trabs inst. Elétricas

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Curso: Eletromecânica de Manutenção Industrial
Módulo: Instalações Elétricas - Generalidade
Formador: Luís Andrade
Introdução
Os primeiros instrumentos para medir correntes elétricas surgiram por volta de 1820, quando o físico dinamarquês Oersted provou que elas poderiam provocar efeitos magnéticos. Tais aparelhos eram conhecidos com “galvanómetros de tangente”.
“Quando você puder medir aquilo de que está falando e exprimir isso em números, saberá algo sobre tal coisa. Enquanto você não puder exprimi-lo em números, seu conhecimento é insatisfatório. Pode ser o início do conhecimento, mas você terá avançado muito pouco em seus pensamentos, em direção ao estágio da ciência”. 
	 	 	 	 William Thompson, Lord Kelvin (1824,1907) 
 
O objetivo deste capítulo é ensinar, de uma forma simples, segura e eficaz, quais os três passos fundamentais para se efetuar uma medição elétrica:
1º - Ter uma ideia do valor da grandeza.
2º - Instrumento que temos = Instrumento que precisamos? 
3º - Proceder à medição
Medidas elétricas só podem ser realizadas com a utilização de instrumentos medidores, que permitem a quantificação de grandezas cujo valor não poderia ser determinado através dos sentidos humanos, após, é claro uma pequena explanação sobre incertezas de medição.
Incerteza na Medição
Quando utilizamos um instrumento de medição para conhecer o valor de uma dada grandeza existente num sistema, pretendemos conhecê-la com o maior grau de exatidão possível.
Nenhuma medida física pode fornecer um valor exato. Isto porque vários fatores influenciam no processo de medição, tais como: 
Imprecisão do instrumento utilizado (calibração); 
Influência do instrumento de medição no circuito; 
Imperícia do experimentador (erros de leitura); 
Erros acidentais ou aleatórios, como a flutuação da tensão elétrica em uma bancada, por exemplo. 
Desta maneira, nenhuma medida física pode ser expressa de forma absoluta, devendo ser expressa com uma incerteza conforme mostra o esquema: 2,5V ±1%. Neste caso, o valor numérico da medida é 2,5, a unidade é o volt e a incerteza de medida, considerando os fatores citados acima, é de 0,025V para mais (2,525V) ou para menos (2,475V).
Instrumentos Básicos De Medidas Elétricas
Denominam-se básicos os instrumentos destinados à medida das grandezas elétricas básicas: corrente, tensão, potência e energia. Outras grandezas elétricas – como resistência e capacitância - podem ser determinadas a partir de adaptações feitas nesses medidores básicos.
Os aparelhos de medição são instrumentos que, através de escalas, gráficos ou dígitos, fornecem os valores numéricos das grandezas que estão sendo medidas, podem ser:
Indicadores: - são aparelhos que, através do movimento de um ponteiro em uma escala ou de uma tela digital, fornecem os valores instantâneos das grandezas medidas.
Registradores: - têm o princípio de funcionamento semelhante ao dos instrumentos indicadores, sendo que, é adaptado à extremidade do ponteiro, uma pena, onde se coloca tinta. Sob a pena corre uma tira de papel com graduação na escala conveniente.
Integradores: - São aparelhos que somam os valores instantâneos e fornecem a cada instante os resultados acumulados. O aparelho integrador pode ser de ponteiros ou de ciclómetro ou dígitos.
Classificação dos Instrumentos de Medidas Elétricas 
Os instrumentos de medidas elétricas podem ser classificados de várias formas, de acordo 
com o aspeto considerado quanto à: 
Grandeza a ser medida: amperímetro (corrente); voltímetro (tensão); wattímetro (potência ativa); varímetro (potência reativa); fasímetro ou cosifímetro (desfasagem entre tensão e corrente ou cosϕ); ohmímetro (resistência); capacímetro (capacitância); frequencímetro (frequência).
 Forma de apresentação dos resultados: 
analógicos, nos quais a leitura é feita de maneira indireta, usualmente através do posicionamento de um ponteiro sobre uma escala;
digitais, que fornecem a leitura diretamente em forma alfanumérica num display.
Os instrumentos digitais ganham a cada dia destaque entre os dispositivos de medidas elétricas. Dois fatores são apontados para seu sucesso: 
comodidade do operador – é muito mais fácil ler o resultado diretamente no display do que o deduzir a partir da posição de um ponteiro sobre uma escala; 
queda dos preços – nos últimos anos o custo dos instrumentos digitais reduziu-se 
vertiginosamente. 
Equipamentos para Medição Elétrica
Como em qualquer setor de serviços comerciais e industriais, o setor elétrico possui normas rígidas para a segurança e a qualidade das medições de carga elétrica.
Medição de Corrente Elétrica: Amperímetro 
 						
 Em amperímetros analógicos o galvanômetro pode ser implementado como uma bobina sob a influência de um imã permanente funciona baseado na indução magnética que a passagem de corrente ocasiona sobre determinado sensor, denominado galvanômetro. Deixando a bobina livre para girar em torno de um eixo, pode-se determinar a corrente que o atravessa, pela deflexão angular que ela sofre. Pode medir tanto corrente contínua como corrente alternada. A unidade utilizada é o Ampére (A).
O amperímetro deve ser ligado sempre em série, para aferir a corrente que passa por determinada região do circuito. Para isso o amperímetro deve ter sua resistência interna muito pequena, a menor possível.Figura 1 - Medida de corrente com amperímetro: conexão do instrumento; diagrama da ligação
Se for ligado em paralelo como é o voltímetro, será provocado no circuito um curto circuito e com o operador correrá o risco de se acidentar e danificar o aparelho.
Em amperímetros digitais, o galvanômetro é um circuito eletrônico que compara o valor de corrente medido com um valor de corrente pré-determinado gerado pelo próprio aparelho. Se a interrupção do circuito é impraticável pode-se usar um amperímetro-alicate, capaz de medir a corrente pelo campo magnético que esta produz ao passar no condutor. 
						 
Figura 2 - Multímetro digital com alicate amperímetro.
Indicam também, além intensidade da corrente, seu sentido que, quando for positiva ela circula no sentido horário e negativa, no sentido anti-horário. 
Amperímetro não Ideal
Amperímetro Ideal
						
Medição de Tensão Elétrica: Voltímetro
						
O voltímetro é o instrumento de medição de diferença de potencial. É ligado em paralelo com o circuito no qual se deseja determinar a tensão. Este aparelho deve apresentar resistência interna elevada a fim de impedir a passagem de corrente através de si. A unidade utilizada é Volt (V).
Também no caso dos voltímetros é possível a ampliação de escalas, isto é, utilizar um voltímetro com fundo de escala inferior à tensão que se quer medir. Para tanto, conecta-se em série com o instrumento um resistor cujo valor seja apropriado para receber o “excesso” de tensão.
Medição de correntes e tensões elevadas
Medição de Correntes Elevadas
Se necessitarmos de medir correntes a partir das dezenas de amperes, os multímetros (amperímetros) convencionais já não servem, pois normalmente só medem correntes até cerca de 10, 20 A. A medição de correntes “fortes” pode então ser efetuada segundo um de três métodos:
usando um “shunt” de corrente;
usando um transformador de intensidade;
usando uma pinça amperimétrica (ou ponta de corrente);
“Shunts” de Corrente
Muitas vezes, em sistemas elétricos industriais, recorre-se a “shunts” de corrente, de forma a medir correntes fortes com amperímetros “normais”.
Transformadores de Intensidade
O transformador de intensidade dispõe de um núcleo ferromagnético (de forma circular) com um enrolamento (muitas espiras em série).
O transformador de intensidade apenas permite medir corrente alternada, pois se não houver variação do fluxo magnético produzido pelo condutor, não irá haver indução de força eletromotriz no enrolamento. Se o condutor for percorrido por corrente contínua (constante), o transformador de intensidade irá dar um valor nulo!
PinçasAmperimétricas
As pinças amperimétricas (ou pontas de corrente) são cada vez mais utilizadas em aplicações que exijam portabilidade do equipamento de medição. Os transformadores de intensidade e os shunts de corrente, pelo contrário, estão normalmente (e por razões óbvias) associados a instalações de medição fixas (que raramente sofrem alterações). Está dividida por duas características: 
• indicação - com ou sem indicação (do valor da corrente);
• princípio de funcionamento - passivas ou ativas.
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Medição de Tensões Elevadas
Transformadores de Tensão
Para medir tensões a partir de cerca de 1 kV, que é o valor máximo para a maior parte dos voltímetros (multímetros), necessitamos de utilizar transformadores (abaixadores) de tensão.
Da mesma forma que o transformador de intensidade, o transformador de tensão apenas permite medir corrente alternada. Se aplicarmos uma tensão contínua ao primário, teremos uma força eletromotriz nula no secundário.
Cuidados na Medição de Corrente e Tensão 
 	É conveniente salientar que a escala de medição de tensão ou corrente do multímetro não deve ser menor do que a grandeza a ser medida, pois isso acarretará em danos ao galvanômetro do aparelho. Assim, deve-se começar a medição com a seleção da maior escala de leitura possível e diminuí-la à medida que o valor medido assim o permitir. 
Medição de Resistência Elétrica: Ohmímetro
Medidor
R
 Aparelho de medida elétrica que mede a Resistência Elétrica (oposição à passagem de corrente elétrica) que é determinado a partir da lei de Ohm. Originalmente o ohmímetro provinha de uma pequena bateria que aplicava uma diferença de potencial na resistência. 
O circuito elétrico deverá estar sem energia é também usado para se verificar a continuidade de um circuito. A unidade utilizada é Omega (Ω).
Para medir a corrente elétrica através da resistência é usado um galvanômetro. A tensão sempre fixa da bateria garantia com que conforme a resistência diminuísse, a corrente através do medidor aumentasse.
Um ohmímetro com alta precisão tem 4 terminais que são chamados de contatos Kelvin. Enquanto 2 transportam a corrente do medidor, outros 2 permitem medir diretamente a tensão sobre o resistor. Desse modo o medidor ignora qualquer queda de tensão sobre o primeiro par de fios.
 Cuidados na Medição de Resistências
A medição de resistência elétrica deve ser feita tomando os seguintes cuidados: 
Um ohmímetro nunca deve ser usado para a medição de resistências onde existe tensão, ou seja, no caso de medir resistências que fazem parte de um circuito este deve ser desligado e descarregado. 
O ohmímetro tem uma fonte de tensão nele incorporada, portanto, é necessário certificar-se que esta tensão não danifica o objeto que está sendo medido; 
Deve-se realizar o ajuste do zero do ohmímetro analógico; 
Não se deve tocar com as mãos os terminais do componente para não colocar em derivação a resistência do próprio corpo.
Medição de Potência Elétrica: Wattímetro
É o aparelho apropriado para a medida de potência ativa. Os wattímetros analógicos possuem duas bobinas, uma para a medida de tensão (também chamada bobina de potencial) e outra para medir a corrente (bobina de corrente). O aparelho é construído de tal forma que o ponteiro indica o produto dessas duas grandezas multiplicado, ainda, pelo cosseno da desfasagem entre elas (fator de potência). Na Figura mostra-se sua conexão para a medição de potência ativa em uma carga. 
	
	 Fonte
As seguintes características de funcionamento:
Mínimo desvio de fluxo de corrente quando medir tensão.
Quando medir corrente, não introduzir queda de tensão nos seus terminais. 
Medição de Frequência Elétrica: Frequencímetro
O frequencímetro, também chamado de frequenciômetro, é um equipamento eletrônico bastante utilizado na realização de medições de frequência de sinais, de modo periódico, na qual se utiliza a unidade Hz (hertz) de medida. Uma grande quantidade de equipamentos depende da frequência exata de um oscilador ou ainda de um sinal de entrada para seu correto funcionamento, esse instrumento mede a frequência de um sinal elétrico, numa ampla faixa de frequências, podendo essa ser tanto em Hz, como também em MHz, kHz e GHz.
Temos aparelhos denominados frequencímetros que podem ser basicamente de dois tipos:
a) analógicos, em que existe um indicador que pode ser uma agulha que corre numa escala com divisões.
b) digitais, em que a indicação é feita por um indicador de dígitos, cuja quantidade depende da precisão desejada.
Os princípios de funcionamento dos frequencímetros variam conforme sua aplicação e também a faixa de frequências que devem medir.
Ressalta-se que muitos frequencímetros digitais, além das funções tradicionais acima especificadas, têm também a capacidade de medição do período do sinal, podendo essa medição ser realizada em:
segundos;		milissegundos;	microssegundos;		nano segundos.
Multímetro = Voltímetro + Amperímetro + Ohmímetro +…
O nome normalmente atribuído aos instrumentos de medição classifica-os quanto às grandezas que medem. Referem-se aqui alguns exemplos de instrumentos de medição que envolvem circuitos elétricos ou eletrónicos, bem como a grandeza a que se destinam:
	Nome do Instrumento
	Grandeza Medida
	Busca-pólos
	Tensão elétrica
	Voltímetro
	Tensão elétrica
	Amperímetro
	Corrente elétrica
	Ohmímetro
	Resistência elétrica
	Multímetro
	Diversas grandezas elétricas
	Capacímetro
	Capacidade
	Frequencímetro
	Frequência
	Fasímetro
	Fase (cos ϕ)
	Wattímetro
	Potência ativa
	Varímetro
	Potência reativa
	Contador
	Energia elétrica
	Ponte de Wheatstone
	Resistência elétrica
	Ponte RLC
	Resistência, indutância e capacidade
	Potenciómetro
	Tensão elétrica (usando uma pilha padrão)
	Osciloscópio
	Análise temporal de sinais analógicos
	Analisador Lógico
	Análise temporal de sinais digitais
	
Gerador de Sinais
	Programáveis/não programáveis
	
Analisador de Espectro
	Análise espectral (frequências) de sinais (analógicos ou digitais)
	Pinça Amperimétrica
	Grandes correntes, sem interromper o circuito.
	
Analisador de Redes
	Deteção de circuitos abertos, curto-circuitos, com localização (distância) da falha.
	Medidor de Campo
	Intensidade do campo eletromagnético
	Lucímetro
	Intensidade luminosa
	
Calibrador
	Gera e mede diversas grandezas elétricas, permitindo efetuar a calibração de diversos instrumentos.
	Fonte de Alimentação
	Tensão/corrente, CC/CA
	Caixas de Décadas
	Resistência, capacidade, indutância
	
Padrões de Medição
	Tensão (pilha padrão), resistência, capacidade, indutância, etc.
Medição de Energia Elétrica: Contadores
O medidor monofásico do consumo energia elétrica, popularmente chamado de relógio de luz, compõe-se de duas bobinas - uma de tensão, ligada em paralelo com a carga e uma de corrente, ligada em série com a carga. As duas bobinas são enroladas sobre o mesmo núcleo de ferro, que é usado pelas concessionárias de energia elétrica. Este tipo de medidor mede gastos de energia elétrica mensalmente em kWh em residências, comércios e empresas.
O que é kWh?
O KWh, quilowatt hora é uma unidade derivada de energia igual a 3,6 megajoules.  Se a energia está sendo transmitido ou usado em uma taxa constante durante um período de tempo, a energia total em quilowatts-horas é o produto da potência em quilo watts e o tempo em horas.
Ou seja, o quilowatt-hora é uma unidade de energia equivalente a um quilowatt (1 kW) de potência sustentada por uma hora. Como exemplo, um chuveiro elétrico de 1000 watts (1 kW), ligado por uma hora.
Demanda de potencia: KW – Média da potencia elétrica solicitada num intervalo de 15min.
Consumo de energia: KWh – valor acumulado de energia consumida ao longo do tempo de tarifação.
Classificação de contadores de eletricidade
Por tipo de conexão: 
   - Contadores de inclusão direta no circuito de potência;- Contadores de conexão do transformador, conectados ao circuito de potência através de transformadores de medição especiais. 
Nos valores medidos: 
   - Monofásica (medição de corrente alternada 220V, 50Hz); 
   - Trifásico (380V, 50Hz). Os modernos medidores trifásicos eletrônicos suportam a contabilidade monofásica. 
  Os modernos medidores trifásicos eletrônicos suportam a medição monofásica.
Por design: 
Indução (contadores de eletricidade eletromecânico) - corrente, em que o campo magnético de bobinas condutoras fixas afeta o elemento mel a partir de um material condutor. O elemento móvel é um disco através do qual as correntes induzidas pelo campo magnético das bobinas fluem. A quantidade de eletricidade consumida, neste caso, é diretamente proporcional ao número de revoluções do disco;
 Eletrónico (estático eletrómetro) - corrente, onde a corrente alternada de tensão e de afetar elementos sólidos (eletrónico), para criar impulsos na saída, cujo número é proporcional à energia ativa medida. O mecanismo de contagem é um eletromecânico (tem uma vantagem em zonas de clima frio, desde que a instalação do dispositivo na rua ou dispositivo eletrónico, compreendendo tanto a memória e um visor;
Os medidores de eletricidade híbrida são uma versão intermediária raramente usada com uma interface digital, uma parte de medição de um tipo de indução ou eletrônica, um dispositivo de computação mecânica.
Recentemente, os medidores de eletricidade de indução (mecânica) estão se tornando menos populares e gradualmente sendo forçados a sair do mercado por medidores eletrônicos devido a suas deficiências:
   - falta da possibilidade de leituras remotas automáticas, 
   - taxa, 
   - Grandes erros na contabilidade, 
   - Má proteção contra roubo de eletricidade, 
   - Baixa funcionalidade 
   - Inconveniência na instalação e operação em comparação com dispositivos eletrônicos modernos.
Algumas pessoas se recusam a medidores eletrônicos devido ao seu alto custo, mas deve ser dito que, devido a toda a sua maior divulgação, o preço é um pouco reduzido, e eles se tornam mais acessíveis para o comprador comum.
A principal vantagem dos medidores eletrônicos são capazes de armazenar e exibir a quantidade de eletricidade usada, dependendo dos períodos de tempo programados e são muito mais duráveis, têm um período de intercalibração maior (4-16 anos).
Além das informações sobre os tipos de medidores de eletricidade, há várias outras nuances que precisam ser compreendidas. Primeiro de tudo, estamos falando sobre a marcação alfanumérica aplicada ao equipamento.
A tabela abaixo mostra a interpretação dos símbolos que podem ser indicados no instrumento:
Notação	Explicação
C		Tipo de dispositivo
A, P		Variedade de eletricidade (ativa / reativa)
Sobre	Medidor de eletricidade monofásica
3, 4		Número de condutores de fase na rede
Tem	Versatilidade
E	Variante do sistema de medição. O número de três dígitos após esta carta indica o tipo de design do dispositivo.
T		Modelo projetado para uso em climas tropicais.
P, M		Opção de execução. P - Dispositivo de fluxo direto. M - Medidor elétrico modernizado.
Quem confiar na instalação do balcão
A instalação ideal de um medidor pode ser chamada de instalação por um especialista profissional das organizações ou empresas relevantes que têm o direito de instalar este tipo de equipamento elétrico. Se você se sentir como um ótimo eletricista, o medidor pode ser instalado sozinho.
Antes da instalação de um medidor de eletricidade de qualquer tipo, um diagrama de fiação é feito, se não estiver incluído na entrega. O medidor adquirido é verificado quanto à adequação por características técnicas e tipo. Verificar a presença do selo nos parafusos de fixação. 
Ao mesmo tempo, a instalação do medidor de energia elétrica se torna uma medida acessível e confiável. Por razões de segurança, o protetor fecha a trava interna e a leitura do medidor está disponível para monitoramento através de uma janela com vidro
Erros em decorrência do envelhecimento
Os principais motivos que podem causar o envelhecimento de um medidor em funcionamento, e que, contribuem para os erros encontrados na aferição do mesmo, são:
Ação do tempo
Contribui para o envelhecimento, técnicos dos medidores, através da oxidação dos lubrificantes. A entrada de pó, sujeiras e toxicidades ambientais, com o passar do tempo deterioram os lubrificantes. 
Desgaste das partes moveis
Como partes moveis entendemos, peças do registrador, rotor, partes do mancal. Estas partes estão continuadamente em movimento e exposta ao atrito, portanto sujeitas ao envelhecimento por desgaste, os quais serão tanto maiores ou menores conforme características da instalação e construtivas do medidor.
Debilitação dos imãs
Nesse caso verifica-se um sensível enfraquecimento dos imãs de freio com o decorrer do tempo. Isso causa a diminuição do conjugado frenador que contribui para formação do conjugado final exercido sobre o elemento móvel. Esse efeito de envelhecimento ao contrario dos anteriores contribui para um erro positivo, isto é, o medidor ira registrar em excesso.
Fraudes mais Comuns na Medição de Energia Elétrica
Bloqueio parcial ou total do registrador;
Perfuração do vidro do medidor para cessar os mecanismos internos com o fio de aço ou similar;
Broqueio do disco do medidor diretamente através do furo na base, impedimento á rotação linear;
Ligação direta ou shunt, sem passar pelo equipamento de medição.
Procedimento apos a deteção da fraude
Encontrando no medidor um erro percentual acima de 15%, como dito a cima, é comprovada a existência de manipulação interna do aparelho, podendo ter sido o mesmo manipulado de varias maneiras, como já foi visto anteriormente. Assim, o cliente terá seu medidor retirado e seu fornecimento interrompido até que acertar sua divida com a concessionaria, pois será cobrado oficialmente conforme a lei permite.
SÍMBOLOS MAIS UTILIZADOS…
Existe um certo número de símbolos que aparecem nos instrumentos de medição que definem determinadas características do instrumento, nomeadamente características de funcionamento, metrológicas e de segurança.
… para definir o princípio de funcionamento.
No caso dos multímetros cujo dispositivo indicador é um elemento eletromecânico (vulgarmente conhecido por instrumento “analógico” ou “de ponteiro”), estes poderão ser dos tipos:
Eletromagnético de bobina móvel: a interação entre o campo magnético do estator, gerado por um íman permanente, e o campo magnético do rotor, gerado por um eletroíman percorrido pela corrente que se pretende medir, faz deslocar um ponteiro.
Símbolo
 
Eletromagnético de íman (ou ferro) móvel: o mesmo princípio, mas o íman (permanente) está no rotor e o eletroíman está no estator.
Símbolo
 
		… para definir o sistema de corrente.
Os seguintes símbolos definem se o instrumento está preparado para trabalhar em corrente contínua, alternada, nos dois sistemas.
Este tipo de símbolos aplica-se tanto nos multímetros analógicos como nos multímetros digitais, aparecendo sempre no mostrador ou na parte frontal do inumento.
… para definir a posição de trabalho.
Este tipo de símbolos só se aplica nos multímetros analógicos (de tecnologia eletromecânica), aparecendo (quase) sempre no mostrador do aparelho.
©ª Posição horizontal
	⊥	Posição vertical
Posição inclinada
… para definir o ensaio do isolamento elétrico.
												Ensaio de isolamento verificado de 500
V
2
Ensaio de isolamento verificado de 2
kV
0
Ensaio de isolamento não verificado
…para definir a categoria de sobretensão.
O Instituto Eletrotécnico Internacional (IEC) define várias categorias de sobretensão, que devem ser respeitadas:
CAT I Equipamento especial ou partes de equipamentos elétricos ou eletrónicos com pequenas sobretensõestransitórias.
	CAT II	Eletrodomésticos ou equipamento portátil.
CAT III Instalações fixas tendo em vista a distribuição e circuitos à entrada da manutenção elétrica de edifícios.
Este tipo de símbolos aplica-se tanto nos multímetros analógicos como nos multímetros digitais, aparecendo normalmente apenas no manual de utilização do instrumento.
… para definir a incerteza de medição.
	1,5	Classe 	de 	exatidão 	(ou 	índice 	de 	classe) 	do
instrumento. Valores normalizados: 0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 1,5 2,5 5,0.
	1,5 DC	 Classe de exatidão na medição de grandezas contínuas.
	2,5 AC	 Classe de exatidão na medição de grandezas alternadas.
… para definir a resistência interna.
	20000 Ω/V
	Valor da sensibilidade como voltímetro.
	20000 	Ω/V
DC
	Valor da sensibilidade como voltímetro em CC.
	5000 Ω/V AC
	Valor da sensibilidade como voltímetro em CA.
… para definir outras características.
Este tipo de símbolos aplica-se tanto nos multímetros analógicos como nos multímetros digitais, aparecendo tanto no mostrador, como na parte frontal, como no manual de utilização do instrumento:
 Instrumento com blindagem magnética.
Instrumento (ou terminal) protegido com fusível de proteção. No caso de um terminal, deverá estar referida a intensidade nominal do fusível.
Instrumento com retificação.
Atenção: não tocar durante a utilização
!
Atenção: não utilizar antes de consultar as instruções.
(
Referencial da) terra.
(
Referencial da) massa do instrumento.
Conclusão