Aula prática Materiais e Instrumentação Eletroeletrônica

Aula prática Materiais e Instrumentação Eletroeletrônica

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Disciplina: Materiais e Instrumentação Eletroeletrônica.

RESULTADO DE AULA PRÁTICA 1

Unidade: 2 – Propriedades dos Materiais e Sistemas de Medição.

Aula: 7 – Equipamentos de Medição.

Resultados da Aula Prática

O aluno deve apresentar um relatório técnico do experimento em que devem constar:

• As etapas desenvolvidas, ou seja:

o Acessar o site do simulador.

o Acessar o experimento Multímetro.

o Realizar pré-teste.

o Realizar o experimento.

o Tomar notas.

o Realizar pós-teste.

• Os resultados obtidos em cada etapa.

• Os pontos mais importantes apresentados no simulador.

• As capturas de tela do experimento no simulador. Deve-se apresentar no mínimo uma

captura de tela para cada uma das seguintes etapas do experimento com o multímetro,

ou seja:

o Medição das tensões elétricas contínuas em pilhas.

Público

o Medição de tensão elétrica alternada.

o Medição de resistência elétrica.

o Medição de corrente contínua.

Público

o Medição de corrente alternada usando um alicate amperímetro.

Referências

https://grupoa-u.blackboard.com/

Público

Disciplina: Materiais e Instrumentação Eletroeletrônica.

RESULTADO DE AULA PRÁTICA 2

Unidade: Unidade 3 – Sensores e Medidores.

Aula: Aula 10 – Medição de Pressão.

Resultados da Aula Prática

O circuito consiste num sensor piezorresistivo, sensor este que é representado pelo elemento U1.

O elemento U1, quando excitado por uma pressão, altera a sua resistência, mas, como o sinal

elétrico resultante apresenta baixa intensidade, é necessário ampliar o sinal, por isso se faz

necessário o uso de um amplificador operacional. Ao final do experimento, o aluno deve obter os

circuitos simulados para os casos da entrada valendo 5 V e 2 V, como mostrado a seguir.

Público

A tabela a ser montada, sabendo que 1 V equivale a 1 kPa é dada por:

Tensão de Entrada Tensão de Saída Valor em termos de pressão

5 V 8,333 V 8,333 kPa

2 V 6,666 V 6,666 kPa

Público

Disciplina: Materiais e Instrumentação Eletroeletrônica.

RESULTADO DE AULA PRÁTICA 3

Unidade: 4 – Sistemas de Aquisição de Dados e Atuadores.

Aula: Aula 13 – Condicionamento de Sinais.

Resultados da Aula Prática

O resultado esperado para a aula prática é que o aluno seja capaz de realizar os seguintes itens

para cada projeto apresentado. Ou seja:

Projeto 1: Filtro RC

1. Apresentar uma breve introdução teórica sobre o filtro RC, incluindo suas aplicações e

princípios de funcionamento.

2. Configurar corretamente o circuito do filtro RC no LTspice, utilizando os componentes

apropriados e conectando-os de acordo com o diagrama fornecido.

3. Definir os valores adequados para o resistor (R) e capacitor (C), levando em consideração a

frequência de corte desejada e a faixa de frequência de interesse.

Para calcular a frequência de corte (f_c) de um filtro RC (resistor-capacitor), você pode usar a

fórmula:

f_c = 1 / (2 * π * R * C) (1)

Onde:

– f_c é a frequência de corte em Hertz (Hz).

– π (pi) é uma constante aproximadamente igual a 3,14159.

– R é o valor da resistência em ohms (Ω).

– C é o valor da capacitância em farads (F).

Siga os passos abaixo para calcular a frequência de corte de um filtro RC:

a. Determine os valores da resistência (R) e capacitância (C) do filtro RC.

b. Substitua os valores de R e C na fórmula acima.

c. Realize o cálculo para obter o valor da frequência de corte (f_c).

Público

Por exemplo, suponha que você tenha um filtro RC com um resistor de 10 kΩ (10.000 ohms) e

um capacitor de 1 µF (1 microfarad). Vamos calcular a frequência de corte:

f_c = 1 / (2 * π * 10 kΩ * 1 µF)

f_c = 1 / (2 * 3.14159 * 10,000 * 0.000001)

f_c ≈ 15.92 Hz

Portanto, no exemplo acima, a frequência de corte do filtro RC é aproximadamente 15,92 Hz. Isso

significa que o filtro começará a atenuar o sinal de entrada a partir dessa frequência.

4. Realizar a simulação do circuito no LTspice, observando a resposta em frequência do filtro RC.

A simulação da frequência pode ser feita pelo ‘AC sweep’ como orientado no roteiro. O resultado

esperado está apresentado a seguir.

5. Comparar os resultados obtidos na simulação com as expectativas teóricas, analisando a

atenuação em diferentes frequências e a resposta em fase do sinal.

6. Apresentar os resultados e as conclusões em um relatório, incluindo os valores dos

componentes utilizados, as medições realizadas e qualquer observação relevante.

Projeto 2: Amplificador de Instrumentação

1. Fornecer uma introdução teórica sobre amplificadores de instrumentação, abordando suas

aplicações e princípios de funcionamento.

Público

2. Configurar corretamente o circuito do amplificador de instrumentação no LTspice, utilizando os

componentes adequados e conectando-os conforme o diagrama fornecido.

3. Determinar os valores corretos para os resistores de realimentação e de entrada, levando em

consideração o ganho desejado e as características do amplificador operacional.

Para obter o ganho de um amplificador de instrumentação, é necessário conhecer a configuração

do amplificador e seus componentes. O amplificador de instrumentação é comumente composto

por três resistores: R1, R2 e Rg.

O ganho de um amplificador de instrumentação pode ser calculado pela fórmula:

Ganho = (R2 / R1) * (1 + (2 * Rg / R1)) (2)

Onde:

– R1 é a resistência conectada ao terminal não inversor do amplificador.

– R2 é a resistência conectada ao terminal inversor do amplificador.

– Rg é a resistência conectada ao ponto de referência ou terra comum (ground) do amplificador.

Agora, vamos considerar um exemplo em que o amplificador de instrumentação (Figura 3) possui

um ganho de 10. Nesse caso, precisamos encontrar os valores apropriados para R1, R2 e Rg.

Suponha que escolhemos R1 = 1 kΩ (1000 ohms). Podemos calcular o valor de R2 e Rg usando

a fórmula acima e o ganho desejado. Ou seja:

10 = (R2 / 1000) * (1 + (2 * Rg / 1000))

Simplificando a equação, podemos obter:

R2 + 2 * Rg = 10 * 1000

Uma solução possível é escolher R2 = 9 kΩ (9000 ohms) e Rg = 1 kΩ (1000 ohms). Nesse caso,

o ganho do amplificador de instrumentação será aproximadamente 10.

É importante observar que existem muitas outras combinações possíveis de valores para R1, R2

e Rg, as quais podem fornecer um ganho de 10 em um amplificador de instrumentação. A seleção

dos valores exatos depende do projeto específico, das restrições de componentes disponíveis e

das características desejadas do amplificador. Os valores possíveis para os resistores estão

apresentados na figura a seguir.

Público

4. Realizar a simulação do circuito no LTspice, medindo a amplitude do sinal de entrada e do sinal

de saída para determinar o ganho do amplificador.

5. Comparar o ganho obtido na simulação com o valor esperado teoricamente, além de avaliar a

resposta em frequência e a distorção do sinal.

Público

6. Elaborar um relatório contendo os resultados, incluindo os valores dos componentes utilizados,

as medições realizadas e qualquer observação relevante.

O tutor/professor avaliará o desempenho do aluno com base na correta execução dos

procedimentos, na compreensão teórica demonstrada, na precisão dos valores de componentes

utilizados, na análise e interpretação dos resultados obtidos e na apresentação organizada e clara

das informações no relatório.

Referências

GRAY, P. R.; HURST, P. J.; LEWIS, S. H.; MEYER, R. G. Analysis and design of analog

integrated circuits. John Wiley & Sons. 2001.

FRANCO, S. Design with operational amplifiers and analog integrated circuits. McGraw-Hill

Education. 2011.

RAZAVI, B. Fundamentals of microelectronics. John Wiley & Sons. 2017.

SEDRA, A. S.; SMITH, K. C. Microelectronic circuits. Oxford University Press. 2014.

STREETMAN, B. G.; BANERJEE, S. K. Solid state electronic devices. Prentice Hall. 2005.

RESULTADO DE AULA PRÁTICA 4

Unidade: 4 – Sistemas de Aquisição de Dados e Atuadores.

Público

Aula: Aula 15 – Elementos Finais de Controle.

Resultados da Aula Prática

O objetivo da atividade é realizar o acionamento de um motor de indução no Multisim, utilizando

um inversor de frequência e simulando o comportamento do motor em diferentes condições de

operação. O roteiro inclui os seguintes passos:

1. Introdução teórica: O aluno revisará o conceito de acionamento de motores de indução,

discutindo os componentes envolvidos, como o inversor de frequência e o motor, e explorando

as características do motor, como partida, controle de velocidade e torque.

2. Configuração do circuito no LTspice: Será criado um novo esquemático no LTspice e

selecionados os componentes necessários para construir o circuito de acionamento do motor e

uma carga arbitrária, além do motor de indução. Os componentes serão conectados de acordo

com o diagrama apresentado na figura a seguir.

3. Simulação do circuito: O aluno deverá obter o fator de potência e o valor da corrente de pico.

Analisando os gráficos, a corrente de pico é de 42,08 A e há uma defasagem de

aproximadamente 2,882 ms entre a tensão e a corrente.

Público

O cálculo do fator de potência pode ser feito, inicialmente, convertendo a defasagem para

radianos ou graus como segue:

1

360º 1

60 360º 2,882 62,25º

60 2,882

graus graus

graus

ms

m

ms

q q

q

® – × = × ® = –

–

Com a defasagem, é possível se obter o fator de potência:

FP = = = cos( ) cos(62,25º ) 0,4656 q

Com o fator de potência em mãos, é possivel se calcular o capacitor para a correção. Como se

trata de um sistema trifásico, o processo para a correção do fator de potência é normalmente

Público

obtido pelo cálculo das potências. O primeiro passo é se determinar a potência aparente do

sistema,

S V I V I 3 ( ) ( ) ( ) ( ) f = × × = × × 3 3 F RMS F RMS L RMS L RMS

Como o sistema está em Y, é mais fácil utilizar as tensões e correntes de fase, como o gráfico

que foi obtido anteriormente. Assim, tem-se

( ) ( )

3 ( ) ( )

179,60 42,08 3 3 3 11336,35

2 2 2

F PICO F PICO

F RMS F RMS

V I

S V I VA f

×

= × × = × × = × =

O objetivo é se obter a potência reativa necessária para a correção, que é igual a potência reativa

atual menos a desejada. Então, calculando a potência reativa atual, tem-se:

3 3 Q S sen sen VA f f ( ) 11336,35 (62,25º ) 10032,53 r

= × = × = q

A potência reativa desejada deve ser calculada a partir do fator de potência desejado (FP=1), o

que indica que

0º d

q =

, portanto:

3 3 3 3 Q S sen P tg P tg d d d d f f f f = × = × = × = ( ) ( ) (0º ) 0 q q

Assim, a potência ativa reativa necessária para a correção é:

Q Q Q VA c d r 3 3 3 f f f

= – = – = 10032,53 0 10032,53

Com isso, é possível se determinar o valor dos capacitores a serem colocados no sistema. Nesse

caso, eles serão colocados em Y. Portanto:

3 3

2 2 2

( ) ( )

10032,53 550

3 2 179,6 3 2 3 2 60

2 2

c c

Y

F RMS F PICO

Q Q

C F

f V V

f

f f m

p

p p

= = = =

× × × æ ö æ ö

ç ç ÷ ÷

× × ×ç ç ÷ ÷ × × ×

çç

÷ ÷ ÷ çè ø÷

è ø

Adicionando os capacitores ao sistema, o circuito fica o seguinte:

Público

Realizando a simulação as curvas de tensão e corrente obtidas estão apresentadas a seguir.

Perceba que não há defasagem entre tensão e corrente, portanto, portanto o fator de potência é

unitário.

Público

4. Análise dos resultados: Serão registrados os valores dos componentes utilizados. O aluno

analisará circuito trifásico RL, observando a sua resposta em termos do fator de potência. Serão

identificados problemas ou limitações no circuito de acionamento e possíveis (propostas) de

soluções.

5. Conclusão: O aluno fará uma síntese dos principais aprendizados e conclusões obtidos com

a atividade, discutindo a importância da correção do fator de potência e do acionamento de

motores de indução na automação, destacando, com isso, as habilidades, as competências e os

conhecimentos adquiridos durante a atividade.

O tutor/professor avaliará o desempenho do aluno com base na correta execução dos

procedimentos, na compreensão teórica demonstrada, na precisão dos valores dos componentes

utilizados, na análise e na interpretação dos resultados obtidos, bem como na apresentação

organizada e clara das informações.

Referências

BOLDEA, I.; NASAR, S. A. The induction machine handbook. CRC Press. 2010.

FITZGERALD, A. E.; KINGSLEY Jr. C.; UMANS, S. D. Máquinas elétricas: com introdução à

eletrônica de potência. 6.ed. Bookman, 2002.

LIPO, T. A. Introduction to ac machine design. University of Wisconsin-Madison. 2010.

SEN, P. C. Electric motor drives: modeling, analysis, and control. CRC Press. 2017.

WILDI, T. Electrical machines, drives, and power systems. 6th ed. Pearson. 2016