Medidas Elétricas - Apostilas - Informática Parte1, Notas de estudo de Informática

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Nossa Senhora da Penha, 2053 - Vitória - ES. CEP 29045-401 - Caixa Postal 683 Telefone: (027) 325-0255 Telefax: (027) 227-9017 CST - Companhia Siderúrgica de Tubarão AHD - Divisão de Desenvolvimento de Recursos Humanos AV. Brigadeiro Eduardo Gomes, s/n, Jardim Limoeiro - Serra - ES. CEP 29160-972 Telefone: (027) 348-1322 Telefax: (027) 348-1077 Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 7 Quanto à apresentação da medida • Instrumentos Indicadores - apresentam o valor da medida no instante em que está sendo feita, perdendo-se esse valor no instante seguinte; • Instrumentos Registradores - apresentam o valor da medida no instante em que está sendo feita e registra-o de modo que não o perdemos; • Instrumentos Integradores - apresentam o valor acumulado das medidas efetuadas num determinado intervalo de tempo. Quanto ao uso • Instrumentos industriais; • Instrumentos de laboratório. Instrumento de Ferro Móvel Na parte interna de uma bobina, uma chapa de ferro doce fixa é montada em oposição a uma chapa móvel. Se na bobina circula corrente, então ambas as chapas são magnetizadas identicamente em relação aos pólos resultantes, e desta forma, se repelem. Quando se dá a inversão do sentido de circulação da corrente, na bobina, as chapas são novamente magnetizadas identicamente, e continuam se repelindo. Por isto, os instrumentos de ferro móvel são adequados para a medição, tanto de corrente quanto de tensão, em corrente contínua e em alternada. As forças magnéticas das chapas exercem um conjugado sobre o eixo do ponteiro. A grandeza deste conjugado não é proporcional à corrente na bobina, mas sim ao quadrado desta corrente que está sendo medida. Portanto, uma corrente três vezes maior ocasiona uma deflexão do ponteiro nove vezes superior. Por isto, a escala de leitura tem intervalos menores nos valores mais baixos do que nos mais elevados. Por meio de uma forma adequada das chapas no instrumento, é possível corrigir este detalhe, com exceção dos valores bem baixos. Em muitos instrumentos, uma leitura exata apenas é possível na faixa contida entre dois pontos bem destacados sobre a escala. A mola montada sobre o eixo do ponteiro desenvolve um conjugado oposto ao das chapas, levando assim o ponteiro novamente a zero, quando o instrumento é desligado. O ponteiro destes instrumentos não estabiliza imediatamente a sua posição de leitura sobre a escala, em virtude de vibrações do sistema de medição. Por isto, é necessário acrescentar ao sistema câmaras de amortecimento. Este amortecimento é conseqüente da ação entre uma lâmina que se desloca dentro de uma câmara, deslocamento este dificultado pela resistência do ar. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 8 Companhia Siderúrgica de Tubarão Estes instrumentos são freqüentemente encontrados devido à sua construção robusta e mesmo assim simples, para aplicações industriais. Instrumento de ferro móvel Instrumento de Bobina Móvel No campo de um imã permanente, é montada uma bobina móvel, giratória, alternada por corrente elétrica. a corrente é levada até a bobina por meio de molas espiras, que simultaneamente desenvolvem o conjugado de oposição ao deslocamento da bobina. A rotação da bobina e consequente deflexão do ponteiro, são proporcionais à corrente, o que faz com que os intervalos sobre a escala estejam igualmente distanciados. O ponto zero da escala pode tanto ficar no meio quanto na extremidade. Quando ocorre inversão do sentido de circulação da corrente, ocorre também a inversão da rotação da bobina ou da deflexão do ponteiro. Disto resulta que este instrumento apenas pode ser usado para medição de tensão ou corrente contínua. O amortecimento do movimento do ponteiro é obtido por frenagem de correntes de histerese, oriundas do movimento de rotação de uma moldura de alumínio que envolve a bobina móvel, no campo magnético. Instrumento de bobina móvel Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 9 Instrumento Eletrodinâmico O sistema de medição eletrodinâmico consiste de uma bobina móvel e uma fixa. Perante a passagem de determinada corrente, as bobinas apresentarão a mesma polaridade e assim levarão o ponteiro à deflexão, por repulsão. A corrente que alimenta a bobina móvel é levada a esta por meio de 2 molas espirais, que, simultaneamente, desenvolvem uma força contrária ao deslocamento angular. Instrumento eletrodinâmico Numa inversão do sentido da corrente, ambas as bobinas invertem ao mesmo tempo a sua polaridade. Com isto, as condições de repulsão entre as bobinas não se alteram e a deflexão do ponteiro se dá sempre para o mesmo lado. Por esta razão, o instrumento pode ser utilizado tanto em corrente contínua quanto alternada. Usado como amperímetro ou como voltímetro, ambas as bobinas são ligadas em série ou, perante correntes muito elevadas, são ligadas em paralelo. A principal aplicação deste tipo de instrumento é encontrada nos medidores de potência (Wattímetros). Como a potência é obtida do produto da tensão pela corrente, a bobina fixa é dimensionada como bobina de corrente, e a móvel como de tensão. A potência, em watts, pode assim ser obtida diretamente por simples leitura. Na medição de potências em corrente alternada, a potência indicada é a potência útil, porque apenas aquela parte da corrente efetuará um trabalho, que estiver em fase com a tensão, e assim seu valor P = U x I x cosϕ. O amortecimento é obtido por uma câmara com ar, tal como no instrumento de ferro móvel. Às vezes são empregados instrumentos de medição blindados por uma chapa de ferro, para evitar influências magnéticas presentes no ambiente externo. Neste tipo, a bobina fixa é montada dentro de um anel de ferro fechado e laminado, evitando-se assim a formação de correntes parasitas. A precisão do instrumento é menor devido ao ferro. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 12 Companhia Siderúrgica de Tubarão Sistema de medição com fio térmico Instrumento Eletrostático O funcionamento deste instrumento baseia-se na atração recíproca de corpos eletricamente carregados, com polaridades contrárias. o instrumento se compõe de placas fixas e móveis, às quais é ligada a tensão a ser medida. Sobre o eixo do disco móvel, é montado um ponteiro. Uma mola atua no sentido contrário ao deslocamento deste. Instrumentos eletrostáticos se destinam especificamente à medição de tensões elevadas, pois apenas estas são capazes de desenvolver um conjugado suficientemente elevado. O instrumento pode ser usado tanto em corrente contínua, quanto em corrente alternada. Instrumento Eletrostático Medição de corrente e de Tensão Medição de Corrente Todos os instrumentos destinados a medir correntes, que atualmente são utilizados, baseiam o seu funcionamento na ação magnética da corrente. Medidores de corrente ou amperímetros são ligados em série com o circuito de corrente, apresentando uma pequena resistência interna. Instrumentos de ferro móvel são fabricados para correntes até 250A, enquanto os de bobina móvel são executados para medir correntes de apenas alguns ampères. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 13 Medição de corrente mais elevadas. Liga-se exatamente ao instrumento um resistor em paralelo, designado por derivador (antigamente shunt). Amperímetro Caso o amperímetro deva ser utilizado para uma faixa de medição n vezes superior a existente (fator de amplificação n), então uma parte da corrente passará pelo amperímetro e (n-1) partes deverão passar pelo derivador. Re ~sistencia Resistencia do Instrumento R Fator de amplificacao 1 iR R R nn n i= − = − 1 Exemplo: A faixa de medição de amperímetro deve ser ampliada de 100µA para 1A. A resistência interna é de 2 ohms. Qual o tamanho do derivador Rn? Fator de amplificação: n R R n ohmsn i= = = − = − = = 1 01 10 1 2 10 1 2 9 0 22 , , , Para a medição de correntes alternadas elevadas, são usados transformadores de corrente. Medição de tensão Medidores de tensão ou voltímetros são medidores de corrente com elevada resistência interna. Quando da aplicação de uma tensão, circula nos aparelhos uma determinada corrente, que provoca a deflexão do ponteiro. Devido a resistência interna inalterável do instrumento, a escala pode ser ajustada em volts. Voltímetros são ligados em paralelo com o consumidor ou rede. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 14 Companhia Siderúrgica de Tubarão Medição de tensão mais elevadas É utilizado um resistor de pré-ligação. Voltímetro com resistor de pré-ligação Se a tensão a ser medida é n vezes superior a faixa de medição existente, então o valor de tensão a ser consumido pelo resistor é de (n - 1) volts. RP = Resistor de pré-ligação Ri = Resistência interna do instrumento Rp = Ri x (n - 1) Exemplo: A faixa de medição de um voltímetro de 12 volts deve ser ampliada para 60 volts. A resistência interna do instrumento é de 2000 ohms. Qual o valor de Rp? Fator ( ) ( )n R R np i= = = − = − =6012 5 1 2000 5 1 8000; ohms . Para a medição de tensões alternadas elevadas, empregam-se transformadores de potencial. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 17 Na execução normal de pontes de medição usa-se um potenciômetro no lugar do fio com cursor. Para se obter valores de medição exatos, o valor de R2 deve se aproximar o mais possível do valor de Rx. Isto leva a fazer com que o resistor R2 seja executado nos tamanhos de 1 - 10 - 100 - 10 000 ohms. Ponte de Medição de Corrente Alternada Para a medição de resistências de líquidos ou aterramento, deve-se usar corrente alternada no lugar da corrente contínua, pois caso contrário aparecerá uma decomposição química, que influirá sobre o valor da medição. Da mesma forma, numa medição de um resistor com parte reativa, a ponte deve ser alimentada com corrente alternada. A corrente é então obtida da bateria, tornada pulsante e ajustada por meio de um transformador. No lugar do galvanômetro é colocado um fone. A ponte de medição é ajustada até a posição em que o som desaparece do fone. Ponte de medição de corrente contínua com campainha Medição de Potência Nos instrumentos eletrodinâmicos utilizados para a medição de potência, um resistor é ligado antes da bobina de tensão, quando a corrente nesta bobina não deve atingir valores muito elevados. Neste caso, a ligação deve ser feita de tal forma que a bobina de corrente e a de tensão em uma de suas extremidades estejam ligadas ao mesmo pólo (P). Ligação das bobinas do wattímetro Ligação do Wattímetro Assim, evita-se que entre as duas bobinas esteja atuando toda a tensão, o que poderia dar origem à descarga no instrumento. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 18 Companhia Siderúrgica de Tubarão Se a deflexão do ponteiro se der no sentido inverso ao desejado, então é necessário inverter a polaridade de uma das bobinas não modificaria o sentido de deflexão. Nos casos de igual carga para a fase, a potência total é 3 vezes maior que a potência de uma fase. Por esta razão, um medidor de potência pode ser ligado a um dos condutores de fase (A). A bobina de tensão é ligada entre a fase considerada (R) e o condutor neutro ou ponto de estrela. Ligação do wattímetro para medir a potência de fase No caso de um sistema de 3 condutores, o ponto neutro é formado artificialmente por meio de 3 resistores, neste caso, o resistor de pré-ligação Rp deve ser menor que os resistores R1 e R2, pelo valor da resistência interna do aparelho Ri, de modo que R1 = R2 = Rp + Ri. Ligação da potência de fase com neutro artificial No caso de cargas desequilibradas nas diversas fases, a medição pode ser feita por meio de 3 wattímetros. Medição da potênica total com 3 wattímetros A potência total é dada pela soma das 3 potências parciais. A bobina de corrente é ligada nas 3 fases, e os terminais das 3 Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 19 bobinas de tensão são unidos entre si ou levados a um condutor neutro existente. A ligação com 3 wattímetros é pouco usada, empregando-se mais o sistema de 2 wattímetros, que permite obter o valor total, somando-se os valores medidos em ambos os instrumentos. Medição de potência total com 2 wattímetros As bobinas de corrente são inseridas em duas fases externas e as extremidades das duas bobinas de tensão são ligadas àquele condutor de fase, que ainda não recebeu ligação. Medidores de Energia Elétrica Generalidades Para a medição do trabalho elétrico, são empregados medidores de energia elétrica cujos valores são obtidos em função da tensão, da corrente e do tempo. Dependendo do seu emprego, são encontrados diversos tipos, classificados segundo: 1. Tipo de corrente: corrente contínua , alternada monofásica e alternada trifásica. 2. Tipo de medição: medidores de ampère-horas, medidor de watt-horas. 3. Tipo de construção: medidor com motor, medidor de indução, medidor eletrolítico. 4. Medidor de diversas tarifas: medidor que após um determinado tempo passa a um segundo sistema de medição ou um medidor que apenas marca consumo acima de um determinado valor, medida de máxima. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 22 Companhia Siderúrgica de Tubarão A designação dos terminais dos medidores de corrente contínua e corrente alternada é normalizada. Designação dos terminais A ligação de um medidor de watt-horas de dois condutores e de três condutores pode ser vista nas figuras abaixo. Medidor de watt-horas de dois condutores Medidor de watt-horas de três condutores Medidor eletrolítico Este medidor baseia-se na decomposição eletrolítica de um líquido. Nesta decomposição, dá-se a liberação de hidrogênio ou metal. A quantidade que se desprende é proporcional à corrente e ao tempo, podendo, desta forma, ser usada como uma medida das ampères- horas. Tais medidores podem apenas ser usados em corrente contínua. Medidor de Corrente Alternada Funcionamento Um disco de alumínio, montado de tal forma que possa girar horizontalmente, fica sob a ação de diversos compos magnéticos alternados próximos. Por meio destes campos aparecem no disco correntes parasitas. Os efeitos magnéticos destas correntes influem entre si e originam a rotação do disco. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 23 a. Rotação do disco por blindagem Um campo magnético pode ser blindado parcial ou totalmente, quando o pólo do imã é dotado de um anel metálico. O mesmo efeito tem uma lâmina de ferro em presença de um campo. Rotação do disco por meio da ação de um anel de blindagem O fluxo magnético induz, assim, de um lado o anel metálico, e do outro, com seu fluxo não blindado, o disco. Desta forma desenvolvem-se correntes de igual sentido em ambos os lados, cujos campos se atraem, dando ao disco o movimento de rotação. b. Rotação do disco pela atuação de dois campos magnéticos Medidores de corrente alternada são construídos de tal modo que dois campos alternados, defasados entre si, atuam sobre um disco de alumínio. Rotação dos disco por meio de dois campos magnéticos Um dos campos é criado pela bobina de tensão, o outro pela bobina de corrente. O defasamento de 90º entre ambos é devido, em grande parte, ao fato de a bobina de tensão, com elevado número de espiras, apresentar uma indutância bem superior à bobina de corrente. Além disto, a bobina de tensão é feita com um circuito magnético paralelo, de modo que apenas parte do fluxo passa pelo disco. Desta forma, aparece mais um defasamento angular. Para o ajuste exato da posição de fase, os enrolamentos de tensão e de corrente são dotados de mais um enrolamento auxiliar, que é curtocircuitado por meio de um reostato. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 24 Companhia Siderúrgica de Tubarão Construção O mecanismo registrador é acionado por meio de uma engrenagem, que está ligada ao eixo do induzido. Um imã permanente forma também aqui a força oposta à rotação, por meio da ação das correntes parasitas. Medidor de corrente monofásica Para compensar as forças de atrito, desenvolve-se um conjugado suplementar, obtido por meio de uma blindagem parcial do campo da bobina de tensão ou por meio de um pequeno parafuso de ferro, lateralmente ao campo magnético. Obtêm-se assim uma distribuição irregular do campo magnético e, com isto, uma força resultante que motiva a rotação. Uma lâmina de frenagem evita a rotação sem carga, tal como no medidor com motor de corrente contínua. Medidores Trifásicos Para a medição do trabalho em corrente trifásica, com carga equilibrada, basta um medidor de corrente monofásica. Este é ligado em uma das fases e o valor medido é multiplicado por três. No caso de carga desequilibrada, empregam-se dois instrumentos de medição, que estão interligados da mesma forma como os dois wattímetros. Medidor de watt-horas na ligação com dois wattímetros Os dois discos do induzido são, neste caso, montados sobre um mesmo eixo. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 27 Se os bornes L e T estiverem abertos, haverá circulação de corrente somente pela bobina B, que recebe tensão através do resistor de amortecimento R. O campo magnético criado por essa bobina B um deslocamento do conjunto de bobinas móveis, levando o ponteiro para o ponto infinito da escala graduada. Se os bornes L e T estiverem fechados em curto circuito haverá circulação de corrente também pela bobina B1, que receberá tensão através do resistor de amortecimento R1. O campo magnético criado pela bobina B1 será forte e oposto ao criado pela bobina, o que fará com que o conjunto de bobinas móveis se desloque para outro lado, levando o ponteiro para o ponto zero da escala graduada. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 28 Companhia Siderúrgica de Tubarão Se os bornes L e T forem fechados através de um resistor Rx de valor elevado, a corrente que fluirá pela bobina B1 terá uma intensidade menor, ocasionada pela queda de tensão no resistor Rx. O campo magnético criado pela bobina B1 terá uma intensidade menor, porém ainda em oposição ao campo criado pela bobina B. Nessa situação o conjunto móvel se deslocará levando o ponteiro para um ponto intermediário da escala graduada. Esse ponto intermediário é o valor da resistência ôhmica do resistor Rx. A escala do megôhmetro é graduada em megohms e a sua graduação não é homogênea. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 29 A leitura da escala graduada do megômetro é direta, ou seja, basta localizar a posição do ponteiro sobre a escala graduada e fazer a leitura. - O ponteiro está localizado sobre o número 20. Portanto, Ri = 20 MΩ. - O ponteiro está localizado sobre o número 1,4. Portanto, Ri = 1,4 MΩ. Medição da resistência de isolamento entre a fiação e a tubulação metálica (massa) da instalação elétrica.