode haver erro em decorrência de má calibração dos instrumentos ou a falta da mesma. Os instrumentos utilizados para o experimentos são antigos e não são frequentemente utilizados, de modo que a calibração dos mesmos, no que se refere aos aspectos de exatidão e precisão, é falha; o que também acaba por desencadear erros na medição e indicação das grandezas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALBURQUERQUE, R. O. Análise de circuitos em corrente alternada. São Paulo, Editora Érica, 1989, edição de 1993. MARTINS, A. S. Et al. Entendendo o fator de potência. Disponível em: <http://goo.gl/WLXiGl>. Acesso em: 16 de dez de 2013. NCB. Como funcionam os componentes <http://goo.gl/dCm7de>. Acesso em: 16 de dez de 2013. indutivos (MEC122). Disponível em: PROCEL. Manual de tarifação da energia elétrica. Rio Branco, PROCEL, 2011. REGÔ, D. F. Análise de circuitos em corrente alternada: Abordagem Fasorial. Salvador, IFBA, 2013. SILVERA, F. L.; MARQUES, N. L. R. Motor elétrico de indução: “uma das dez Maiores invenções de todos os tempos”. Disponível em: <http://goo.gl/YmRp7s>. Acesso em: 16 de dez de 2013.

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