DOC-20241129-WA0038

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Universidade Federal do Ceará
Centro de Tecnologia
Departamento de Engenharia Elétrica
Disciplina: Lab. de Eletrotécnica
Professor:
Prática: No1 – Introdução ao uso de Simuladores e uso do Laboratório
Nome: _______________________________________________ Mat.:_________________
Nome: _______________________________________________ Mat.:_________________
Nome: _______________________________________________ Mat.:_________________
Nome: _______________________________________________ Mat.:_________________
1. OBJETIVOS
- Conhecer os simuladores propostos para as atividades de laboratório, seus
componentes elétricos e aparelhos de medição;
- Conhecer no laboratório as bancadas, painéis, alguns componentes elétricos e
aparelhos de medição;
- Familiarização com a elaboração e medição de circuitos elétricos a partir dos
simuladores apresentados e de sua montagem prática no laboratório.
OBS:
- Qualquer dúvida com relação aos procedimentos laboratoriais e aos
questionários podem e devem ser retirados com o professor ou monitores.
- Usar qualquer um dos simuladores (escolher um e justificar o porquê) para a
prática.
2. CONTEXTUALIZAÇÃO
Este período de pandemia da Covid-19 trouxe muitas incertezas para a
sociedade e, principalmente para a educação no meio acadêmico. Com a
impossibilidade de se ter aulas práticas presenciais, foi proposto como alternativa, sem
perda de conteúdo e qualidade, a substituição das práticas presenciais por práticas
virtuais.
Com o retorno às atividades presenciais, a parte de simulação se incorpora
ao conteúdo presencial, fortalecendo a experiência de ensino e aprendizagem, fazendo
com que a parte de simulação seja um pré-laboratório onde o aluno poderá comparar a
diferença entre simulação e prática e compreender melhor os objetivos da prática.
Na parte de simulação, partindo da premissa que deveríamos usar de
plataformas móveis e gratuitas, de fácil acesso e utilização, chegamos a duas opções
para que cada aluno escolha a de sua preferência: um aplicativo móvel disponível para
sistemas Android (smartphones e tablets), o Electric Circuit Studio; uma plataforma
online para ser utilizada diretamente no navegador da internet (PC, smartphone e
tablets), oMultisim Live.
Nesta prática, os dois simuladores serão apresentados e o aluno deverá ler
todos os procedimentos, escolher qual simulador será utilizado e justificar a sua escolha
de uso (UTILIZAR APENAS UM SIMULADOR) e realizar as primeiras simulações
para se familiarizar com a ferramenta.
3. PROCEDIMENTOS COM O SIMULADOR ELECTRIC
CIRCUIT STUDIO
3.1 – Baixar o aplicativo na Play Store (Figura 3.1).
Figura 3.1
3.2 – Ao abrir o aplicativo, selecionar Hide (Figura 3.2). A tela apresentada abaixo
(Figura 3.3) corresponde à área de trabalho do simulador.
Figura 3.2 Figura 3.3
3.3 – Como primeiro exemplo de montagem esquemática de circuito, foi escolhido um
circuito com uma fonte de tensão senoidal com valor eficaz de 220 V, ligada a um
transformador que abaixará esta tensão para 12 V eficaz e com um resistor ligado ao
secundário deste transformador.
3.4 – Inicialmente, seleciona-se a fonte de tensão senoidal (VSIN) no canto inferior do
aplicativo, levando-a para a área de trabalho (Figura 3.4).
Figura 3.4
3.5 – Depois, é preciso selecionar o transformador (TRANSFORMER), também no
canto inferior do aplicativo, arrastando com o dedo para a direita até achar o ícone
indicado na Figura 3.5.
Figura 3.5
3.6 – O último componente a ser selecionado é o RESISTOR. Após sua seleção,
pode-se rotacioná-lo ao tocar em ROTATE no canto superior do aplicativo (Figura 3.6).
Figura 3.6
3.7 – Após a seleção dos componentes do circuito, é preciso configurá-los corretamente.
Ao selecionar a fonte senoidal V1, é preciso tocar em PROPERTIES e, depois, em
Amplitude 1 V (Figura 3.7).
Figura 3.7
3.8 – Em seguida, tocar em “TAP TO CHANGE” (Figura 3.8) e digitar 311, sendo
este o valor de tensão aproximado de pico para que se tenha
uma tensão eficaz de 220 V (tensão de pico = √2 x tensão eficaz)
(Figura 3.9).
Figura 3.8 Figura 3.9
3.9 – Tendo ainda selecionada a fonte V1, novamente é preciso ir em PROPERTIES e,
desta vez, em FREQUENCY, depois em “TAP TO CHANGE” e, por fim, alterar o valor
para 60 Hz. Desta forma, a fonte senoidal V1 foi devidamente configurada.
3.10 – A seguir, é preciso configurar o transformador. Ao tocar nele, depois em
PROPERTIES, em SECONDARY INDUCTANCE e em “TAP TO CHANGE”, é
preciso digitar a indutância do secundário do transformador, a fim de obter a tensão no
secundário do mesmo (no caso, 12 V eficaz). Para isso, é necessário aplicar a seguinte
fórmula:
𝐿2 = α2. 𝐿1
onde L1 e L2 são as indutâncias do primário e secundário do transformador,
respectivamente, e α é a relação de transformação (V2/V1) do transformador. No caso,
α = 12
220 = 0, 054545
Portanto,𝐿1 = 1 𝐻.
𝐿2 = 0, 002975 𝐻.
No caso, o valor de L2 obtido deve ser digitado no aplicativo (Figura 3.10). Além
disso, o valor do fator de acoplamento (COUPLING) deve ser igual a 1, e não 0,9.
Figura 3.10
3.11 – Por fim, é preciso configurar o resistor ligado ao secundário do transformador.
Para isso, basta tocar nele, depois em PROPERTIES, em RESISTANCE 1 kΩ, em “TAP
TO CHANGE” e alterar o valor de resistência para 12. Além disso, é preciso alterar de
kΩ para Ω (Figura 3.11).
Figura 3.11
3.12 – Agora que todos os componentes foram configurados, basta conectá-los ao clicar
em WIRE no canto inferior esquerdo. A seguir, é preciso selecionar os terminais de
cada componente para se formar a conexão (a-a, b-b, c-c e d-d), conforme a figura
abaixo (Figura 3.12). Vale salientar que, após cada conexão (a-a, b-b, c-c e d-d), é
preciso clicar novamente em WIRE. O circuito final ficará conforme a Figura 3.13.
Figura 3.12
Figura 3.13
3.13 – Após a configuração e a conexão dos componentes, é preciso aterrar o circuito.
Para isso, basta tocar em GROUND no canto inferior da tela e inseri-lo no circuito
(Figura 3.14). Vale salientar que todos os circuitos simulados obrigatoriamente devem
ter o GROUND conectado.
Figura 3.14
3.14 – Por fim, é preciso colocar o voltímetro e o amperímetro para que sejam medidas
as tensões e corrente no secundário do transformador. Ambos podem ser selecionados
ao clicar em MISC, a penúltima opção no canto inferior direito da tela (Figura 3.15).
Figura 3.15
3.15 – O primeiro medidor inserido é o voltímetro (VOLTMETER), que deve ser
colocado em PARALELO com o resistor (Figura 3.16). Os comandos ROTATE e
WIRE também foram usados.
Figura 3.16
3.16 – O segundo medidor inserido é o amperímetro (AMMETER), que deve ser
colocado em SÉRIE com o resistor (Figura 3.17). Para inseri-lo antes do resistor, foi
preciso apagar a conexão entre o secundário do transformador e o resistor ao selecionar
essa conexão e apertar em DELETE (ícone em forma de lixeira) no canto superior da
tela.
Figura 3.17
3.17 – Por fim, clicar em RUN/STOP no canto superior da tela, depois em RUN AND
SHOW ALL (Figura 3.18). Os valores em vermelho correspondem às medições do
voltímetro (na vertical) e do amperímetro (na horizontal).
Figura 3.17
4. PROCEDIMENTOS COM O SIMULADORMULTSIM LIVE
4.1 - Acessar o site do simulador: https://www.multisim.com/
Figura 4.1
https://www.multisim.com/
4.2-Selecionar a opção “SIGN UP FOR FREE”. Em seguida, aparecerá a seguinte tela
para o usuário fazer o cadastro:
Figura 4.2
4.3- Após o cadastro, é necessário voltar para a página principal e selecionar a opção
“CREATE A NEW CIRCUIT” no canto superior direito, como mostrado abaixo:
Figura 4.3
4.4- Posteriormente, será inicializada uma tela de carregamento e aparecerá a área de
trabalho da ferramenta:
Figura 4.4
4.5- Como exemplo de montagem esquemática do circuito, foi escolhido o mesmo
circuito do simulador anterior, um circuito com uma fonte de tensão senoidal de valor
eficaz igual a 220 V, ligada a um transformador e com um resistor ligado ao secundário
do mesmo transformador. Primeiramente, será selecionada uma fonte de alimentação
CA para ocircuito.
Figura 4.5
4.6 - Ao serem colocadas, as fontes CA da ferramenta têm como padrão uma tensão de
pico 1 V e 1000 Hz de frequência e, portanto, é necessário alterar esses parâmetros.
Basta clicar duas vezes no parâmetro que deseja mudar e alterá-lo no espaço indicado.
No caso da disciplina, trabalhamos com uma tensão eficaz de 220 V. Para o simulador
aceitar utilizar o valor da tensão eficaz como parâmetro, é necessário alterar uma
configuração.
Ao clicar duas vezes no componente aparecerá uma janela no lado direito, onde há a
opção “Peak_Voltage”, é necessário alterá-la para “RMS_Voltage”.
Figura 4.6
4.6- Em seguida é necessário alterar o valor da tensão da fonte para 220 Vrms. A
frequência já está 60 Hz, portanto não será necessária alteração.
Figura 4.7
4.7 - Para o passo seguinte, é necessário introduzir um transformador no circuito.
Figura 4.8
Figura 4.9
Figura 4.10
4.8 - Ainda é necessário ajustar o transformador. Ao clicar duas vezes nele, seus
parâmetros de configuração aparecem no lado direito da tela. Esses parâmetros estão
representados como “PTurns” e “STurns”, número de espiras no primário e número de
espiras no secundário, respectivamente.
Figura 4.11
4.9 - Para o cálculo do número de voltas em cada enrolamento, é usada a seguinte
fórmula:
𝑁𝑝
𝑁𝑠 = 𝑉𝑝
𝑉𝑠
Aplicando os valores conhecidos:
𝑁𝑝
𝑁𝑠 = 220
12
𝑁𝑝
𝑁𝑠 = 18, 3
Desse modo, a razão entre o número de voltas no primário e o secundário deve ser de
18,3 para ser alcançada uma tensão de 12 V no secundário.
Assim, pode-se usar como exemplo uma relação com 183 voltas ou espiras no primário
e 10 voltas no secundário, fazendo com que a razão permaneça em 18,3.
Figura 4.12
4.10- Em seguida, será adicionada uma resistência ao secundário do transformador.
Figura 4.13
Figura 4.14
4.11 - Para rotacionar um componente, basta clicar no componente e clicar no ícone de
rotação, próximo ao componente.
Figura 4.15
4.12 - É necessário mudar a resistência do resistor, que será de 12 Ω para este exemplo.
Figura 4.16
4.13 - Para conectar os componentes basta selecionar as extremidades do componente
com o mouse e conectá-las.
Figura 4.17
Figura 4.18
4.14 - Em seguida é necessário adicionar o aterramento do circuito. Como mostram as
figuras a seguir:
Figura 4.19
Figura 4.20
4.15 - Agora é necessário adicionar as pontas de prova do circuito, utilizadas para fazer
as medições.
Figura 4.21
4.16 - As pontas de prova de tensão e de corrente serão utilizadas na medição.
Figura 4.22
4.17 -Para obter uma medição completa, com valor de tensão de pico, tensão eficaz,
entre outros, é necessário selecionar a opção “Periodic” no lado direito do browser.
Fazer isso tanto para a ponta de prova de tensão quanto para a de corrente.
Figura 4.23
4.18 - Ao inicializar a simulação no canto superior da simulação, no ícone de START,
aparecerão os seguintes resultados:
Figura 4.24
4.19 - A tensão do componente estará variando, contudo é possível observar que a
tensão eficaz (Vrms) permanece 12 V, como esperado.
Obs: A alteração do circuito ficará impossibilitada enquanto não for selecionada a opção
STOP, no canto superior esquerdo.
4.20 - Para a utilização do componente lâmpada, é necessário selecioná-lo na barra de
ferramentas.
Figura 4.25
4.21 - Para utilizar a lâmpada é necessário configurar seus parâmetros de acordo com o
circuito a ser feito. São estes parâmetros: MAXIMUM RATED VOLTAGE
,MAXIMUM RATED POWER e BURNOUT VOLTAGE
Figura 4.26
Maximum rated voltage Tensão sobre a lâmpada;
Maximum rated power Potência da lâmpada;
BURNOUT VOLTAGE Tensão máxima que a lâmpada suporta, valores maiores que
o estabelecido nesse parâmetro a lâmpada vai queimar (veja a figura 4.28).
4.22 - Estados da lâmpada:
Figura 4.27 -Lâmpada funcionando normalmente
Figura 4.28 -Lâmpada queimada
Agora que foram apresentados os dois simuladores propostos, responda:
- Qual será o simulador utilizado por você? Por quê? A partir da escolha feita, faça os
procedimentos a seguir se limitando a fazer apenas naquele simulador que foi o
escolhido (item 5 para o ECS e item 6 para o Multisim Live)!
Resposta:
Preencha aqui a resposta solicitada.
5. PRATICANDO COM O SIMULADOR ELECTRIC CIRCUIT STUDIO
5.1 - Monte o circuito da Figura 5.1, onde a tensão V1 é de 220 V eficazes, 60 Hz e o
transformador é para 220/10 V. Preencha a Tabela 5.1 com os valores medidos de
tensão e corrente. Demonstre as medidas através de “prints” da tela.
Figura 5.1
Tabela 5.1
Valor
nominal
Valor
medido
Tensão no Primário (V)
Tensão no Secundário (V)
Corrente no Secundário (A)
(Valor nominal é o valor calculado; Valor medido é o obtido no simulador)
5.1.1 Prints:
Insira aqui os prints que achar necessário.
5.1.2 Cálculos:
Insira aqui os cálculos realizados nesse procedimento.
5.1.3 Comentários:
Preencha aqui os comentários observados.
5.2 - Escolha uma lâmpada em MISC (onde também é possível selecionar voltímetro e
amperímetro), monte o circuito da Figura 5.2 e meça tensão e corrente. O secundário
do transformador deve ter 5 V eficaz, portanto, dimensione L2 (L1 = 1 H e a tensão no
primário é de 220 V eficaz). Além disso, clique na lâmpada, vá em PROPERTIES e
altere VOLTAGE para 5 V. Por fim, simule clicando em RUN, clique no LED e depois
em SHOW (ícone vizinho a PROPERTIES). Preencha a Tabela 5.2. Demonstre as
medidas através de “prints” da tela. Obs: a potência deverá ser calculada, a partir
das medições realizadas!
Figura 5.1
Tabela 5.2
Valor
Nominal
Valor
medido
Tensão no secundário (V)
Corrente no secundário (A)
Potência no secundário (W)
5.2.1 Prints:
Insira aqui os prints que achar necessário.
5.2.2 Cálculos:
Insira aqui os cálculos realizados nesse procedimento.
5.2.3 Comentários:
Preencha aqui os comentários observados.
6. PRATICANDO COM O SIMULADORMULTSIM LIVE
6.1 - Monte o circuito da Figura 6.1, onde a tensão V1 é de 220 V eficazes, 60 Hz e o
transformador é para 220/10 V(de acordo com os itens 4.7 ao 4.9) e preencha a Tabela
6.1 com os valores medidos de tensão e corrente. Demonstre as medidas através de
“prints” da tela.
Figura 6.1
Tabela 6.1
Valor
nominal
Valor
medido
Tensão no Primário (V)
Tensão no Secundário (V)
Corrente no Secundário (A)
(Valor nominal é o valor calculado; Valor medido é o obtido no simulador)
6.1.1 Prints:
Insira aqui os prints que achar necessário.
6.1.2 Cálculos:
Insira aqui os cálculos realizados nesse procedimento.
6.1.3 Comentários:
Preencha aqui os comentários observados.
6.2 - Para o exercício seguinte, será utilizada uma lâmpada disponível na ferramenta, ao
colocá-la, esta estará desconfigurada, ajuste os parâmetros para: o MAXIMUM
RATED VOLTAGE coloque valor da tensão no secundário 10 V, para oMAXIMUM
RATED POWER, escolha uma das opções (60W, 100W, 150W e 200W), que são as
configurações das lâmpadas existentes no laboratório. Para o BURNOUT VOLTAGE é
colocado 400V. Utilize o transformador com uma relação de 220/10, mostre os cálculos.
Demonstre as medidas através de “prints” da tela.
Figura 6.2
Tabela 6.2
Valor
Nominal
Valor
medido
Tensão no secundário (V)
Corrente no secundário (A)
Potência no secundário (W)
6.2.1 Prints:
Insira aqui os prints que achar necessário.
6.2.2 Cálculos:
Insira aqui os cálculos realizados nesse procedimento.
6.2.3 Comentários:
Preencha aqui os comentários observados.
7. BANCADAS DO LABORATÓRIO
Agora que os resultados da simulação foram obtidos, vocês virão ao laboratório para
realizar os mesmos procedimentos na prática. Algumas informações úteis:
● O laboratório possui quatro bancadas disponíveis para essa prática;
● Cada bancada possui uma tomada monofásica e uma saída trifásica de 380Vca
de linha;
● A saída trifásica de 380Vca é alimentada diretamente pela concessionária local
(Enel). E suas fases podem ser utilizadas individualmente através do acionamento de
disjuntores monofásicos.
● Cada bancada comporta no máximo dois painéis de montagem;
● E cada bancada deve ser destinada para, no máximo, quatro alunos.8. PROCEDIMENTOS LABORATORIAIS.
8.1 - Utilizando um multímetro, ou alicate volt-amperímetro, meça a tensão nos bornes
da saída trifásica de 380Vca (Figura 8.1) e preencha a Tabela 8.1.
Figura 8.1
Tabela 8.1
Tensão (V)
Neutro-Fase A
Neutro-Fase B
Neutro-Fase C
Fase A-Fase B
Fase A-Fase
C
Fase B-Fase C
8.2- Alimente o transformador do painel A (Figura 8.2) com 220Vca da bancada e
meça a tensão nos bornes do seu secundário utilizando o voltímetro do painel A. Meça,
também, a tensão no primário desse mesmo transformador utilizando um voltímetro do
painel e preencha a Tabela 8.2. Obs.: Bp – bobina do enrolamento primário, Bs –
bobina do enrolamento secundário.
Figura 8.2
Tabela 8.2
Tensão (V)
Primário
Secundári
o
8.3- Desconecte o transformador do painel A e, utilizando o multímetro ou alicate
volt-amperímetro, faça o teste de continuidade entre os terminais dos enrolamentos
primário e secundário e entre dois terminais (um do primário e outro do secundário do
transformador). Anote os resultados.
Resultados:
8.4- Utilizando o multímetro ou alicate volt-amperímetro, faça, agora no Varivolt, o
teste de continuidade entre os terminais dos enrolamentos primário e secundário e entre
dois terminais (um do primário e outro do secundário do varivolt). Anote os resultados.
Resultados:
8.5- Monte o circuito da Figura 8.3 ajustando o varivolt para 10Vca na sua saída e
preencha a Tabela 8.3.
Figura 8.3
Tabela 8.3
Tensão
(V)
Corrente
(A)
Primário
Secundári
o
8.6- Escolha uma lâmpada qualquer (60W, 100W, 150W ou 200W), monte o circuito da
Figura 8.4 e meça a corrente utilizando tanto o alicate volt-amperímetro quanto o
amperímetro do painel A. Preencha a Tabela 8.4.
Informe a lâmpada escolhida: .
Figura 8.4
Tabela 8.4
Corrente
(A)
Alicate Volt-amperímetro
Amperímetro do painel
A
8.7- Utilizando a mesma lâmpada escolhida no item anterior e o wattímetro do painel B,
monte o circuito da Figura 8.5 e anote a indicação do wattímetro.
Informe a lâmpada escolhida: .
Figura 8.5
Potência da lâmpada escolhida: ;
Potência indicada pelo wattímetro: .
8.8 QUESTIONÁRIO
1- Com relação ao item ‘8.2’, qual voltímetro, do painel A, foi usado para medir a
tensão no secundário do transformador e qual voltímetro foi usado para medir a tensão
no primário do transformador? Por quê?
2- Ainda com relação ao item ’8.2’ o que aconteceria se a fase e o neutro fossem
comutados entre os bornes do primário do transformador? Podemos ligar a fase e o
neutro no secundário desse transformador? Explique. E se energizássemos o secundário
desse transformador (nos seus bornes extremos, “0V-12V”) com uma tensão de 12Vca,
que tensão teríamos no primário do transformador?
3- Qual a potência da lâmpada escolhida no item ‘8.7’? A leitura do wattímetro confere
com o valor nominal de potência da lâmpada? O que aconteceria se a ligação da bobina
de corrente ou a bobina de tensão, do wattímetro, fosse invertida, e escreva o que foi
entendido por você(s).
4- Compare os resultados obtidos com a simulação com os resultados obtidos no
laboratório. Qual a diferença e por que há essa diferença?
9. CONCLUSÃO
Preencha aqui com sua conclusão