Relatório Circuitos Elétricos

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RELATÓRIO TÉCNICO DE AVALIAÇÃO PRÁTICA
CIRCUITOS ELÉTRICOS AVANÇADOS
Sintetização de Ensaios, Simulações em LTspice e Validações no Laboratório Virtual ALGETEC
1. Visão Geral e Objetivos
Este documento consolida os resultados e análises relativas às atividades práticas desenvolvidas na disciplina de Circuitos Elétrico Avançados. O estudo contempla a simulação computacional via software LTspice e experimentos com transformadores no ambiente virtual ALGETEC, englobando a verificação de equivalentes de Thévenin em corrente alternada (CA), o comportamento de redes trifásicas equilibradas em estrela (Y), a compensação do fator de potência em regimes industriais e o ensaio operacional de transformadores monofásicos.
2. Aula Prática 1: Equivalência de Thévenin em Corrente Alternada
1. Montagem do Modelo Esquemático no LTspice: A simulação computacional estruturou uma rede alimentada por duas fontes de tensão senoidal independentes, definidas por V1 = SINE(0 84 60 Hz) e V2 = SINE(0 21 60 Hz). A topologia integrou resistores fixos de R1 = 12 Ω, R2 = 3 Ω e a impedância de carga R3 = 6 Ω disposta entre os nós terminais a e b.
2. Determinação Teórica dos Parâmetros Equivalentes de Thévenin: Aplicando as técnicas de simplificação teórica do circuito vistas dos terminais a-b, obteve-se uma resistência equivalente de Thévenin (Rth) igual a 2,4 Ω e uma tensão equivalente de Thévenin (Vth) de 33,6 Vca, conforme modelo de circuito fonte-série de Thévenin.
3. Resposta de Tensão e Corrente no Terminal de Carga: As formas de onda medidas sob a impedância de carga revelaram uma amplitude de pico de tensão Vab de aproximadamente 24 Vca. A corrente alternada através do ramo de carga exibiu pico de 4 A (orientação de medição observada pelo amperímetro). Constatou-se defasamento angular nulo (0°) entre as curvas de tensão e corrente nos terminais a-b, confirmando natureza puramente resistiva no ponto de teste.
	Síntese dos Resultados - Aula Prática 1
• Resistência de Thévenin (Rth): 2,4 Ω
• Tensão de Thévenin (Vth): 33,6 Vca
• Tensão na Carga (Vab): 24 Vca
• Corrente na Carga (Iab): 4 A
• Defasamento Ângulo Tensão-Corrente: 0°
3. Aula Prática 2: Sistemas Trifásicos Simétricos em Conexão Estrela (Y)
1. Topologia Trifásica Simétrica em LTspice: A montagem do circuito trifásico em configuração Estrela (Y) utilizou três fontes senoidais desfasadas de 120° com amplitude de 100 V (frequência 60 Hz), alimentando uma carga trifásica equilibrada formada por R1 = 10 Ω, R2 = 10 Ω e R3 = 10 Ω, operando em simulação transitória (.tran 50m).
2. Tensões Elétricas de Linha e Fase: Considerando a relação de linha em conexão estrela (Vp = VL · √3), apuraram-se as amplitudes de pico de linha: VAB = 100 · √3 = 173,1 ∠ 0° V, VBC = 173,1 ∠ -120° V e VCA = 173,1 ∠ 120° V. Os respectivos valores eficazes (RMS) correspondem a VAB = 173,1 / √2 = 122,4 ∠ 0° V, VBC = 122,4 ∠ -120° V e VCA = 122,4 ∠ 120° V. Em razão do equilíbrio do sistema, os módulos permanecem simétricos com defasamento mútuo de 120°. O valor da tensão de linha equivale diretamente ao potencial sobre a resistência correspondente de cada fase (ex.: VAB sobre R1).
3. Correntes Trifásicas de Linha e Fase: As amplitudes de pico das correntes de linha registraram IA = 30 ∠ 0° A, IB = 30 ∠ -120° A e IC = 30 ∠ 120° A. Os valores RMS associados resultam em IA = 30 / √2 = 21,21 ∠ 0° A, IB = 21,21 ∠ -120° A e IC = 21,21 ∠ 120° A. Especificamente no resistor de fase R1, mensurou-se uma corrente eficaz de 12,24 ∠ 0° A e amplitude de pico igual a 17,3 ∠ 0° A.
	Grandeza Trifásica
	Fase A / AB
	Fase B / BC
	Fase C / CA
	Tensão de Linha (Pico)
	173,1 ∠ 0° V
	173,1 ∠ -120° V
	173,1 ∠ 120° V
	Tensão de Linha (RMS)
	122,4 ∠ 0° V
	122,4 ∠ -120° V
	122,4 ∠ 120° V
	Corrente de Linha (Pico)
	30 ∠ 0° A
	30 ∠ -120° A
	30 ∠ 120° A
	Corrente de Linha (RMS)
	21,21 ∠ 0° A
	21,21 ∠ -120° A
	21,21 ∠ 120° A
4. Aula Prática 3: Otimização e Correção do Fator de Potência Trifásico
1. Determinação das Formas de Onda de Linha: A tensão de linha foi obtida computacionalmente pela subtração diferencial das tensões de fase (Va - Vb). A forma de onda exibiu pico de 311,07 V e valor RMS de 220 V. A corrente de linha foi avaliada a partir do fluxo através de um dos componentes de fase.
2. Diagnóstico da Defasagem e Fator de Potência Original: Comparando os pontos de cruzamento por zero das curvas de tensão e corrente de uma fase, registrou-se um descompasso temporal de TTensão - TCorrente = 72,223 ms - 75,105 ms = -2,882 ms. Convertendo o tempo para defasagem angular em 60 Hz: θ = -360° · 2,882 ms / (1/60 s) = -62,25°. O fator de potência inicial resultou em FP = cos(62,25°) = 0,4656.
3. Dimensionamento do Banco de Capacitores em Estrela (Y): Para o sistema em Y alimentado com VF(PICO) = 179,60 V e IF(PICO) = 42,08 A, a potência aparente trifásica equivale a S3φ = 3 · (179,60 / √2) · (42,08 / √2) = 11336,35 VA. A potência reativa indutiva existente é Q3φ = S3φ · sen(62,25°) = 10032,53 VAr. Almejando correção unitária (FPd = 1,0 → θd = 0° → Qd3φ = 0 VAr), a potência reativa capacitiva necessária é Qc3φ = 10032,53 VAr. A capacitância requerida por fase no arranjo Y calcula-se por C = Qc3φ / [3 · 2π · f · (VF(PICO) / √2)²] = 10032,53 / [3 · 2π · 60 · (179,6 / √2)²] = 550 µF.
4. Resultado com Inserção dos Capacitores (550 µF): A inserção dos capacitores C1 = C2 = C3 = 550 µF em paralelo no circuito com L = 10 mH e R = 2 Ω resultou no alinhamento de fase perfeito entre tensão e corrente (defasamento nulo), corrigindo com pleno êxito o fator de potência.
	Parâmetros de Correção do Fator de Potência - Aula Prática 3
• Defasagem Temporal Medida (Δt): -2,882 ms
• Ângulo de Defasagem (θ): -62,25°
• Fator de Potência Inicial (FP): 0,4656
• Potência Aparente Trifásica (S3φ): 11 336,35 VA
• Potência Reativa a Compensar (Qc3φ): 10 032,53 VAr
• Capacitância de Compensação por Fase (C_Y): 550 µF
5. Aula Prática 4: Ensaios de Transformador no Laboratório Virtual ALGETEC
A atividade prática na plataforma virtual ALGETEC envolveu o ensaio de um transformador monofásico de 1 kVA (modelo N.34.1855 - 1kVA), verificando a relação de transformação de tensões primárias (127 V / 220 V) para derivações secundárias (12 V / 24 V).
	Ensaio Prático
	Tensão Primária (Entrada)
	Derivação Secundária
	Leitura no Multímetro
	Figura 1
	127 V
	0V - 12V
	12 V
	Figura 2
	127 V
	0V - 24V
	24 V
	Figura 3
	220 V
	0V - 12V
	12 V
	Figura 4
	220 V
	0V - 24V
	24 V
6. Diretrizes e Matriz de Avaliação Institucional
Em observância aos critérios normativos de correção, a pontuação das atividades é distribuída conforme os seguintes pesos percentuais ponderados:
	Dimensão Avaliada
	Descrição dos Requisitos Exigidos
	Peso Percentual
	Organização da Atividade
	Cumprimento de todas as solicitações e qualidade da apresentação estrutural.
	10%
	Execução da Proposta
	Aplicação precisa de técnicas, métodos e fidelidade às instruções dos roteiros.
	15%
	Linguagem e Comunicação
	Emprego de terminologia técnica adequada, clareza redacional, coesão e ABNT.
	10%
	Atendimento à Proposta
	Alcance integral dos objetivos, inovação, estruturação formal e introdução/conclusão.
	40%
	Resolução e Nitidez de Imagens
	Qualidade técnica dos registros visuais, nitidez gráfica e enquadramento norma ABNT.
	10%
	Referência e Documentação
	Citações técnicas consistentes no corpo do texto e listagem bibliográfica completa.
	15%
7. Conclusões e Considerações Finais
A realização das quatro unidades práticas proporcionou a consolidação efetiva dos conceitos fundamentais de Circuitos Elétricos Avançados. A validação computacional em LTspice corroborou com exatidão a teoria do teorema de Thévenin em regime senoidal e o comportamento de sistemas trifásicos simétricos em estrela. Além disso, o dimensionamento do banco de capacitores em 550 µF comprovou a eficácia da compensação reativa para elevação do fator de potência ao valor unitário. Por fim, os ensaios de campo no laboratório virtual ALGETEC comprovaram as relações de transformação e isolamento do transformador monofásiconas configurações padrão de 127 V e 220 V.