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I 1 RELATÓRIO 2 SIMULADO NO SOFTWARE PROTEUS Antônia Adriana de Sousa da Silva – RA 2570902013034 Cintia Pereira de Oliveira – RA 2570902013016 Sérgio Brito de Siqueira – RA 2570901823027 Professor: João Bosco Disciplina: Eletricidade Aplicada Curso: Automação Industrial – Noite São Paulo, 2020 II 2 Trabalho orientado pelo Professor João Bosco. I 1 Lista de Figuras Figura 1 - Simulação Proteus: associação de resistores em série ............................................... 2 Figura 2 - Simulação Proteus: medição de tensão e corrente no circuito em série .................... 2 Figura 3 - Simulação Proteus: medição de potência no circuito em série .................................. 3 Figura 4 - Simulação Proteus: associação de resistores em paralelo .......................................... 5 Figura 5 - Simulação Proteus: medição de tensão e corrente no circuito em paralelo ............... 5 Figura 6 - Simulação Proteus: medição de potência no circuito em paralelo ............................. 6 Figura 7 - Simulação Proteus: associação mista de resistores .................................................... 8 Figura 8 - Simulação Proteus: medição de tensão e corrente no circuito misto ......................... 8 Figura 9 - Simulação Proteus: medição de potência no circuito misto ...................................... 9 Figura 10 - Simulação Proteus: circuito com duas malhas (1) ................................................. 11 Figura 11 - Simulação Proteus: circuito com duas malhas (2) ................................................. 11 II 2 Sumário 1 Introdução ................................................................................................................................ 1 2 Objetivo ................................................................................................................................... 1 3 Material .................................................................................................................................... 1 4 Desenvolvimento ..................................................................................................................... 1 4.1 Associação de resistores em série ..................................................................................... 1 4.1.1 Cálculos ..................................................................................................................... 3 4.1.2 Análise dos resultados ............................................................................................... 4 4.2 Associação de resistores em paralelo ............................................................................... 4 4.2.1 Cálculos ..................................................................................................................... 6 4.2.2 Análise dos resultados ............................................................................................... 7 4.3 Associação mista de resistores ......................................................................................... 7 4.3.1 Cálculos ..................................................................................................................... 9 4.3.2 Análise dos resultados ............................................................................................. 10 4.4 Solução para circuitos com duas malhas ........................................................................ 10 4.4.1 Cálculos ................................................................................................................... 12 4.4.2 Análise dos resultados ............................................................................................. 13 5 Conclusão .............................................................................................................................. 13 6 Referência Bibliográfica ........................................................................................................ 13 1 1 Introdução “Resistores são bipolos passivos, construídos com a finalidade de apresentar resistência elétrica entre dois pontos de um circuito. O resistor é um componente eletrônico.” (ALBUQUERQUE, 2008, p. 49). 2 Objetivo Utilizar o software Proteus para montar os circuitos elétricos com resistores (1K, 2,2K e 3,3K) em série, paralelo, misto e malha dupla. Analisar e confrontar os resultados de tensão, corrente, resistência e potência obtidos com cálculos e no software. 3 Material - Software Proteus; - Word; - Paint; - Calculadora 4 Desenvolvimento 4.1 Associação de resistores em série “Resistores estão em série quando a corrente que passa por um for a mesma que passa pelos outros.” (ALBUQUERQUE, 2008, p. 69). 2 Figura 1 - Simulação Proteus: associação de resistores em série Figura 2 - Simulação Proteus: medição de tensão e corrente no circuito em série 3 Figura 3 - Simulação Proteus: medição de potência no circuito em série 4.1.1 Cálculos 4.1.1.1 Resistência Rtotal = R1 + R2 + R3 Rtotal = 1kΩ + 2,2kΩ + 3,3kΩ ⟶ Rtotal = 6,5kΩ 4.1.1.2 Corrente It = 𝑉𝑡 𝑅𝑡 = 5𝑉 6,5kΩ ⟶ 𝑰𝒕 = 𝟕𝟔𝟗, 𝟐𝟑µ𝑨 I1 = 𝑉1 𝑅1 = 769,23𝑚𝑉 1kΩ ⟶ 𝑰𝟏 = 𝟕𝟔𝟗, 𝟐𝟑µ𝑨 I2 = 𝑉2 𝑅2 = 1,69𝑉 2,2kΩ ⟶ 𝑰𝟐 = 𝟕𝟔𝟗, 𝟐𝟑µ𝑨 I3 = 𝑉3 𝑅3 = 2,53𝑉 3,3kΩ ⟶ 𝑰𝟑 = 𝟕𝟔𝟗, 𝟐𝟑µ𝑨 4.1.1.3 Tensão elétrica Vt = Rt x It = 6,5kΩ x 769,23µA ⟶ Vt = 5V V1 = R1 x I1 = 1kΩ x 769,23µA ⟶ V1 = 769,23mV V2 = R2 x I2 = 2,2kΩ x 769,23µA ⟶ V2 = 1,69V V3 = R3 x I3 = 3,3kΩ x 769,23µA ⟶ V3 = 2,53V Vt = V1+V2+V3 = 5V 4 4.1.1.4 Potência elétrica Pt = Vt x It = 5V x 769,23µA ⟶ Pt = 3,85mW P1 = V1 x I1 = 769,23mV x 769,23µA ⟶ P1 = 0,59mW P2 = V2 x I2 = 1,69V x 769,23µA ⟶ P2 = 1,3mW P3 = V3 x I3 = 2,53V x 769,23µA ⟶ P3 = 1,95mW Pt = P1+P2+P3 = 3,85mW 4.1.1.5 Potência real do resistor P1 = 0,59mW < 1/8W = 125mW P2 = 1,3mW < 1/8W = 125mW P3 = 1,95mW < 1/8W = 125mW 4.1.2 Análise dos resultados A resistência total é a soma de todas as resistências e vale 6,5kΩ. No circuito em série podemos verificar que a corrente que passa por R1, R2 e R3 é a mesma e possui o valor de 769,23µA. A tensão é proporcional ao valor da resistência e seu valor total de 5V é a soma da tensão que passa pelos três resistores. O valor da potência também é proporcional ao valor da resistência. Somando a potência de cada resistor teremos a potência total de 3,85mW, e seu valor comercial é de 125mW para todos os resistores. 4.2 Associação de resistores em paralelo “Em uma associação paralela, a tensão em todos os resistores é a mesma; a corrente é que se divide.” (ALBUQUERQUE, 2008, p. 74). 5 Figura 4 - Simulação Proteus: associação de resistores em paralelo Figura 5 - Simulação Proteus: medição de tensão e corrente no circuito em paralelo 6 Figura 6 - Simulação Proteus: medição de potência no circuito em paralelo 4.2.1 Cálculos 4.2.1.1 Resistência Rtotal = 1 1 R1 + 1 R2 + 1 R3 ⟶ Rtotal = 1 1 1000Ω + 1 2200Ω + 1 3300Ω ⟶ 𝑹𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟓𝟔𝟖, 𝟗𝟔𝟔Ω 4.2.1.2 Corrente It = 𝑉𝑡 𝑅𝑡 = 5𝑉 568,96Ω ⟶ 𝑰𝒕 = 𝟖, 𝟕𝟗𝒎𝑨 I1 = 𝑉1 𝑅1 = 5𝑉 1kΩ ⟶ 𝑰𝟏 = 𝟓𝒎𝑨 I2 = 𝑉2 𝑅2 = 5𝑉 2,2kΩ ⟶ 𝑰𝟐 = 𝟐, 𝟐𝟕𝒎𝑨 I3 = 𝑉3 𝑅3 = 5𝑉 3,3kΩ ⟶ 𝑰𝟑 = 𝟏, 𝟓𝟐𝒎𝑨 4.2.1.3 Tensão elétrica Vt = Rt x It = 568,96Ω x 8,79mA ⟶ Vt = 5V V1 = R1 x I1 = 1kΩ x 5mA ⟶ V1 = 5V 7 V2 = R2 x I2 = 2,2kΩ x 2,27mA ⟶ V2 = 5V V3 = R3 x I3 = 3,3kΩx 1,52mA ⟶ V3 = 5V 4.2.1.4 Potência elétrica Pt = Vt x It = 5V x 8,79mA ⟶ Pt = 43,95mW P1 = V1 x I1 = 5V x 5mA ⟶ P1 = 25mW P2 = V2 x I2 = 5V x 2,27mA ⟶ P2 = 11,35mW P3 = V3 x I3 = 5V x 1,52mA ⟶ P3 = 7,6mW 4.2.1.5 Potência real do resistor P1 = 25mW < 1/8W = 125mW P2 = 11,35mW < 1/8W = 125mW P3 = 7,6mW < 1/8W = 125mW 4.2.2 Análise dos resultados O inverso da resistência total é a soma do inverso de todas as resistências e equivale a 568,966Ω No circuito em série podemos verificar que a corrente que passa por R1, R2 e R3 é dividida entre os resistores e é inversamente proporcional ao valor da resistência. A corrente total de 8,79mA é a soma de todas as correntes. A tensão é a mesma nos três resistores, possuindo o valor de 5V. A potência total é a soma da potência de R1, R2 e R3 e vale 43,95mW. Seu valor comercial é de 125mW para todos os resistores. 4.3 Associação mista de resistores “Em uma associação mista, existem resistores ligados em série e em paralelo. Não existe uma fórmula que permita o cálculo da resistência equivalente. O que existe é um método de resolução no qual, inicialmente, resolvem-se aa associações série e paralelo possíveis, obtendo um circuito menor equivalente ao original. Repete-se a operação tantas vezes quanto necessário, até chegar a um único valor de resistêmcia.” (ALBUQUERQUE, 2008, p. 82). 8 Figura 7 - Simulação Proteus: associação mista de resistores Figura 8 - Simulação Proteus: medição de tensão e corrente no circuito misto 9 Figura 9 - Simulação Proteus: medição de potência no circuito misto 4.3.1 Cálculos 4.3.1.1 Resistência Rt𝑎𝑏 = R1 + 1 1 R2 + 1 R3 ⟶ Rt𝑎𝑏 = 1kΩ + 1 1 2,2kΩ + 1 3,3kΩ ⟶ 𝑹𝒕𝒂𝒃 = 𝟐, 𝟑𝟐𝒌Ω 4.3.1.2 Corrente It = 𝑉𝑡 𝑅𝑡 = 5𝑉 2,32𝑘Ω ⟶ 𝑰𝒕 = 𝟐, 𝟏𝟔𝒎𝑨 I1 = 𝑉1 𝑅1 = 2,16𝑉 1kΩ ⟶ 𝑰𝟏 = 𝟐, 𝟏𝟔𝒎𝑨 I2 = 𝑉2 𝑅2 = 2,84𝑉 2,2kΩ ⟶ 𝑰𝟐 = 𝟏, 𝟐𝟗𝒎𝑨 I3 = 𝑉3 𝑅3 = 2,84𝑉 3,3kΩ ⟶ 𝑰𝟑 = 𝟎, 𝟖𝟔𝒎𝑨 4.3.1.3 Tensão elétrica Vt = Rt x It = 2,32kΩ x 2,16mA ⟶ Vt = 5V V1 = R1 x I1 = 1kΩ x 2,16mA ⟶ V1 = 2,16V V2 = R2 x I2 = 2,2kΩ x 1,29mA ⟶ V2 = 2,84V V3 = R3 x I3 = 3,3kΩ x 0,86mA ⟶ V3 = 2,84V 10 4.3.1.4 Potência elétrica Pt = Vt x It = 5V x 2,16mA ⟶ Pt = 10,78mW P1 = V1 x I1 = 2,16V x 2,16mA ⟶ P1 = 4,67mW P2 = V2 x I2 = 2,84V x 1,29mA ⟶ P2 = 3,67mW P3 = V3 x I3 = 2,84V x 0,86mA ⟶ P3 = 2,44mW 4.3.1.5 Potência real do resistor P1 = 4,67mW < 1/8W = 125mW P2 = 3,67Mw < 1/8W = 125mW P3 = 2,44mW < 1/8W = 125mW 4.3.2 Análise dos resultados Na associação mista de resistores podemos verificar que os cálculos não seguem um padrão para ser seguido em todos os circuitos, pois isso depende de como serão posicionados os resistores. Para cada circuito podemos utilizar um passo a passo diferente e que melhor convém. No circuito montado no Proteus podemos verificar que a corrente total de 2,16mA é a mesma calculada para o resistor R1. Somando os valores de todas as potências teremos a potência total de 10,78mW, e seu valor comercial é de 125mW para todos os resistores. 4.4 Solução para circuitos com duas malhas “A segunda lei de Kircchoff ou lei das malhas tem o enunciado: “a soma algébrica das tensões em uma malha é zero”, ou então “a soma das tensões orientadas no sentido horário é igual à soma das tensões orientadas no sentido anti-horário.” (ALBUQUERQUE, 2008, p. 153). 11 Solução pelo método de Maxwell: Figura 10 - Simulação Proteus: circuito com duas malhas (1) Figura 11 - Simulação Proteus: circuito com duas malhas (2) 1 2 I3 I1 I2 I2 entrando NÓ1 I1 I2 I2 entrando NÓ1 NÓ1 Negativo Positivo I3 12 4.4.1 Cálculos Malha 01: +5-1K.I1-2,2K.I1+2,2K.I2 = 0 -3,2K.I1+2,2K.I2 = -5 (1) Malha 02: -2,2K.I2+2,2KI1-3,3KI2-5 =0 +2,2KI1-5,5KI2 = 5 (2) Resolver por sistemas: -3,2KI1+2,2KI2 = -5 (1) +2,2KI1-5,5KI2 = 5 (2) Multiplicando 2,5 na equação I, vai zerar I2 *-8KI1 + 5,5KI2 = -12,5 2,2KI1- 5,5KI2 = 5 -5,8KI1 0I2 = 7,5 I1 = -7,5 = 1,29 mA -5,8 Para encontrar I2 substituir I1 = 1,29 mA na equação II. +2,2K.(1,29x10-³) – 5,5KI2 = 5 2,84 – 5,5KI2 = 5 -5,5KI2 = 5 -2,84 =2,16 I2 = 2,16 = -392,73µA 5,5K -3,2K (1,29x10-3) +2,2K(-392,73x10-6) = -5 -5 = 5 Sentido das correntes I3 = 1,29m + 392,7 2x10-6 = 1,68 mA 13 4.4.2 Análise dos resultados No circuito em duas malhas podemos verificar que a corrente I3=1,68mA é a soma das correntes que passam por I1 e I2 (1,29mA e 392µA). Portanto, ao somar as tensões da malhas iremos obter o valor ZERO, pois os valores negativos encontrados no sentido anti-horário irão se anular ao ser somado com os mesmos valores, só que positivos, encontrados no sentido horário. 5 Conclusão Com a realização deste relatório podemos concluir que o software Proteus é uma excelente ferramenta para a simulação da construção de circuitos elétricos e medições antes de fazer a montagem na prática. Todos os valores encontrados nos instrumentos de medição do programa coincidem com os valores dos cálculos realizados na sala de aula. 6 Referência Bibliográfica - ALBUQUERQUE, Rômulo Oliveira. Análise de Circuitos em Corrente Contínua. 21. ed. São Paulo: Érica, 2008. 14