Felipe Vidal - Pratica Lab_01

Prévia do material em texto

Universidade Federal do Ceará
Centro de Tecnologia
Departamento de Engenharia Elétrica
Disciplina: Lab. de Eletrotécnica
Professor: Ronny Cacau
Prática: No1 – Introdução ao uso de Simuladores
Nome: Felipe Pereira Vidal Cardozo Mat.: 471129
1. OBJETIVOS
- Conhecer os simuladores propostos para as atividades de laboratório, seus
componentes elétricos e aparelhos de medição;
- Familiarização com a elaboração e medição de circuitos elétricos a partir dos
simuladores apresentados.
OBS:
- Qualquer dúvida com relação aos procedimentos laboratoriais e aos
questionários podem e devem ser retirados com o professor ou monitores.
- Usar qualquer um dos simuladores (escolher um e justificar o porquê) para a
prática.
1
SUMÁRIO
1. Objetivos 01
2. Contextualização 03
3. Introdução 04
4. Procedimentos 05
5. Praticando com o simulador Multisim Live 18
6. Resultados e Discussão 20
8. Conclusão 22
9. Referências Bibliográficas 23
2
2. CONTEXTUALIZAÇÃO
Este período de pandemia da Covid-19 trouxe muitas incertezas para a
sociedade e, principalmente para a educação no meio acadêmico. Com a
impossibilidade de se ter aulas práticas presenciais, foi proposto como alternativa, sem
perda de conteúdo e qualidade, a substituição das práticas presenciais por práticas
virtuais. Infelizmente, a experiência do aluno com a parte prática, ter contato físico com
componentes reais, instrumentação etc., neste momento foi prejudicada. Mas, o
conteúdo foi mantido sem prejuízos e, quando for possível a realização de aulas práticas
presenciais, os alunos poderão se dirigir aos laboratórios e fazerem a devida reposição,
com a devida autorização do professor da sua disciplina.
Desta forma, apresenta-se como solução para as atividades práticas
simulações de circuitos elétricos para as práticas 1 a 5 e, atividades de pesquisa e de
projeto para as práticas 6 a 7. Na parte de simulação, partindo da premissa que
deveríamos usar de plataformas móveis e gratuitas, de fácil acesso e utilização,
chegamos a duas opções para que cada aluno escolha a de sua preferência: um
aplicativo móvel disponível para sistemas Android (smartphones e tablets), o Electric
Circuit Studio; uma plataforma online para ser utilizada diretamente no navegador da
internet (PC, smartphone e tablets), o Multisim Live.
Nesta prática, os dois simuladores serão apresentados e o aluno deverá
escolher e justificar a sua escolha de uso e realizar as primeiras simulações para se
familiarizar com a ferramenta.
3
3. INTRODUÇÃO
Este relatório foi produzido com o objetivo de introduzir aos estudantes de
engenharia os simuladores a serem utilizados no decorrer da cadeira de Laboratório de
Eletrotécnica, e o conhecimento sobre os simuladores online se faz necessário pois
enfrentamos, atualmente, uma crise sanitária que impossibilita a realização das práticas
de forma presencial. Entretanto, continua sendo fundamental que os alunos obtenham
esse conhecimento, mesmo que à distância.
O conhecimento de circuitos elétricos é de vital importância para todo
engenheiro. Praticar com os diversos instrumentos disponíveis no laboratório é a melhor
forma de fornecer a ambientação necessária ao engenheiro em formação com a área de
eletrotécnica, para que este futuramente venha a ser capaz de realizar instalações
elétricas de forma correta e efetiva. Os simuladores servem para substituir as aulas
práticas de forma remota, mas sem perder a qualidade na absorção do conhecimento
acerca dos instrumentos eletrônicos trabalhados.
O foco dessa prática foi a medição e verificação dos parâmetros de circuitos
elétricos, como corrente, diferença de potencial e potência. Esses conceitos foram
introduzidos a nós tanto na aula síncrona com o professor de laboratório, quanto nas
aulas teóricas da disciplina de Eletrotécnica, cujo professor fornece um excelente
material em formato PDF, o qual serviu de base para a fomentação teórica deste
relatório.
Ao longo deste relatório, o simulador utilizado será o Multisim Live, o qual
se mostrou muito eficiente e intuitivo, pois fornece um espaço fácil de trabalhar e tem
todas as ferramentas necessárias para a realização das práticas. O acesso ocorreu pelo
navegador do computador e foram aplicadas todas as instruções disponibilizadas no
roteiro, que podem ser visualizadas a seguir.
4
4. PROCEDIMENTOS COM O SIMULADOR MULTISIM LIVE
4.1 - Acessar o site do simulador: https://www.multisim.com/
Figura 4.1
4.2-Selecionar a opção “SIGN UP FOR FREE”. Em seguida, aparecerá a seguinte tela
para o usuário fazer o cadastro:
Figura 4.2
4.3- Após o cadastro, é necessário voltar para a página principal e selecionar a opção
“CREATE A NEW CIRCUIT” no canto superior direito, como mostrado abaixo:
5
https://www.multisim.com/
Figura 4.3
4.4- Posteriormente, será inicializada uma tela de carregamento e aparecerá a área de
trabalho da ferramenta:
Figura 4.4
4.5- Como exemplo de montagem esquemática do circuito, foi escolhido o mesmo
circuito do simulador anterior, um circuito com uma fonte de tensão senoidal de valor
eficaz igual a 220 V, ligada a um transformador e com um resistor ligado ao secundário
do mesmo transformador. Primeiramente, será selecionada uma fonte de alimentação
CA para o circuito.
6
Figura 4.5
4.6 - Ao serem colocadas, as fontes CA da ferramenta têm como padrão uma tensão de
pico 1 V e 1000 Hz de frequência e, portanto, é necessário alterar esses parâmetros.
Basta clicar duas vezes no parâmetro que deseja mudar e alterá-lo no espaço indicado.
No caso da disciplina, trabalhamos com uma tensão eficaz de 220 V. Para o simulador
aceitar utilizar o valor da tensão eficaz como parâmetro, é necessário alterar uma
configuração.
Ao clicar duas vezes no componente aparecerá uma janela no lado direito, onde há a
opção “Peak_Voltage”, é necessário alterá-la para “RMS_Voltage”.
Figura 4.6
4.7- Em seguida é necessário alterar o valor da tensão da fonte para 220 Vrms. A
frequência já está 60 Hz, portanto não será necessária alteração.
7
Figura 4.7
4.8 - Para o passo seguinte, é necessário introduzir um transformador no circuito.
Figura 4.8
8
Figura 4.9
Figura 4.10
4.9 - Ainda é necessário ajustar o transformador. Ao clicar duas vezes nele, seus
parâmetros de configuração aparecem no lado direito da tela. Esses parâmetros estão
representados como “PTurns” e “STurns”, número de espiras no primário e número de
espiras no secundário, respectivamente.
9
Figura 4.11
4.10 - Para o cálculo do número de voltas em cada enrolamento, é usada a seguinte
fórmula:
𝑁𝑝
𝑁𝑠 =
𝑉𝑝
𝑉𝑠
Aplicando os valores conhecidos:
𝑁𝑝
𝑁𝑠 =
220
12
𝑁𝑝
𝑁𝑠 = 18, 3
Desse modo, a razão entre o número de voltas no primário e o secundário deve ser de
18,3 para ser alcançada uma tensão de 12 V no secundário.
Assim, pode-se usar como exemplo uma relação com 183 voltas ou espiras no primário
e 10 voltas no secundário, fazendo com que a razão permaneça em 18,3.
Figura 4.12
4.11- Em seguida, será adicionada uma resistência ao secundário do transformador.
10
Figura 4.13
Figura 4.14
4.12 - Para rotacionar um componente, basta clicar no componente e clicar no ícone de
rotação, próximo ao componente.
Figura 4.15
11
4.13 - É necessário mudar a resistência do resistor, que será de 12 Ω para este exemplo.
Figura 4.16
4.14 - Para conectar os componentes basta selecionar as extremidades do componente
com o mouse e conectá-las.
Figura 4.17
Figura 4.18
4.15 - Em seguida é necessário adicionar o aterramento do circuito. Como mostram as
figuras a seguir:
12
Figura 4.19
Figura 4.20
4.16 - Agora é necessário adicionar as pontas de prova do circuito, utilizadas para fazer
as medições.
Figura 4.21
13
4.17 - As pontas de prova de tensão e de corrente serão utilizadas na medição.
Figura 4.22
4.18 -Para obter uma medição completa, com valor de tensão de pico, tensão eficaz,
entre outros, é necessário selecionar a opção “Periodic” no lado direito do browser.
Fazer isso tanto para a ponta de prova de tensão quanto para a de corrente.
Figura4.23
4.19 - Ao inicializar a simulação no canto superior da simulação, no ícone de START,
aparecerão os seguintes resultados:
14
Figura 4.24
4.20 - A tensão do componente estará variando, contudo é possível observar que a
tensão eficaz (Vrms) permanece 12 V, como esperado.
Obs: A alteração do circuito ficará impossibilitada enquanto não for selecionada a opção
STOP, no canto superior esquerdo.
4.21 - Para a utilização do componente lâmpada, é necessário selecioná-lo na barra de
ferramentas.
Figura 4.25
4.22 - Para utilizar a lâmpada é necessário configurar seus parâmetros de acordo com o
circuito a ser feito. São estes parâmetros: MAXIMUM RATED VOLTAGE (tensão
nominal máxima), considera-se a tensão de trabalho da lâmpada; MAXIMUM RATED
POWER (Potência nominal máxima), considera-se a potência máxima da lâmpada
quando esta está em sua tensão nominal máxima; e BURNOUT VOLTAGE (tensão de
queima da lâmpada), considera-se a tensão máxima que a lâmpada suporta antes de
15
queimar seu filamento, em tensões alternadas utiliza-se a tensão de pico para este
parâmetro.
Figura 4.26
4.23 - Estados da lâmpada:
Lâmpada funcionando normalmente (filamento sem aquecer)
Figura 4.27
Lâmpada queimada
Figura 4.28
16
Lâmpada quase queimada (filamento incandescente)
Figura 4.29
Agora que foram apresentados os dois simuladores propostos, responda:
Qual será o simulador utilizado por você? Por quê? Faça um pequeno vídeo e poste na
sala no Classroom mostrando você montando o circuito demonstrado acima como
exemplo e provando que chegou aos mesmos resultados. A partir da escolha feita, faça
os procedimentos a seguir se limitando a fazer apenas naquele simulador que foi o
escolhido!
O simulador escolhido por mim foi o Multisim Live, pois tenho mais
afinidade praticando a montagem de circuitos no computador, com o mouse e teclado,
do que no celular, e a resolução e qualidade dos prints ficam melhores no computador,
além de que a edição dos vídeos a serem enviados também fica facilitada.
Quanto ao procedimento adotado para a gravação do vídeo enviado junto a
este relatório e realização da prática a seguir, foram seguidas à risca todas as orientações
do roteiro de prática fornecidas acima. Além do roteiro da prática, foi utilizado o vídeo
Tutorial MultisimLive para a prática 01, gravado pelo professor Domenico do
Departamento de Engenharia Elétrica, e os conhecimentos teóricos da aula síncrona
com o professor Ronny e do material disponibilizado pelo professor Raphael na aula
teórica de Eletrotécnica. Dessa forma, foi gravado um vídeo para demonstração da
montagem do circuito, a ser anexado juntamente com este relatório, e além disso, foram
montados outros 2 circuitos a fim de realizar o que foi pedido no roteiro, estes foram
montados, testados e a registrados através da captura de tela do computador, como será
visto a seguir.
17
5. PRATICANDO COM O SIMULADOR MULTISIM LIVE
5.1 - Monte o circuito da Figura 5.1, onde a tensão V1 é de 220 V eficazes, 60 Hz e o
transformador é para 220/10 V(de acordo com os itens 4.7 ao 4.9) e preencha a Tabela
5.1 com os valores medidos de tensão e corrente. Demonstre as medidas através de
“prints” da tela.
Figura 5.1
Tabela 5.1
Valor
nominal
Valor
medido
Tensão no Primário (V) 220,0 V 220,0 V
Tensão no Secundário (V) 10,0 V 10,0 V
Corrente no Secundário (A) 500,0 mA 500,0 mA
Espaço para “prints” da tela
18
5.2 - Para o exercício seguinte, será utilizada uma lâmpada disponível na ferramenta, ao
colocá-la, esta estará desconfigurada, ajuste os parâmetros de acordo com os itens 4.20 e
4.21, altere o MAXIMUM RATED VOLTAGE para 400V, para o MAXIMUM RATED
POWER, escolha uma das opções (60W, 100W, 150W e 200W), que são as
configurações das lâmpadas existentes no laboratório. Para o BURNOUT VOLTAGE é
colocado 400V. Utilize o transformador com uma relação entre o primário e o
secundário que forneça uma ddp necessária para a lâmpada ligar, mostre os cálculos.
Demonstre as medidas através de “prints” da tela.
Figura 5.2
Tabela 5.2
Valor
Nominal
Valor
medido
Tensão no secundário (V) 282,83 V 283,0 V
Corrente no secundário (A) 106,06 mA 106,13 mA
Potência no secundário (W) 60,0 W 30,0 W
Espaço para “prints” da tela
19
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na montagem do circuito acima, os valores para a tensão foram
pré-estabelecidos pelo roteiro, de forma que a tensão no primário fosse de 220 V e a
tensão no secundário, após a corrente passar pelo transformador, fosse de 10 V. Sabendo
que a resistência também foi estabelecida em 20 Ω, verificamos a corrente que deveria
passar pela lei de Ohm:
Como pode ser observado, os valores nominais e medidos são exatamente
iguais, o que caracteriza que o procedimento foi um sucesso e pôde comprovar o
funcionamento do circuito elétrico segundo a lei de Ohm.
Já no segundo circuito, a tensão na parte secundária, à direita do
transformador, teve que ser calculada com base na lâmpada e em seus parâmetros.
Como orientado pelo roteiro, a tensão de pico para a lâmpada deve ser de 400 V.
Sabendo disso, podemos calcular a tensão eficaz ideal para a parte secundária do
circuito dessa forma:
Essa fórmula pode ser aplicada pois a tensão segue uma forma de onda
senoidal. A tensão de pico é o valor máximo que a grandeza atinge em um ciclo. O
valor eficaz é uma forma de média para esses valores instantâneos, de forma que o valor
eficaz para uma grandeza de pico igual a 1 será de 0,707107. Para o circuito em
questão:
O mesmo procedimento realizado para o cálculo da tensão eficaz pode ser
realizado para descobrir a corrente eficaz. Para saber a corrente de pico do sistema,
devemos aplicar a relação entre potência, tensão e corrente:
Ao utilizar a potência da lâmpada selecionada, que foi a de 60 W, e a tensão
de pico orientada pelo roteiro de 400 V:
Agora, sabendo o valor da corrente de pico do circuito, podemos calcular a
corrente eficaz pela mesma relação que usamos para calcular a tensão eficaz do sistema:
20
Esses valores de corrente e voltagem são os valores nominais, que
esperamos encontrar ao realizar a medição no Multisim. Como pôde ser observado no
print do circuito, os valores medidos foram minimamente diferentes dos valores
nominais, com erro percentual de 0,065% para a corrente medida e de 0,060% para a
tensão medida. Já para a potência da lâmpada, o valor nominal é de 60 W, entretanto, o
valor que é obtido ao calcular potência com os dados medidos no circuito é exatamente
a metade do valor nominal, 30 W:
Já ao utilizar os valores de tensão e corrente de pico, obtemos os 60 W reais
da lâmpada:
Isso acontece porque, ao se tratar de um circuito de corrente alternada, o
valor de potência obtido ao utilizar a tensão e a corrente eficazes será de metade da
potência real do circuito, pois a potência de 30 W é uma média do circuito cuja corrente
alterna ininterruptamente. A potência não é constantemente 60 W, porque o circuito não
é de corrente contínua.
21
7. CONCLUSÃO
De acordo com os resultados obtidos no tópico anterior, podemos concluir
que a prática obteve resultados satisfatórios para os objetivos propostos. Foi possível
realizar a medição de todos os valores pedidos de forma precisa, realizando os cálculos
para obtenção dos valores nominais e observando que os valores medidos eram iguais
ou extremamente próximos aos calculados.
Além disso, foi possível ao aluno obter familiaridade com o simulador
escolhido para realização das práticas, de forma a facilitar o aprendizado nessa e nas
práticas futuras. Foi observado que o simulador Multisim Live atende às expectativas de
aprendizagem propostas e é extremamente intuitivo e preciso.
Por fim, foi atingido também o objetivo de aprendizagem relacionado aos
conceitos de corrente, diferença de potencial e potência em um circuito simples de
corrente alternada, visto que os resultados estão dentro do esperado e embasados
cientificamente.
22
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BRAGA, C. Newton. “Tensão de Pico Eficaz e RMS (IP1315)”; Instituto NCB.
Disponível em:
https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/ideias-dicas-e-informacoes-uteis/177-ideias-praticas/12290-tensao-de-pico-eficaz-e-rms-ip1315.html#:~:text=O%20valor%20efica
z%20ou%20RMS,%2C%20será%20de%200%2C707107. Acesso em 31 de maio de
2021.
MORAES, Everton. “Potência Elétrica: os principais conceitos.”; Salada Elétrica.
Disponível em: https://www.saladaeletrica.com.br/potencia-eletrica-podcast-002/.
Acesso em 31 de maio de 2021.
HELERBROCK, Rafael. "Potência e Rendimento"; Brasil Escola. Disponível em:
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/potencia.htm. Acesso em 31 de maio de 2021.
23
https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/ideias-dicas-e-informacoes-uteis/177-ideias-praticas/12290-tensao-de-pico-eficaz-e-rms-ip1315.html#:~:text=O%20valor%20eficaz%20ou%20RMS,%2C%20ser%C3%A1%20de%200%2C707107
https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/ideias-dicas-e-informacoes-uteis/177-ideias-praticas/12290-tensao-de-pico-eficaz-e-rms-ip1315.html#:~:text=O%20valor%20eficaz%20ou%20RMS,%2C%20ser%C3%A1%20de%200%2C707107
https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/ideias-dicas-e-informacoes-uteis/177-ideias-praticas/12290-tensao-de-pico-eficaz-e-rms-ip1315.html#:~:text=O%20valor%20eficaz%20ou%20RMS,%2C%20ser%C3%A1%20de%200%2C707107
https://www.saladaeletrica.com.br/potencia-eletrica-podcast-002/