1 relatório de instalações elétricas 2023 1

Prévia do material em texto

1 
 
Universidade Federal do Ceará - Campus de Sobral 
Disciplina: Instrumentação, Medidas e Instalações Elétricas 
Relatório nº 
1 
Curso: Engenharia Elétrica 
 
Professor: 
 Adson B. Moreira 
Data 
 24/04/2023 
Estudantes: 
Marloni Ribeiro 
José Elielson Vasconcelos Sousa 
Ruan Mouta Lira 
Matrícula: 
476790 
500692 
494940 
Nota: 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
O seguinte relatório tem como objetivo apresentar resultados práticos com relação a 
transmissão, distribuição e medição de energia. É apresentado a relação de tensões de linha e de 
fase e observado a conversão de tensão usando transformador, além de abordar conceitos de 
corrente e potência e observar o efeito dela em cargas resistivas como lâmpadas incandescentes. 
2. OBJETIVO DA PRÁTICA 
 
O objetivo da prática é obter valores de resistência, tensão, corrente e potência 
medidos e comparar com os valores calculados. A partir de instrumentos digitais (multímetro ou 
alicate volt-amperímetro) e analógicos (voltímetro, amperímetro e wattímetro de bancada) serão 
realizadas as medições e verificar se elas são coerentes com as configurações dos circuitos 
montados. 
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
3.1 PARTE I 
 
Inicialmente, com o auxilio de um multímetro, foram medidas as tensões nos bornes da saída 
trifásica de 380 Vca da bancada do laboratório, como mostra a Figura 1. 
 2 
 Figura 1 - (a) Esquema dos bornes disponíveis na bancada. (b) Neutro – Fase A. (c) Neutro – 
 Fase B. (d) Neutro – Fase C. (e) Fase A – Fase B. (f) Fase A – Fase C. (g) Fase B – Fase C. 
 
 Fonte: O autor. 
 
Como os resultados obtidos, foi preenchido a Tabela 1. 
Tabela 1 - Medições das tensões de linha e fase 
 Tensão (V) 
Neutro – Fase A 217 
Neutro – Fase B 219 
Neutro – Fase C 219 
Fase A – Fase B 378 
Fase A – Fase C 378 
Fase B – Fase C 377 
 Fonte: O autor. 
3.1.1 Questionário (Parte I) 
1º) Qual a relação entre estas tensões? 
O sistema trifásico, por sua vez, é aquele constituído de quatro fios: três fios são as 
fases de alimentação e o quarto fio é o neutro. Assim como na rede bifásica, o sistema trifásico 
também possui dois níveis de tensão, linha e fase. Os valores de tensão nesses dois níveis são os 
mesmos da rede bifásica, 127/220V ou 220/380V. Na bancada trabalhou-se com 220/380V. 
A tensão de linha, ou tensão fase-fase, é aquela tensão medida em uma fase com 
relação a tensão de outra fase, ou seja, a tensão de linha é diferença de potencial entre duas fases. 
Enquanto que a tensão de fase é aquela tensão medida de uma fase em relação ao neutro, ou seja, a 
tensão de fase é diferença de potencial entre fase e neutro. Logo, em uma rede trifásica em 380V, se 
forem medidas as tensões entre duas fases, obtém-se 380V e entre uma fase e o neutro obtem-se 
220V, como mostrado na Tabela 1. 
 3 
3.2 PARTE II 
A segunda parte da prática envolveu o processo de energizar um transformador e 
medir as tensões, com um voltímetro, nos bornes do secundário e primário. O transformador é um 
dispositivo de conversão de tensão e corrente utilizado na transmissão e distribuição de energia, 
utilizado para elevar ou abaixar tensões de acordo as necessidades das cargas. 
Utilizando um multímetro na função teste de continuidade com bipe verificamos a 
integridade das bobinas de um transformador abaixador (220/110V) o que atesta que elas não estão 
partidas ou com algum defeito, após isso alimentamos a bobina primária com 218 V e temos como 
resultado uma saída de 117 V, o que evidencia que há uma transformação de tensão eficaz, como 
mostra a Figura 2. Mas vale ressaltar a atenção ao alimentar as bobinas com as tensões corretamente 
pois caso haja uma alimentação maior na bobina secundaria de um transformador abaixador pode-se 
danificar as bobinas, causando aquecimento e/ou derretimento da isolação, sendo possível até a 
perda total do dispositivo. 
 Figura 2 - (a) Esquematização do transformador. (b) Primária do transformador. (c) 
 Secundária do transformador. 
 
 Fonte: O autor. 
Após isso, foi preenchida a Tabela 2. 
 Tabela 2 - Tensão no transformador 
 Tensão (V) 
Primário 218 
Secundário 117 
 Fonte: O autor. 
A Figura 3 apresenta os testes de continuidades. 
 4 
 Figura 3 - (a) Teste de continuidade primário. (b) Teste de continuidade secundário. (c) 
 Teste de continuidade entre primário e secundário 
 
 Fonte: O autor. 
3.2.1 Questionário (Parte II) 
1º) Qual o tipo de transformador? 
Como está entrando uma tensão de 218 V e saindo uma tensão de 117 V segundo os 
valores medidos e anotados na Tabela 2, este pode ser classificado como um transformador 
abaixador de tensão. 
2º) Qual a relação de transformador? 
A relação de transformação pode ser dada por: V2/V1 = 117/218 = 0,536 
3º) Qual o diagnóstico do transformador? 
Segundo os testes de continuidade, a bobina do primário está inteira, e a do 
secundário também. Como não foi constatado nenhum bipe ao fazer o teste com um borne do 
primário e do secundário, significa que as duas bobinas não estão em contato, ou seja, estão 
devidamente isoladas. Ao aplicar a tensão no primário, a tensão no secundário foi um valor próximo 
ao etiquetado no transformador, o mesmo também não esquentou, logo considerou-se que ele estava 
funcionando bem. 
4º) O que acontece se a fase e o neutro fossem comutados entre os bornes do primário do 
transformador? Pode-se ligar a fase e o neutro no secundário desse transformador? Explique. 
 5 
Sendo um sistema de corrente alternada, ao comutar a fase com o neutro nos bornes 
do primário, sendo ele um indutor, não haveria nenhuma mudança, o fluxo magnético gerado seria o 
mesmo. Para saber o efeito de ligar a fase e o neutro no secundário do transformador, utiliza-se a 
relação encontrada na questão 2, logo tem-se: 
V2/V1 = 0,536, substituindo V2 por 218: 218/V1 = 0,536 → V1 = 406,71 V 
A parir deste resultado nota-se que há uma tensão muito maior sobre as bobinas 
primária e secundária do transformador. Levando em consideração que o número de voltas de cada 
bobina, ou seja, o comprimento total ainda é o mesmo, Analisando através da lei de Ohm percebe-
se que ao elevar a tensão mantendo um valor de resistência constante a corrente irá aumentar. 
Considerando que o transformador fosse ligado dessa forma por engano, a tensão de 
saída bem mais alta poderia danificar equipamentos eletrônicos possivelmente conectados a ele, 
assim como a corrente superior a projetada para o transformador iria gerar o superaquecimento do 
transformador, consumindo mais energia e possivelmente queimando o mesmo. 
Com isso conclui-se que, é possível liga-lo dessa forma, mas isso não deve ser feito. 
3.3 PARTE II 
Para a terceira parte da prática, foi escolhido uma lâmpada incandescente, montado o 
circuito da Figura 4 e, utilizando um alicate volt-amperímetro e um amperímetro, foi aferida a 
corrente. 
Figura 4 - Esquematização do circuito da parte 3 
 
 Fonte: Guia da prática, 2023. 
A Figura 5 mostra as medidas obtidas com a montagem do circuito. Os resultados 
foram registrados na Tabela 3. 
 6 
 Figura 5 – (a) Montagem do circuito. (b) Medida da corrente no 
 amperímetro. (c) medida da corrente no alicate volt-amperímetro 
 
 Fonte: O autor. 
Tabela 3 - Medidas das correntes 
 Corrente (A) 
Alicate volt-amperímetro 0,23 
Amperímetro do painel A 0,27 
 Fonte: O autor. 
3.3.1 Questionário (Parte III) 
1º) Explique o funcionamento do alicate volt-amperímetro. 
Quando ele vai realizar a função de medição de correntevia alicate, ele usa somente 
suas pinças. Quando um cabo elétrico está energizado, passa por ele um fluxo de corrente elétrica e 
esse fluxo gera um campo magnético. Quando um cabo energizado está entre as pinças do alicate 
amperímetro, o campo magnético do cabo entra em contato com uma bobina que está nas pinças e 
induz uma tensão elétrica. 
Essa tensão que é induzida pelo campo magnético acaba gerando uma corrente 
elétrica no interior do dispositivo e essa corrente é lida pelo aparelho, que calcula a corrente elétrica 
e a mostra no painel digital do alicate amperímetro. 
2º) Explique a relação entre o valor medido e o valor real da medição de corrente de um circuito 
através do alicate volt-amperímetro com n voltas. 
Existem dois métodos diferentes para realizar a medição da corrente elétrica, que é a 
medição direta e a medição indireta. Na medição direta, a energia consumida pela carga passa 
 7 
totalmente pelo equipamento de medição, ficando em série com o circuito a ser medido. As 
medições realizadas pelos medidores de energia da concessionária, pelos multímetros e 
amperímetros são alguns exemplos. 
A medição indireta da corrente elétrica é feita utilizando transformadores de corrente 
e alicates amperímetros, assim a corrente elétrica é medida por comparação magnética, isso 
significa que a corrente não passa diretamente pelo circuito interno do dispositivo de medição. A 
medição indireta da corrente elétrica é a mais indicada para as instalações residenciais, prediais e 
industriais, por não ser necessário seccionar o circuito. 
Logo, caso façamos uma medição e tivermos dúvidas quanto a precisão da medida 
podemos dar n voltas em torno de uma das linhas do circuito forçando uma captação maior do fluxo 
magnético na garra do alicate, após isso fazendo uma pequena relação matemática [I real = I display 
/n] obtemos um valor de corrente mais preciso da carga. 
Em alguns casos, quando a corrente elétrica é muito baixa o alicate amperímetro não 
mostra nenhum valor. Para resolver esse “problema”, basta fazer algumas espiras em torno das 
pinças com o cabo que será medido, assim o campo eletromagnético irá aumentar e o instrumento 
de medição vai conseguir mostrar o valor da corrente elétrica, mesmo não sendo o valor real do 
circuito. 
O valor mostrado no display do alicate amperímetro com as pinças envoltas pelas 
espiras deve ser dividido pelo número de voltas que a espira tem. Por exemplo, suponha que o valor 
mostrado no display foi 3A e tem cinco espiras na pinça, dividindo 3 por 5 vamos obter a corrente 
elétrica real do circuito, que é 0,6A. 
3º) Qual a vantagem do alicate volt-amperímetro em relação ao amperímetro analógico para a 
medição de corrente? 
Usar um alicate volt-amperímetro é mais prático e seguro do que usar um 
amperímetro analógico, uma vez que o amperímetro para funcionar deve ser inserido em série com 
a carga, de modo que a mesma corrente que circula no circuito circule também no amperímetro, isso 
pode ser um problema em alguns circuitos porque amperímetro influencia o circuito por ser também 
uma carga, por isso é desejável amperímetros que influencie menos no circuito monitorado. 
4º) Um engenheiro ao fazer a medição da corrente envolveu a fase e o neutro do circuito utilizando 
o alicate volt-amperímetro. Qual o valor da corrente averiguado pelo alicate? Explique. 
 8 
O valor da corrente é zero, pois ao colocar dois ou mais condutores, o campo 
eletromagnético de um condutor anula o outro, não induzindo nenhuma corrente elétrica no alicate 
amperímetro. 
3.4 PARTE IV 
Por fim, foram escolhidas três lâmpadas e foi montado o circuito da Figura 6, 
medindo os valores das correntes e tensões nos pontos desejados. 
 Figura 6 - Esquematização do circuito da parte IV 
 
 Fonte: O autor. 
A figura 7 mostra a montagem do circuito da Figura 6. 
 Figura 7 - Circuito da Figura 6 montado 
 
 Fonte: O autor. 
Escolheu-se 3 lâmpadas de potências variadas e alimentamos todas com 220V, e 
medimos os seus valores de tensão e corrente através de voltímetros e amperímetros de bancada, 
além do alicate volt-amperímetro. Por fim adicionamos o wattímetro de bancada para analisar a 
potência total do circuito. 
 
 9 
A Figura 8 mostra as medidas de corrente obtidas. 
 Figura 8 - (a) Medição da lâmpada 1. (b) Medições das lâmpadas 2 e 3, respectivamente. (c) 
 Circuito montado. 
 
 Fonte: O autor. 
Posteriormente, foram aferidas as tensões nas lampas com o alicate volt-
amperímetro, como mostra a Figura 9. Os resultados foram compilados na Tabela 4. 
 10 
Figura 9 - (a) Tensão na lâmpada L1. (b) Tensão na lâmpada L2. (c) Tensão na lâmpada L3. 
 
 Fonte: O autor. 
Tabela 4 - Valores medidos de corrente e tensão 
 L1 L2 L3 
Medidas de corrente 0,24 A 0,27 A 0,23 A 
Medidas de tensão 218 V 216 V 216 V 
 Fonte: O autor. 
Após medir as correntes e as tensões, no mesmo circuito foi conectado um 
wattímetro para medir a potência total dissipada pelo circuito. Como mostra a Figura 10. 
Figura 10 - (a) Acoplagem do wattímetro ao circuito. (b) Valor da potência total dissipada 
 
 Fonte: O autor. 
Com cada lâmpada consumindo teoricamente 60 W, espera-se que o consumo de 3 
lâmpadas seja 180 W. Esse resultado é constatado como mostra a Figura 10 (b). Nota-se que, ao 
utilizar o wattímetro calibrado para 240 V a escala vai até 1200 W, ou seja, 10 vezes mais o valor 
 11 
da escala do visor, logo o valor marcado no ponteiro deve ser multiplicado por 10. Na Figura 10 (b) 
o valor marcado é 18 W, portanto o valor real é 180 W que está de acordo com o valor esperado. 
3.4.1 Questionário (Parte IV) 
1º) Calcule o valor das correntes das lâmpadas L1, L2 e L3. Estes valores estão de acordo com os 
encontrados experimentalmente? 
A resistência de uma lâmpada incandescente comum é de 814Ω e todas lâmpadas 
estão ligadas a mesma tensão de 220v, logo: 
I1 = I2 = I3 = 220/814 = 0,27 A 
Os valores encontrados experimentalmente também são de 0,27A, então são 
aproximadamente iguais 
2º) Apresente o diagrama de montagem do circuito 2 da figura 1.4 montado experimentalmente com 
3 amperímetros para medir as correntes de L1, L2 e L3 simultaneamente. 
Figura 11 - Esquema do circuito 2 com 3 amperímetros para medição das correntes nas 3 lâmpadas. 
 
 Fonte: O autor. 
3º) Pesquise e comente o princípio de funcionamento do wattímetro. 
O wattímetro também conhecido como medidor de energia faz a medição de corrente 
elétrica e tensão e por meio desses valores mostra a potência fornecida ou dissipada pelo elemento 
em watts. O wattímetro é composto por uma bobina para a medição da tensão que está ligada em 
paralelo ao circuito elétrico e duas bobinas para medição da corrente que estão em série. 
 12 
A bobina voltímetro dispõe uma resistência que diminui a corrente que flui por meio 
dela e um aspecto importante é que uma sobrecarga pode deteriorar as bobinas do medidor de 
energia em que pode alterar a precisão das medições. 
4º) O que aconteceria se a ligação da bobina de corrente ou a bobina de tensão do wattímetro fosse 
invertida? Por quê? 
Caso a bobina decorrente seja invertida o wattímetro vai marcar apenas o valor de 
tensão, pois ele mede tensão sem desvio de qualquer fluxo de corrente. Já para a bobina de tensão 
invertida, o wattímetro iria marcar apenas o valo da corrente, pois mede corrente sem qualquer 
queda de tensão aos seus terminais. 
5º) Acrescente o wattímetro no circuito 3 da figura 1.6, em que a bobina de corrente está em série 
com L1 e a bobina de tensão está medindo a tensão na lâmpada L3. Qual a potência indicada no 
wattímetro? O wattímetro mede as potências de qual/quais lâmpada(s)? 
Figura 12 - Circuito 3 com wattímetro 
 
Fonte: O autor. 
Como pode-se ver na simulação feita a potência medida é de 13,2VA. Como a tensão 
e a corrente medida no wattímetrosão de lâmpadas diferentes, consequentemente a potência não é 
referente a nenhuma das lâmpadas individualmente, mas sim a potência do conjunto das lâmpadas 
L2 e L3. 
 
 13 
5. CONCLUSÃO 
O relatório apresenta as relações entre tensões de fase e tensões de linha e mostra as 
oscilações de fase a fase com o neutro e entre fases. Além disso evidencia como funciona a 
conversão de tensão e corrente usando um transformador abaixador dando uma ideia mais concreta 
de como é realizada a transmissão e distribuição de energia para os centros consumidores. 
Os testes realizados com as lâmpadas mostraram como é possível usar diferentes 
aparelhos de medição, como foi o caso de se usar voltímetros e amperímetros analógicos e 
contrastar com o alicate volt-amperímetro e obter valores de mensurando que diferem, sendo alguns 
instrumentos mais precisos que outros, porém todos com grau elevados de exatidão. 
Portanto, podemos presumir os valores que encontraremos de tensão, corrente e 
potência nos instrumentos através dos cálculos matemáticos, configurá-los nas escalas adequadas e 
interpretá-las e por fim preservamos a integridade das medidas e dos aparelhos. 
 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
Nilson, J., Reidel, S. 2003, “Circuitos Elétricos”, LTC, 6ª Edição. 
Edminister, J., A., 1985, “Circuitos Elétricos”, 2a edição, Markon Books Brasil.