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CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 28 - CAPÍTULO III - TÉCNICAS DE RESOLUÇÃO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS Considerações iniciais: Deveremos inicialmente compreender que “resolver” um circuito elétr ico, significa a determinação de todas as suas tensões e todas as suas correntes; para tanto, qualquer que seja o método uti l izado, torna-se fundamental o domínio da 1 0 Lei de Ohm e das Leis de Kirchoff . Veremos a seguir os principais métodos de resolução de circuitos elétricos: 1) RESOLUÇÃO POR ASSOCIAÇÕES SÉRIE-PARALELO SIMPLES : Tal processo consiste na redução do circuito proposto a uma única malha: gerador-resistor , determinando a corrente principal do circuito e posteriormente voltando-se ao circuito original . Em principio somente é possível a ut i l ização direta deste processo em circuitos que possuam um único gerador de tensão; Daremos a seguir exemplos práticos da aplicação deste processo, através da resolução de circuitos: 1) Resolver completamente o circuito abaixo: Comecemos então a resolver as associações imediatas e a redesenhar o circuito; Notemos as associações série evidentes . Redesenhando o circuito teremos: Observando então as associações em paralelo imediatas e em seguida as consequentes séries teremos: 8 8 4 4 100V + - 3 6 20 100V + - 4 6 5 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 29 - Observando com cautela quem está em paralelo com quem (Dando nome aos pontos) teremos: Tendo-se reduzido finalmente o circuito a uma única malha, calcula-se a corrente, determinando-se o sentido da mesma: Α1010 V100 R VI ( lembramos que resistores são bipolos passivos, portanto com tensão e corrente ao contrário): Voltamos agora passo a passo para o circuito original , do fim para o começo: Lembrando que o resistor equivalente de 10 , veio da sér ie de 4 com 6 , e lembrando que em resistores em série tem- se a mesma corrente iremos ter : 100V + - 4 6 4 100V A A A + - 4 10 B B B 100V A A + - 4 6 B B 100V + - 10 100V 100V + - 10 100V 10A 10A 10A 10A 100V A A + - 4 6 BB 10A 10A 60V 40V CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 30 - Voltemos agora mais um passo, mantendo inicialmente o que não teve mudanças (No resistor de 4 . em série com o gerador de tensão). Lembremos em seguida que numa associação em paralelo é mantida a tensão: Se lembrarmos que a tensão no resistor de 6 é de 60V sentido de B A, então concluiremos que seja no resistor de 10 , seja no resistor de 15 a tensão também será de 60V sentido de B A As correntes nos resistores de 15 e 10 , são facilmente determináveis pela aplicação direta da Lei de Ohm nos uma vez conhecida a tensão de 60V. Voltando-se mais um passo, ou seja: mantendo-se as condições sobre o resistor de 4 , e notando que o resistor de 15 veio da série de 3 com 12 (Portanto a mesma corrente de 4A) e ainda que o resistor de 10 veio da sér ie de 4 com 6 (portanto a mesma corrente de 6A) , e ainda com a aplicação conseqüente da Lei de Ohm sobre os resistores das séries obteremos: Voltemos mais um passo mantendo as condições sobre os resistores que não sofreram mudanças e notando que o resistor de 3 foi originado pela associação em paralelo de 12 com 4 (portanto, a tensão sobre estes resistores será de 12V) e ainda notando que o resistor de 4 foi originado pela associação em paralelo do resistor de 5 com o resistor de 20 (portanto sendo a tensão sobre estes resistores de 24V)Com as tensões conhecidas facilmente determinamos as correntes sobre os resistores através da Lei de Ohm: 100V 6 4 + - 4 10A 40V 4A 4A 12V 48V 4A 6A 24V 6A 36V 10A 40V 20 100V 6 5 + - 4 4A 48V 6A 36V 12V 12V 1A 3A 4A 6A 1,2A4,8A 24V 24V 10A 100V A A 4A A + - 4 10 B B B 60V60V 40V 4A 6A 6A CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 31 - Como últ imo passo, finalmente voltemos ao circuito original mantendo as condições sobre os resistores que não mudaram e observando que o resistor de 12 foi gerado pela sér ie de 8 com 4 (portanto, a corrente nestes resistores será de 1A) que o resistor de 20 foi originado pela sér ie de 12 com 8 (portanto, sendo a corrente nestes resistores de 1,2A), e finalmente notando que o resistor de 4,0 (que está em série com o gerador) foi originado pela associação em série de 3 com 1 (sendo portanto a corrente nestes resistores de 10A). A subsequente aplicação da Lei de Ohm fornece: VERIFICAÇÃO POSSÍVEIS: a) Podemos inicialmente verif icar a Lei dos Nós para cada Nó; ou seja: Nó A: Entram 10A; saem 1A, 3A , 4,8A e 1,2A . Observe que 1+ 3 + 4,8 + 1,2 = 10A (soma das que entram = soma das que saem) Nó C: Entram 3A e 1A; saem 4A (verif icado) Nó D: Entram 4A e 6A; saem 10A (verif icado) Nó E: Entram 4,8A e 1,2A; saem 6A (verificado) b) Podemos também verif icar a Lei das Malhas para cada malha, efetuando a circuitação das mesmas: - Malha CBAC: + 4 + 8 - 12 = 0 (verificada) - Malha CADC: + 12 + 30 - 100 +10 + 48 = 0 (verif icada) - Malha DAED: - 10 + 100 - 30 - 24 - 36 = 0 (verificada) - Malha AFEA: - 14,4 - 9 ,6 + 24 = 0 (verificada) - Malha Externa: BAFEDCB : + 8 - 14,4 - 9 ,6 - 36 + 48 + 4 = 0 (verificada) 4,8A 24V 8 8 4 4 100V + - 3 6 10V 30V 10A 1A A B C D E F 1,2A 8V 3A12 V 1A 4V 48V 4A 6A 36V 14,4V 1,2A 9,6V CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 32 - 2) Resolver completamente o circuito abaixo: Note que ao termos dúvidas sobre o s t ipos de associação envolvidos, convém “dar nome aos pontos”; ou seja: Donde poderemos entender o circuito como tendo uma associação em paralelo entre os pontos A e B e outra entre os pontos A e C teremos: AB AB R124 1 R 1 ; e a inda: AC AC R30 05 15 1 R 1 Portanto teremos para o Circuito: C CD C B B B A AA 2 3 210 4 102V + - 1 2 3 210 4 102V + - 1 CD B A AA 1 102V + - 1 1 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 33 - Dando sequencia iremos ter : Reduzindo o Circuito a um conjunto gerador resistor , e iniciando a “volta” teremos: Ainda: em sequencia: DD AA 5 102V + - 2 D D AA 102V + - 10 D D AA 102V + - 10 102V + - 17 42A 42A D D AA 102V + - 10 42A 42A 42A 42V 42V60V DD AA 5 102V + - 260V 12A 60V 60V 30A CD B A AA 1 102V + - 1 1 12A 12V 30A42A 42V 30A 30V 12A 48V 30V CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017- 34 - e finalmente finalizando: 2) RESOLUÇÃO POR UTILIZAÇÃO DA EQUIVALÊNCIA DE GERADORES (Equivalência Northon-Thevenìm) Uma outra ferramenta poderosa uti l izada na resolução de circuitos elétricos, é baseada no princípio da equivalência de geradores , ou na Equivalência Northon-Thevenìm, que consiste em substi tuir a associação em série de um gerador de tensão com um resistor , pela associação em paralelo de um gerador de corrente com o mesmo resistor entre os mesmos pontos considerados: Demonstremos então a equivalência, imaginando inicialmente um gerador de tensão de valor V (Qualquer) , associado em série com um resistor de valor R e determinando a curva característ ica (v x i) do bipolo equivalente. Analogamente imaginemos um gerador de corrente de valor I , associado em paralelo com um resistor de valor r e também determinemos a curva caracter íst ica (v x i) do bipolo equivalente; teremos: a) - Gerador de tensão b) - Gerador de corrente em série com um resistor R : em paralelo com um resistor r : v = V - R . i r viI R Vi0v:se Vv0i:se Ii0v:se I.rv0i:se 3A 1A 2A 6A 15A 10A C CD C B B B A AA 2 3 210 4 102V + - 1 12V 12V 12V 12 V7A 9A 42A 42V 48V 12A 4A 30V 30V 3A 30V 18A 30V 2A 20A 30A 30V 25A + - B A I I r r v v B A V v ii RR.iR.i CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 35 - De posse das equações característ icas de cada bipolo equivalente determinemos então as curvas caracter íst icas dos mesmos. Observando-se que as equações são l ineares, as curvas poderão ser obtidas a part ir de dois pontos para cada equação (V. Acima) : a) - Curva Caracterís t ica de b) - Curva Característ ica de um Gerador de tensão V um Gerador de corrente I em série com um resistor R em paralelo com um resistor r Para que exista equivalência entre os dois bipolos em qualquer circunstância, é necessário que as duas curvas característ icas sejam absolutamente iguais. Nestas condições , como estamos l idando com retas, bastará impor que dois pontos de uma curva característ ica sejam idênticos a dois pontos da outra ;ou seja: I.RVIR V ; e ainda : I.rI.RI.rV ; Logo: R = r ainda: V = R . I R VI Portanto, se entre dois pontos “A” e “B” de um circuito, t ivermos um gerador de tensão em série com um resistor , poderemos substi tuir esta associação, entre os mesmos pontos por um gerador de corrente associado em paralelo com o mesmo resistor , da forma como se segue: De maneira análoga, se entre dois pontos “A” e “B” de um circuito , t ivermos um gerador de corrente em paralelo com um resistor, poderemos substi tuir esta associação, entre os mesmos pontos por um gerador de tensão associado em série com o mesmo resistor , da forma como se segue: v i V V R v i r.I I + - B A v B A V Vv ii R R R CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 36 - Exercício de Aplicação: Para o circuito abaixo, pede-se: a) Determinar a tensão V indicada entre os pontos “A” e “B” pela uti l ização do processo de equivalência de geradores: b) A part ir do i tem a) determine todas as tensões e correntes do circuito: SOLUÇÃO: Vamos inicialmente simplif icar o circuito pelas associações sér ie imediatas: Considerando-se que entre os pontos A e B temos um gerador de tensão de 5V em série com um resistor de 3 ; ainda que temos um gerador de 12V em série com um resistor de 4 , e finalmente também temos um gerador de 6V em série com um resistor de 2 , poderemos entender o circuito equivalente entre os pontos A e B com sendo: + - B A v B A I v i i R R.I R + + + - - - 11 4 12 5V 12V 6V A B VAB + + + - - - 4 23 5V 12V 6V + + + - - - 11 4 12 5V 12V 6V A B A B AA BB VAB VAB 5 A 3 3 4 3A B 2 3A A VAB CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 37 - Notemos então que a tensão entre os pontos A e B será obtida por: VA B = EQ T R 2//4//3 I 333 5 ; Cujo cálculo nos leva a: A3 13 3 518 3 56333 5IT ; 2 1 4 1 3 1 R 1 EQ Ou ainda: 13 12R12 13 12 634 R 1 EQ EQ Portanto: V4V13 12 3 13V ABAB ; De posse deste valor teremos, no circuito ao considerarmos as propriedades das associações série: 3) POR PROPORCIONALIDADE : Baseia-se no principio da l inearidade dos circuitos elétr icos ,e torna-se muito conveniente por ocasião da resolução de circuitos permitem aplicações “seqüenciais” das leis de Kirchoff ; por exemplo examinemos o circuito abaixo, onde queremos determinar todas as suas tensões e correntes, conhecendo-se o valor do gerador de excitação: “Esquecendo” momentaneamente o gerador de 201V, vamos supor que exista uma tensão V qualquer aplicada na entrada, e que por causa desta tensão, tenhamos no final do circui to, por exemplo uma corrente de 1A ; ou seja: + + + - - - 4 23 5V 12V 4V 8V 6V A AA BB B 4V 2V 4V 9V 3A 2A 1A 1A + + + - - - 11 4 12 5V 6V 3V 12V 6V A B 3A 1A 2A 8V 1V 1V - 201V+ 3 3 2 2 13 4 512 116 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 38 - O fato de termos esta corrente de 1A no final do circuito, a part ir das leis de Kirchoff , faz com que tenhamos como conseqüência as seguintes tensões e correntes no circuito todo: Consideremos agora que queremos determinar o valor real das tensões ou das correntes mostradas a seguir: Para tanto, bastará apenas impor uma regra de três simples, entre os resultados “f ict ícios” obtidos anter iormente, e o circuito original da seguinte forma: Para I1 : 1I201 134 16 I1 = 5,1 134 201 16 I1 = 24A Para I2 : 2I201 134 7 I2 = 5,1 134 201 7 I2 = 10,5A Note-se que existe um fator de mult ipl icação constante envolvido de 1,5 ; nestas condições, acreditamos ser bastante claro, que para se determinar qualquer tensão ou corrente desejada, bastará mult ipl icar o “resultado f ict ício” pelo fator de mult ipl icação ; ou seja : I3 = 1 x 1,5 = 1,5A ; V 1 = 33 x 1,5 = 49,5V ; V2 = 20 x 1 ,5 = 30V Note que este processo nos fornece de imediato a Resistência equivalente vista pelo gerador; de fato: - V+ 3 3 2 2 13 4 512 116 1A - + 3 2 2 1 12 - V(134V)+ 33 4 5 116 1A4A7A16A 16A 7A 4A 1A 3A3A9A 4V 2V 3V 9V 20V - 201V+ 3 3 2 2 13 45 12 116 I = ?1 I = ?2 V = ?1 I = ?3 V = ?2 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 39 - 375,8A24 V201 A16 V134qRe Obs: O método de resolução por proporcionalidade , é part icularmente recomendado, quando se tem circuitos com um único gerador (Que pode ser de Tensão ou de Corrente), e ainda em circuitos que apresentem o aspecto “Cascata” – (Associações Série- Paralelo seqüenciais) 4) POR DESLOCAMENTO DE GERADORES IDEAIS: a) Deslocamento de gerador ideal de tensão: Suponhamos que num determinado nó de um circuito exista conectado um gerador ideal de tensão, e ainda que a este nó convir jam vários ramos. O gerador de tensão poderá então ser deslocado, sendo inicialmente conectado em paralelo com vár ios geradores de tensão idênticos ( tantos quantos forem os ramos de convergência) , e posteriormente com a subdivisão do nó, por exemplo da forma como se segue: b) - Deslocamento de gerador ideal de corrente: De forma dual ao caso anter ior , também é possível deslocar um gerador ideal de corrente que forme uma malha, substi tuindo-o por geradores idênticos em paralelo com todos os ramos da malha a que ele pertence, por exemplo da forma como se segue: EXEMPLOS DE APLICAÇÃO: + - B C P + - AA B C P + - + - + - A B C P + - + - P PDeslocamento V V V V V VV DeslocamentoA B I I I I I B A CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 40 - 1) No circuito ao lado determine o valor da tensão indicada VR : SOLUÇÃO: vamos inicialmente proceder ao deslocamento do gerador de corrente, por exemplo da forma com se segue: Note que o conjunto: gerador de corrente de 6A em paralelo com o resistor de 8 é inúti l para o que se pede no problema (a tensão é imposta pelo gerador de tensão e não muda, tendo-se ou não o gerador de corrente) podemos pois resolver o problema pedido, procedendo a várias simplif icações e transformações seqüenciais; teremos: Notemos então que a corrente VR no circuito f inal será determinada pelo produto da corrente total ,pela resistência equivalente da associação: pelo sentido indicado para o VR pedido, iremos ter : VR = (1 - 2) x (18//9//3) VR = - 2V 2º) Para o circuito ao lado, pede-se a determinação da tensão vR indicada. + -3 8 12 6 9 6A 3V VR + -3 8 12 6 9 6A 3V VR + -3 8 12 6 9 3V VR 6A 6A 1A VR VR + + + + - - - 3 12 6 9 9 18 3V 3V 36V 36VVR - 3 9 18 3 2A + - 4 3 12 6 5 1A 36V VR CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 41 - SOLUÇÃO: Vamos inicialmente proceder ao deslocamento do gerador de tensão conforme mostrado: “abrindo” o ponto superior teremos: Donde, prosseguindo com as transformações e simplif icações iremos obter: Teremos: A5,0253 914IT VR = 5 x 0 ,5 = 2,5V 5) POR ANÁLISE DE MALHA E ANÁLISE NODAL : Os métodos de Análise de Malha ou Análise Nodal, são particularmente recomendados para circuitos que possuam mais de um gerador, que apresentem certa dificuldade na simplif icação por meio associações , embora também possam ser ut i l izados de forma di reta e ef icaz na resolução c ircuitos mais simples. Análise de Malha e Análise Nodal são métodos organizados de resolução, (Através das Equações de Maxwell) ,baseados nas leis de Kirchoff , e são métodos duais , ou seja: Na Análise de Malha , os parâmetros são Resistências, as incógnitas são Correntes, e as soluções das equações obtidas se resumem em Tensões; Na Análise Nodal, os parâmetros são Condutâncias, as incógnitas são tensões, e as soluções das equações obtidas se resumem em Correntes; + + - - 4 3 12 6 5 5 1A 36V + - 1A 36V VR 36V 12 6 VR 4 3 + - 36V 36V + - 1A 3A 1A 6A 4 4 3 3 5 5VR VR 12 12 6 6 9V 14V + + - 3A 7A IT 3 3 2 2 5 5 VR VR CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 42 - ANÁLISE DE MALHAS (Se exist irem geradores de corrente, os mesmos deverão ser transformados em geradores de tensão) : a) Imaginaremos inicialmente que cada gerador de tensão é um bipolo at ivo, portanto que sua corrente é concordante com a sua tensão ( tal premissa será ou não confirmada poster iormente); b) Para cada malha independente, admitiremos a existência de uma corrente fundamental de malha independente que adotaremos possuindo “sentido horário”: c) Para cada corrente de malha independente, definiremos uma equação desta corrente nas seguintes condições: IM A L H A x R M A L H A - IA D J A C E N T E x R A D J A C E N T E = G E R . A T I V O S - G E R . P A S S I V O S Para uma melhor compreensão da uti l ização deste processo, vamos resolver dois exercícios: 10) -No circuito a seguir pede-se determinar todas as tensões e correntes do mesmo. Observe inicialmente que o circuito proposto é composto de três malhas independentes (o processo em si aplica-se a “n” malhas independentes); Para o exemplo fornecido: +- 4 5 3 3 +- 5 1 +- 2 14V 4 78V 2 120V CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 43 - ESQUELETO BÁSICO DAS EQUAÇÕES DE MAXWELL 1207814I1542I4I0:I.Eq 78I4I4342I2:I.Eq 14I0I2I235:I.Eq 3213 3212 3211 Ou ainda: 28I12I4 78I4I13I2 14I2I10 32 321 21 ; s implif icando : 7I3I 78I4I13I2 7II15 32 321 21 Pode-se resolver o sis tema acima por substi tuição, observando que a incógnita comum às três equações é I2 ; (nem sempre a solução pelo sistema de Kramer (Determinantes) é a mais indicada); temos da primeira equação: 5 7II 21 ; e da terceira equação: 7 7II 23 ; substi tuindo estes valores na segunda equação iremos obter: 783 7I4I135 7I2 222 ; donde: 783 I428I135 I214 2 2 2 Mult ipl icando-se toda a equação pelo mmc dos denominadores envolvidos (15) obtemos: 1170I20140I195I6421578I4285I1513I2143 222222 Donde: A8I169 1352I1352I169421401170I169 2222 +- 4 5 3 3 +- 5 1 +- I1 I2 I3 2 14V 4 78V 2 120V CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 44 - de posse do valor de I2 obtemos facilmente: A3I5 78 5 7II 121 e ainda: A5I3 78 3 7II 323 Com o conhecimento dos valores das correntes fundamentais de malha, voltemos ao circuito colocando-as nos ramos independentes (ramos externos por exemplo), preferencialmente próximas aos nós, considerando os seus sinais em relação ao sentido adotado para as equações de Maxwell , e em seguida determinando as correntes secundárias. Pela aplicação da lei de Ohm, em cada resistor determinamos:VERIFICAÇÕES POSSIVEIS : a) Circuitação das Malhas : Malha: ABHGA: -15 + 14 + 10 - 9 = 0 Malha: GHEFG: -10 -12 + 78 - 24 - 32 = 0 Malha: BCDEHB: -10 -5 +120 - 25 -78 + 12 - 14 = 0 Malha ABCDEFGA (Externa): - 15 -10 - 5 +120 - 25 - 24 - 32 – 9 = 0 b) Balanço Energético: Sabemos sem a mínima sombra de dúvida, que todos os resistores são bipolos passivos; entretanto, somente após a determinação de todas as correntes do circuito, é que seremos capazes de identif icar quais são os geradores de tensão que fornecem energia ao circuito, e quais são os geradores de tensão que recebem energia; teremos: Potência Fornecida ao Circuito: +- 4 5 3 3 +- 5 1 +- 2 14V 3A 3A 5A 5A 5A 5A 4 78V 2 120V A 9V 8A 8A 3A2A 32V 24V10V 12V 15V 10V 5V 25V B C D E F G H CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 45 - PF = 78V x 3A + 120V x 5A PF = 834 W - Potência Recebida pelo Circuito: a) Resistores: PR R = 15V x 3A + 9V x 3A + 10V x 5A + 32V x 8A + 24V x 8A + + 10V x 5A + 5V x 5A + 25V x 5A = 806W; b) Pelo Gerador de Tensão Funcionando como Bipolo Passivo: PR G = 14V x 2A = 28W; Portanto a Potência recebida total será: PR = 806 + 28 = 834 W Conclusão: comprovamos que: PF = PR 20) – Para o circuito abaixo, determine todas as correntes e tensões do mesmo: OBS: (QUESTÃO ENADE) SOLUÇÃO: Embora o circuito pareça muito trabalhoso e complicado, observe que temos inicialmente uma associação em paralelo do resistor de 12 com o resistor de 4 (=3) ; façamos essa associação e verif iquemos o ci rcuito pela análise de malhas; teremos: + - 12V 4 + - 6V 4 12 4 3 3 88 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 46 - Donde, passemos à solução do circuito; ou se ja: EQUAÇÕES DE MAXWELL: 18I16I0I8I8:I.Eq 0I0I11I4I4:I.Eq 0I8I4I15I0:I.Eq 0I8I4I0I15:I.Eq 43214 43213 43212 43211 ou ainda : 18I16I8I8 0I11I4I4 0I8I4I15 0I8I4I15 421 321 432 431 Por mera observação da 1ª e a 2ª equação do sistema concluímos de imediato que I1 = I2 ; poderemos pois reescrever o sistema como sendo em função deste fato: 18I16I16 0I11I8 0I8I4I15 41 31 431 8 I89 16 I1618I;11 I8I 11413 Logo: 0I8911I32I151108 I89811 I84I15 111111 ou ainda: 165I1 – 32I1 – 99 – 88I1 =0 45I1 = 99 A2,25 11 45 99I1 ; I2 = 2,2A A6,15 11 11 8I3 ; A325,340 133 40 8845 5 11 8 9 8 5 1189 I4 Voltando ao circuito original , i remos ter : + - 12V 4 + - 6V 4 3 3 3 88 I1 I3 I4 I2 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 47 - ANÁLISE NODAL (Se exist irem geradores de tensão, os mesmos deverão ser transformados em geradores corrente) : Verif icar o número n de nós independentes (Nós que não sejam o mesmo ponto) existentes; Adotar um destes Nós, como sendo o Nó de referencia (Nó de Potencial Zero), onde todas as outras tensões serão obtidas com referência a este Nó Para cada Nó, com exceção do de referência, escrever a seguinte equação: VN Ó x G N Ó - V AD J A C E N T E x G A D J A C E N T E = I G E R . ( E N T R AM ) - I G E R . ( S A E M ) Para uma melhor compreensão da uti l ização deste processo, vamos resolver o exercício a seguir : 10) - No circuito ao lado pede-se determinar todas as tensões e correntes do mesmo. Observe inicialmente que o circuito proposto é composto de Quatro Nós independentes (o processo em si aplica-se a “n-1” nós independentes) ; + - 12V 4 + - 6V 4 3 3 3 88 2,2A 0,6A 2,2A 9V 6,6V 1,6A 1,6A 3,325A 3,325A 0,6A 1,125A 1,125A 9V 6,6V 2,4V 2,4V 4,8V 104A 2A 13 5 1 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 48 - SOLUÇÃO: destes quatro nós, escolheremos um como sendo o nó de referência; (Nó de potencial Zero); todas as tensões a serem determinadas, o serão com relação a este nó; ou seja: Com estas considerações, montamos as equações de Maxwell da Análise Nodal forma como anter iormente descri to; ou seja: 2V5 1 10 11V10 1V1:Vde 0V10 1V10 1 10 1 3 1V3 1:Vde 24V1V3 1V13 1:Vde 3213 3212 3211 Sugerimos, para melhorar a eficiência de resolução, mult ipl icarmos cada uma das equações pelo mmc dos denominadores envolvidos ; obtendo-se: 20V13VV10 0V3V16V10 6V3VV4 321 321 321 Resolvendo-se o sistema acima , por qualquer método, (PORÉM RECOMENDAMOS O MÉTODO DOS DETERMINANTES) )16).(10()1).(10()3()10).(3(13).10()1()3).(1(13.164 13110 31610 314 P 15051016082016010330130132084 PP Teremos ainda: )16).(20()1).(0()3()20).(3(13).0()1()3).(1(13.166 13120 3160 316 V1 10 V1 V2 V3 3 5 4A 2A 1 1 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 49 - 2250V960601230320360132086V 11 Teremos ainda: )10).(0()20).(10()3()10).(3(13).10()6()20).(3(13.04 132010 3010 364 V2 1800V6009602402003301306604V 22 E ainda: )16).(10()1).(10()6()10).(0(20).10()1()0).(1(20.164 20110 01610 614 V3 2100V1020200128016010620013204V 33 Portanto iremos ter : V14150 2100VV;V12150 1800VV;V15150 2250VV P 3 3 P 2 2 P 1 1 De posse destes valores podemos resolver completamente o circuito: 10 V1 V2 V3 3 5 4A 2V 12V 14 V 3V 2A 1 1 1V 15 V 1A 2,8 A 0,2A1,2A 1A CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 50 - 6) COMPLEMENTAÇÃO: RESOLUÇÃO DE CIRCUITOS COM GERADOR VINCULADO No estudo de vários circuitos elétricos costumamos estabelecer modelosde eventuais disposit ivos eletrônicos (válvulas ou transistores por exemplo) atravês dos denominados geradores vinculados, que consistem em modelos, tais que as respectivas tensões ou correntes internas dependam de uma tensão ou de uma corrente (atravês de um vínculo) de um outro ponto qualquer da rede onde o disposit ivo se encontra. Analise o esquema a seguir : Note então que no exemplo fornecido temos dois geradores at ivos (independentes) e dois geradores vinculados: um cuja corrente vale 4 vezes o valor da tensão sobre o resistor de 3 , e outro cuja tensão vale 5 vezes o valor da corrente que percorre o resistor de 2 Os métodos de resolução deste t ipo de circuito (envolvendo geradores vinculados) são variáveis; dependendo da conveniência poderemos uti l izar análise nodal , análise de malha, ou até mesmo técnicas de simplif icação / t ransformação. A t í tulo demonstrat ivo e de compreensão, vamos abordar alguns exercícios com gerador vinculado: 1º) Para o circuito abaixo, pede-se determinar a tensão VS indicada: SOLUÇÃO: Torna-se muito conveniente e prát ico , c ircuitos “com este aspecto” serem resolvidos por análise nodal; para tanto vamos transformar o gerador de tensão em gerador de corrente pela equivalência Northon Thevenìm ; teremos: + - 24V V V 12 6 6 33 Vs CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 51 - Ao adotarmos a análise nodal , verificamos que além do nó de referencia teremos dois nós dist intos e1 e e2 ; note entretanto que e1 será o próprio valor de V, e que e2 será a própria tensão Vs de saída pedida. De fato: Logo teremos para as equações da análise nodal: 3 ee3 1 6 1e6 1 2e6 1e6 1 6 1 12 1 1 21 21 0e3 1 6 1e3 1 6 1 2e6 1e6 1 6 1 12 1 21 21 Convém cada equação pelo m.m.c dos denominadores envolvidos; teremos: 0e3e3 24e2e5 21 21 P = 33 25 = 15 – 6 = 9 ; ainda : e1 = 30 224 = 72 + 0 = 72 ; e2 = 03 245 = 0 + 72 = 72 Portanto: e1 = V89 72 p e1 ; VS = e 2 = V89 72 p e2 2º) Para o circuito abaixo, pede-se a determinação da tensão V A B vista entre os pontos “A”e “B” SOLUÇÃO: Configuremos o circuito inicialmente para análise nodal; teremos: 3 V6 6 3V = e1 e1 e2 122A B A + - 21V VV 3 6 12 12 VAB CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 52 - Logo teremos para as equações da análise nodal: 2 e 2 ee112 1e12 1 7e12 1e12 1 6 1 3 1 21 21 21 0e12 1 12 1e2 1 12 1 7e12 1e12 1 6 1 3 1 21 21 Convém cada equação pelo m.m.c dos denominadores envolvidos; teremos: 0e19e7 84e1e7 21 21 Considerando-se que o problema pede o valor de VA B = e2 Verif ique que ao somarmos as equações obtemos: 18e 2 = 84 3 14 18 84e2 Logo: VA B V667,43 14 3º) Para o circuito abaixo, pede-se a determinação da tensão V A B vista entre os pontos “A”e “B” SOLUÇÃO: Vamos inicialmente efetuar o deslocamento conveniente do gerador de corrente vinculado, e entendermos a tensão entre os pontos A e B , verifique as etapas: 3 6 2 36V 24V 8V+ + - - I 2.I + - B A VAB 2 V6 12 1 V = e1 2 - e e1 e2 37A B A VAB CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 53 - Observe que se no esquema acima determinarmos a corrente I1 teremos a solução do problema; nestas condições: 842486 2436I69 III I 21 21 - ; Com : I = I2 - I1 teremos: 1642 1269 )(41686 1269 21 21 1221 21 II II IIII II P = 42 69 = 36 – 12 = 24 I1 = 416 612 = 48 + 96 = 144 Logo: I1 A624 144 ; analisando o “Braço” A – B , teremos: VA B = 36 – 6.3 V A B = 18V 3 6 2 36V 24V 8V 2.I 2 .I 4 I. B A VAB + + - - + -Ia) 6 2 24V 8V VAB + + - - I + - B A +- I1 I2 3 36V b) 3 36V + - B A VAB 18V 6A CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 54 - CAP III - EXERCICIOS PROPOSTOS: 1) Determine a potência fornecida para a associação ao lado, sabendo-se que é aplicada uma tensão de 100V entre os pontos A e B. Obs: R VP 2 R Resposta: 2.500W 2) Para o Circuito ao lado esquematizado, determine o valor de R sabendo-se que se uma tensão de 10V for aplicada entre os pontos A e B , i remos ter uma potência de 25W dissipada na associação . Obs: R VP 2 R Resposta: 6 3) No circuito abaixo, determine a tensão V e a corrente I indicadas por qualquer processo: Resposta: I = 40A ; V = 160V 4) Dado o circuito ao lado, pede-se determinar o valor das correntes I1 e I2 indicadas Resposta: I1 = 9A ; I2 = 4A A B 12 12 30 20 4 10 A B 16 12 R 16 R 12 - 1400V + 3 10 2 30 11 10 10 2 4 12 78 20 2 I V C D 2 2 412 4 108V + - 5 I1 I2 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 55 - 5) Dado os circuitos abaixo pede-se a determinação da tensão VA B indicada , pelo uso de transformação e deslocamento de geradores: 6) Dado os circuitos abaixo, pede-se determinar o valor das tensões VR indicadas 10V + - + - + - + - 10 3 12 15 4 30V 12V 24V 1A 3A 1A VAB A B a) + + - - 3 6 6 9V B A 4A 5A + - 10 1A 4V 4 12V VAB b) + + - - 3 1 6 6 6 14V 9V B +- 2 A 10V 4A 5A c) VAB + + - - 9 i I Ia) I b) 2A12V 16V Resp: V = 4VR V R 6 5 3 2 Resp: V = -6VR i 2A VR 2 6 3 15 4 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROF MASSIMO ARGENTO ED.2017 - 56 - 7) Para o circuito abaixo pede-se determinar todas as tensões e correntes do mesmo 8) Dado os circuitos abaixo pede-se a determinação da tensão V A B indicada + - 1510 10 5 2 2 4 18V 3A 6 Resp: V = 16VR V R c) I d) 3A +- 15V V R 15 Resp: V = 1,2VR + - 7V 2 + - 5V 2 12 6 2 2 33 B A + - 16V V V 4 8 3 3 12 612 VAB a) B A + - 10V VV 6 b) VAB2 CIRCUITOS ELÉT RICOS 1 ; PROFMASSIMO ARGENTO ED.2017 - 57 - 1 5 4 12 VAB B A + - 20V V V 5c) 1 5 4 12 VAB B A + - 20V V V 5d) 6 3 4 VAB 36V24V 12V+ + - - I 6.I + - B A e)
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