(43)9 8486-9985 - EXTENSOMETRO E PONTE DE WHEATSTONE OS EXTENSOMETROS, TAMBEM CONHECIDOS COMO STRAIN GAUGES _v2

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EXTENSOMETRO E PONTE DE WHEATSTONE Os extensometros, tambem conhecidos como strain gauges 
EXTENSOMETRO E PONTE DE WHEATSTONE Os extensometros, tambem conhecidos como strain gauges , sao usados para medir deformacoes emdiferentes tipos de corpos e estruturas Estes dispositivos variam a sua resistencia eletrica a medida quesofrem deformacoes mecanicas e por meio de um circuito eletrico e possivel mensurar esta (variacao de)resistencia e associa-la a variacao de deformacao Sistemas de medicao a strain gauge sao aplicados emdiversas areas da instrumentacao e controle como medidores de forca e torque de uma maquina,transdutores de aceleracao (acelerometros), de vibracao, de pressao, celulas de carga, de deformacao emestruturas de concretos, praticas medias e cirurgicas O extensometro e composto de uma finissima camada de material condutor depositado sobre umcomposto isolante, que por sua vez e colado sobre a estrutura em teste a partir de adesivos epoxi Osformatos do strain gauge podem variar de acordo com a aplicacao, assim como a quantidade de sensores eposicao na peca As deformacoes que ocorrem na estrutura alteram os valores dimensionais do strain gauge e a sua resistencia altera conforme a equacao (1) da Unidade 2 30092025, 2059 Unicesumar - Ensino a Distancia aboutblank 26 RlA onde representa a resistividade do material, l e o comprimento, A e a area da secao do condutor Para ser possivel mensurar a variacao da resistencia, e utilizado um circuito chamado Ponte de Wheatstone,mostrado na Figura 2 O circuito idealizado por Charles Wheatstone em 1843 mostrou-se capaz de medir,com precisao, as resistencias eletricas, sendo utilizado para determinar o valor absoluto da resistencia porcomparacao com outras resistencias conhecidas e para calcular a variacao relativa da resistencia eletrica Analisando a ponte O circuito e formado por 4 resistencias e alimentado por uma fonte de tensao cc entre os nos a e b O valorde tensao medido entre os pontos c e d sera utilizado para calcular o valor da resistencia do extensometro Atividade 11) Considerando que R 2 k R 15 k R 3 k R 9 k Onde R e a resistencia do strain gauge e V12 V, calcule a tensao entre os pontos c e d aplicando 11a) Divisores de tensao 11b) Divisores de corrente 11c) Analise Nodal, considerando como GND o no b Atividade 12) Considere uma segunda situacao em que iremos aplicar o strain gauge para medir a forcaaplicada a uma celula de carga de uma balanca Neste caso, a resistencia do Strain Gauge e desconhecida ea partir do calculo de seu valor, sera possivel determinar a forca aplicada A Figura 4 mostra a configuracaoda ponte de Wheatstone com R entre os pontos a e b da ponte e 4 resistores com valores conhecidos, R a R 1 2 3 SG SG SG 1 4 30092025, 2059 Unicesumar - Ensino a Distancia aboutblank 36 A variacao da resistencia eletrica do strain gauge e proporcional a variacao da forca aplicada na celula decarga Logo, como vimos na Atividade 11 deste MAPA, uma vez que a resistencia R sobre variacao, todoo equacionamento deve ser refeito para encontrar o seu valor Uma forma de simplificar um novo calculo da resistencia R a cada variacao de forca e utilizar o Teoremade Thevenin Aplicando o Teorema de Thevenin, teremos um circuito simples associado a resistencia deinteresse, formado por uma fonte de tensao V e uma resistencia equivalente R Este circuito emostrado na Figura 5 Desta forma, e possivel calcular o novo valor de R de forma mais simples a cadanovo valor de forca aplicada Agora, aplique o Teorema de Thevenin para simplificar o calculo da forca para o circuito com o strain gauge 12a) Calcule o valor da Resistencia equivalente de Thevenin entre os pontos a e b no circuito da Figura 4considerando R 2 k, R 15 k, R 3 k, R410 k 12b) Calcule o valor da tensao equivalente de Thevenin entre os pontos a e b para o circuito da Figura 4considerando os valores de resistencia do item 12a SG SG Th Th SG 1 2 3 30092025, 2059 Unicesumar - Ensino a Distancia aboutblank 46 12c) Qual seria o valor da resistencia R se o valor da corrente medida entre os pontos a e b fosse de 0,2mA FATOR DE POTENCIA DE UMA INSTALACAO ELETRICA INDUSTRIAL A energia necessaria para o funcionamento de equipamentos como motores, transformadores, fornos eformada a partir das componentes ativa (medida em kWh) e reativa (medida em kVArh) A energia ativa eaquela que realmente executa o trabalho, responsavel pelo movimento, aquecimento, iluminacao A energiareativa e a componente que nao realiza trabalho, porem e consumida pelos equipamentos com a finalidadede formar os campos eletromagneticos que tambem sao necessarios para o funcionamento Alguns equipamentos como motores, transformadores, reatores de iluminacao sao as principais cargas deuma instalacao eletrica responsaveis por consumir energia reativa A relacao entre a potencia ativa, que econvertida em trabalho, e a potencia total absorvida (potencia aparente, em kVA) e chamado de Fator dePotencia (FP) Este fator indica o quao eficaz o consumo de energia por parte da instalacao ou de umequipamento em especifico, sendo 1 o seu valor maximo, quando toda energia drenada da fonte etransformada em trabalho A Agencia Nacional de Energia Eletrica (ANEEL) regulamenta que o Fator de Potencia de uma instalacaoeletrica deve ser mantido o mais proximo possivel do valor unitario, mas permite que o valor minimo seja de0,92 Se o FP estiver abaixo do valor minimo , a conta de energia sofrera um ajuste em reais Alem do ajustena conta de energia, o baixo fator de potencia cria outras situacoes indesejadas - Queda na capacidade dos alimentadores do sistema eletrica - Desgaste prematuro dos dispositivos da instalacao eletrica - Aumento das perdas eletricas nas linhas de transmissao - Quedas de tensao nos circuitos de distribuicao - Necessidade de superdimensionamento dos condutores e dispositivos de protecao - Mau funcionamento dos dispositivos de protecao - Aumento do consumo de energia As causas do baixo fator de potencia tambem podem ser apontadas como - Motores trabalhando em vazio (sem carga) - Motores superdimensionados - Fornos de inducao - Reatores de baixo FP na instalacao - Maquinas de solda - Transformadores operando a vazio
EXTENSOMETRO E PONTE DE WHEATSTONE Os extensometros, tambem conhecidos como strain gauges , sao usados para medir deformacoes emdiferentes tipos de corpos e estruturas Estes dispositivos variam a sua resistencia eletrica a medida quesofrem deformacoes mecanicas e por meio de um circuito eletrico e possivel mensurar esta (variacao de)resistencia e associa-la a variacao de deformacao Sistemas de medicao a strain gauge sao aplicados emdiversas areas da instrumentacao e controle como medidores de forca e torque de uma maquina,transdutores de aceleracao (acelerometros), de vibracao, de pressao, celulas de carga, de deformacao emestruturas de concretos, praticas medias e cirurgicas O extensometro e composto de uma finissima camada de material condutor depositado sobre umcomposto isolante, que por sua vez e colado sobre a estrutura em teste a partir de adesivos epoxi Osformatos do strain gauge podem variar de acordo com a aplicacao, assim como a quantidade de sensores eposicao na peca As deformacoes que ocorrem na estrutura alteram os valores dimensionais do strain gauge e a sua resistencia altera conforme a equacao (1) da Unidade 2 30092025, 2059 Unicesumar - Ensino a Distancia aboutblank 26 RlA onde representa a resistividade do material, l e o comprimento, A e a area da secao do condutor Para ser possivel mensurar a variacao da resistencia, e utilizado um circuito chamado Ponte de Wheatstone,mostrado na Figura 2 O circuito idealizado por Charles Wheatstone em 1843 mostrou-se capaz de medir,com precisao, as resistencias eletricas, sendo utilizado para determinar o valor absoluto da resistencia porcomparacao com outras resistencias conhecidas e para calcular a variacao relativa da resistencia eletrica Analisando a ponte O circuito e formado por 4 resistencias e alimentado por uma fonte de tensao cc entre os nos a e b O valorde tensaomedido entre os pontos c e d sera utilizado para calcular o valor da resistencia do extensometro Atividade 11) Considerando que R 2 k R 15 k R 3 k R 9 k Onde R e a resistencia do strain gauge e V12 V, calcule a tensao entre os pontos c e d aplicando 11a) Divisores de tensao 11b) Divisores de corrente 11c) Analise Nodal, considerando como GND o no b Atividade 12) Considere uma segunda situacao em que iremos aplicar o strain gauge para medir a forcaaplicada a uma celula de carga de uma balanca Neste caso, a resistencia do Strain Gauge e desconhecida ea partir do calculo de seu valor, sera possivel determinar a forca aplicada A Figura 4 mostra a configuracaoda ponte de Wheatstone com R entre os pontos a e b da ponte e 4 resistores com valores conhecidos, R a R 1 2 3 SG SG SG 1 4 30092025, 2059 Unicesumar - Ensino a Distancia aboutblank 36 A variacao da resistencia eletrica do strain gauge e proporcional a variacao da forca aplicada na celula decarga Logo, como vimos na Atividade 11 deste MAPA, uma vez que a resistencia R sobre variacao, todoo equacionamento deve ser refeito para encontrar o seu valor Uma forma de simplificar um novo calculo da resistencia R a cada variacao de forca e utilizar o Teoremade Thevenin Aplicando o Teorema de Thevenin, teremos um circuito simples associado a resistencia deinteresse, formado por uma fonte de tensao V e uma resistencia equivalente R Este circuito emostrado na Figura 5 Desta forma, e possivel calcular o novo valor de R de forma mais simples a cadanovo valor de forca aplicada Agora, aplique o Teorema de Thevenin para simplificar o calculo da forca para o circuito com o strain gauge 12a) Calcule o valor da Resistencia equivalente de Thevenin entre os pontos a e b no circuito da Figura 4considerando R 2 k, R 15 k, R 3 k, R410 k 12b) Calcule o valor da tensao equivalente de Thevenin entre os pontos a e b para o circuito da Figura 4considerando os valores de resistencia do item 12a SG SG Th Th SG 1 2 3 30092025, 2059 Unicesumar - Ensino a Distancia aboutblank 46 12c) Qual seria o valor da resistencia R se o valor da corrente medida entre os pontos a e b fosse de 0,2mA FATOR DE POTENCIA DE UMA INSTALACAO ELETRICA INDUSTRIAL A energia necessaria para o funcionamento de equipamentos como motores, transformadores, fornos eformada a partir das componentes ativa (medida em kWh) e reativa (medida em kVArh) A energia ativa eaquela que realmente executa o trabalho, responsavel pelo movimento, aquecimento, iluminacao A energiareativa e a componente que nao realiza trabalho, porem e consumida pelos equipamentos com a finalidadede formar os campos eletromagneticos que tambem sao necessarios para o funcionamento Alguns equipamentos como motores, transformadores, reatores de iluminacao sao as principais cargas deuma instalacao eletrica responsaveis por consumir energia reativa A relacao entre a potencia ativa, que econvertida em trabalho, e a potencia total absorvida (potencia aparente, em kVA) e chamado de Fator dePotencia (FP) Este fator indica o quao eficaz o consumo de energia por parte da instalacao ou de umequipamento em especifico, sendo 1 o seu valor maximo, quando toda energia drenada da fonte etransformada em trabalho A Agencia Nacional de Energia Eletrica (ANEEL) regulamenta que o Fator de Potencia de uma instalacaoeletrica deve ser mantido o mais proximo possivel do valor unitario, mas permite que o valor minimo seja de0,92 Se o FP estiver abaixo do valor minimo , a conta de energia sofrera um ajuste em reais Alem do ajustena conta de energia, o baixo fator de potencia cria outras situacoes indesejadas - Queda na capacidade dos alimentadores do sistema eletrica - Desgaste prematuro dos dispositivos da instalacao eletrica - Aumento das perdas eletricas nas linhas de transmissao - Quedas de tensao nos circuitos de distribuicao - Necessidade de superdimensionamento dos condutores e dispositivos de protecao - Mau funcionamento dos dispositivos de protecao - Aumento do consumo de energia As causas do baixo fator de potencia tambem podem ser apontadas como - Motores trabalhando em vazio (sem carga) - Motores superdimensionados - Fornos de inducao - Reatores de baixo FP na instalacao - Maquinas de solda - Transformadores operando a vazio
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