Aula prática Materiais e Instrumentação Eletroeletrônica

Aula prática Materiais e Instrumentação Eletroeletrônica

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

Aula prática Materiais e Instrumentação Eletroeletrônica