Manual do Electricista

Manual do Electricista

(Parte 5 de 8)

Resistores sensores de temperatura - NTC

Vamos levantar a curva temperatura x resistencia de um NTC. A seguir, iremos aproximar a resistencia por uma funcao exponencial.

Termistores - PTC

O PTC (positive temperature coeficient) e um termistor (termometro + resistor), cuja resistencia aumenta bruscamente para um valor bem definido de temperatura.

Sao dispositivos feitos de material semicondutor que, para um determinado valor de temperatura sofrem uma variacao brusca no valor da sua resistencia. Por isto, sao usados geralmente para protecao de motores. Para temperaturas acima da classe de isolamento do motor, o PTC atraves de sua variacao brusca de resistencia, sensibiliza o rele que desliga a bobina do contator, protegendo assim o motor.

A utilizacao de PTC’s exige a instalacao de um rele externo, que recebe o sinal das sondas, atuando com base nele, interrompendo a alimentacao dos contatores que acionam motores. A instalacao dos PTC’s e feita entre as espiras, nas cabecas de bobinas de motores, sempre do lado oposto ao ventilador. Normalmente utiliza-se um PTC por fase, sendo estes estao ligados em serie.

O religamento do motor sera possıvel tao logo o enrolamento volte a temperatura normal. Esta temperatura esta 5C abaixo da temperatura nominal de atuacao.

Podem ser ligados varios PTC em serie, de modo que a soma de suas resistencias a frio nao ultrapasse 550Ω (aproximadamente 6 PTC’s).

Caso seja desejavel um comando de alarme antes que o motor atinja a temperatura limite, deve-se utilizar dois protetores por fase. O primeiro deles dimensionado para a temperatura de alarme, que deve ser abaixo da classe de isolacao do motor. O segundo devera ser dimensionado para atuar quando a temperatura alcancar o valor maximo permitido pela classe de isolamento do motor.

Termoresistencias - PT100

Sao elementos que tem sua operacao baseada na caracterıstica de variacao linear de resistencia com a temperatura intrınseca a alguns materiais. Os elementos mais utilizados nesta area sao a platina e o nıquel, que possuem uma resistencia de 100Ω a 0oC e o cobre com 10Ω a 0oC.

Quando usados para protecao de um motor, esses elementos possuem resistencia calibrada que varia linearmente com a temperatura, possibilitando um acompanhamento contınuo do processo de aquecimento do motor, pelo ”display” do controlador. Esse sistema de protecao permite ainda a sinalizacao de advertencia com sinais luminosos ou sonoros, antes da temperatura alcancar limites proibitivos. E por isso, o sistema de custo mais elevado, havendo a necessidade de um controlador (rele para PT100).

34 CHAPTER 1. GRANDEZAS ELETRICAS FUNDAMENTAIS

Resistores sensores de luz - LDR

O Resistor Dependente da Luz, ou LDR (Light Dependent Resistor), varia sua resistencia eletrica de acordo com a quantia de luz que incide sobre ele. Tambem chamado de celula foto-condutiva, ou ainda de foto-resistencia, o LDR e um dispositivo semicondutor de dois terminais. Na escuridao, um LDR tem uma resistencia muito alta e assim impede (limita) a corrente de fluir em um trecho de circuito. Na luz, porem, a resistencia e muito mais baixa e isso permite o fluxo de boa intensidade no trecho de circuito em questao. O pico de sensibilidade do LDR ocorre aproximadamente em 5100 angstron (luz vermelhaalaranjada). Estando iluminado, o LDR apresenta uma resistencia de 1000 Ω (1K), e cortando-se essa luz o LDR demora cerca de 5 segundos para atingir a resistencia de 1MΩ. A resistencia maxima (no escuro) de um LDR deve ficar entre 1M ohms e 10M ohms, dependendo do tipo, e a resistencia sob iluminacao ambiente tipicamente fica entre 75 e 500 Ω. Uma forma simples de se verificar essa caracterıstica dos LDRs e utilizar um multımetro em escala de resistencia (Rx100). Os LDRS mais comuns sao os de 1 cm e 2,5 cm de diametro, diferenciando-se principalmente pela sua capacidade de corrente, ja que o LDR com uma superfıcie maior, alem de apresentar maior sensibilidade tambem apresenta uma maior capacidade de dissipar calor, conseguindo controlar correntes mais intensas. Um LDR de 2,5 cm, por exemplo, pode controlar diretamente a corrente da bobina de um rele sensıvel, e ate mesmo uma lampada de baixa potencia.

Resistores sensores de deslocamento (Strain Gauge) Sao resistores que variam com o deslocamento. Sao usados em balancas.

Resistores variaveis - Variacs, trimpots e potenciometros Possuem geralmente tres terminais, onde o terminal do meio e movel.

1.3.4 Associacao de resistores e analise de circuitos

Eventualmente podemos encontrar em circuitos, resistores ligados uns aos outros. Dizemos que os resistores estao associados. As duas principais formas de associacao de resistores sao as do tipo serie e parelela. Ambas sao mostradas na figura 1.9.

Se ligarmos duas cargas iguais a um sistema monofasico, esta ligacao pode ser feita em dois modos: -ligacao em serie, em que as duas cargas sao atravessadas pela corrente total do circuito. Neste caso, a tensao em cada carga sera a metade da tensao do circuito para cargas iguais. -ligacao em paralelo, em que e aplicada as duas cargas a tensao do circuito. Neste caso, a corrente em cada carga sera a metade da corrente total do circuito para cargas iguais.

Ligacao de resistores em serie

Quando dois resistores estao em serie, a resistencia total e igual a soma das resistencias de cada resistor. Portanto e calculada pela formula:

Ligacao de resistores em paralelo

Quando os resistores estao associados em paralelo, a formula da resistencia equivalente e:

++

Ou seja, o inverso da resistencia equivalente e igual a soma dos inversos das resistencias individuais.

1.3. RESISTENCIA ELETRICA R 35 Figure 1.9: Associacoes de resistores.

Figure 1.10: Medindo o valor de um resistor.

A medicao de resistencia tambem possui varias escalas, e voce deve escolher uma escala que comporte a medida a ser realizada. Se voce nao tem ideia da escala a ser usada, escolha a maior delas. Por exemplo, se medir um resistor de cerca de 150 Ω em uma escala de 20.0, sera apresentado o valor 150. Se quiser maior precisao pode usar escalas menores. Por exemplo, na escala de 2000 Ω, o valor medido podera ser 150,3 e na escala de 200 podera ser 150,37.

Note que nao podemos medir o valor de um resistor com um multımetro quando ele esta em um circuito. O valor medido sera influenciado pelos demais componentes do circuito ligados ao resistor. A medida correta e feita quando o resistor esta desacoplado do circuito, como mostra a figura 1.10.

Cuidado: para resistores com valores acima de 10k Ω, e recomendavel nao tocar as maos nas pontas de prova do multımetro, pois a resistencia do corpo humano provocara erro na medida.

Podemos usar o multımetro na escala de resistencia para verificar se um cabo esta partido ou se um fusıvel esta queimado. Quando um fio ou fusıvel esta em perfeitas condicoes, sua resistencia e bem baixa, em geral inferior a 1 ohm. Colocamos entao o multımetro na escala mais baixa de resistencia e fazemos a medida.

36 CHAPTER 1. GRANDEZAS ELETRICAS FUNDAMENTAIS

Figure 1.1: Botao de sinal, utilizado como divisor de tensao.

Quando o cabo esta partido ou o fusıvel esta queimado, a resistencia e muito alta, e quando esta bom e baixa. Note que para fazer essas medidas e preciso que o circuito esteja desligado.

Muitos multımetros possuem ao lado da escala de resistencia, uma escala que emite um beep atraves de um pequeno alto falante em caso de resistencia baixa. Desta forma e possıvel medir as ligacoes sem ter que olhar para o display do multımetro. Prestamos atencao apenas nas conexoes que estao sendo medidas e no som emitido. Na gıria de eletronica isto e chamado de ”bipar o circuito”.

1.3.6 A lampada serie E uma ferramenta indispensavel na bancada do eletricista. Vamos estuda-la e utiliza-la com seguranca.

1.3.7 Divisor de tensao

E constituıdo de dois resistores, ou um resistor e um interruptor, onde a sua saıda e usada como entrada para instrumentos de medicao (conversores AD, circuitos logicos, etc).

Quando um interruptor e usado para prover uma entrada em um determinado circuito, seu pressionamento normalmente gera um sinal de tensao. E esse sinal de tensao que ativa o circuito propriamente dito.

A tensao de saıda no circuito da esquerda e sempre BAIXA, exceto quando o botao e pressionado. Ao pressionar o botao essa tensao alta e utilizada para por em acao o circuito restante. No circuito da direita a tensao de saıda e sempre ALTA (a propria tensao da fonte, no caso), exceto quando o botao e pressionado. Pressionando esse botao, a tensao de saıda cai a ZERO. Para o resistor dos circuitos, um valor de 10 kΩ e o recomendado.

Em suma; quando o botao e pressionado o circuito fornece uma Usaıda BAIXA.

Nos circuitos que processam sinais logicos, uma BAIXA tensao e denominada ”logica 0” ou simplesmente ”0”, enquanto que uma ALTA tensao e denominada ”logica 1” ou simplesmente ”1”. Esses circuitos divisores de tensao, com interruptores de botao, sao perfeitos para proverem entradas de sinais logicos. [Ha um probleminha de ”reboot” ... mais isso e outra historia.]

Que tipos de interruptores voce usaria nesses circuitos? Ha uma grande variedade de interruptores de botao (pressao). Os botoes miniaturas trabalham adequadamente e frequentemente estao inseridos em uma matriz de contatos. Como voce observa, o botao tem externamente quatro pequenos terminais que sao unidos, aos pares e internamente, por tiras de metal. O botao leva um anel metalico. Ao ser apertado, o anel toca as tiras, fechando o circuito.

Circuitos eletronicos sao construıdos a partir de subcircuitos com finalidades especıficas. Cada um deles deve operar em termos de entrada, processamento, saıda. Ha permanente transferencia de informacoes entre subcircuitos. Essas informacoes, sob a denominacao de sinais, via de regra estao sob a forma de tensoes variaveis. Isso torna inevitavel que tais circuitos incluam divisores de tensao como parte integrante de suas estruturas.

Divisores de tensao nao sao apenas pequenos detalhes num circuito geral, eles sao fundamentais para a compreensao do circuito eletronico como um todo. Uma vez que voce os entenda e saiba como procura-los voce os encontrara em todos os circuitos.

1.4 Potencia eletrica P

Outra grandeza eletrica importante e a potencia. Ela representa a quantidade de energia eletrica que esta sendo consumida por um resistor quando e percorrido por uma corrente, e e medida em watts, cujo sımbolo e W. Quando um resistor R e ligado a uma tensao V e percorrido por uma corrente I, a potencia eletrica P e:

Define-se potencia como sendo o trabalho executado por unidade de tempo. A potencia eletrica e obtida pelo produto da tensao pela corrente.

A tabela 1.2 apresenta a potencia media de alguns aparelhos eletrodomesticos. Estes valores podem ser utilizados quando faltar a potencia nominal de placa dos aparelhos.

Table 1.2: Potencia media de alguns aparelhos eletrodomesticos

Aparelho Potencia (Watt)

Ar condicionado 1600 Aspirador de po 600

Cafeteira 500

Boiler 1500

Chuveiro 5600

Enceradeira 350

Ferro de passar roupa 750 Forno de microondas 1200

Liquidificador 350

Maquina de lavar louca 2700 Maquina de lavar roupa 500

Secador de cabelo 1000 Torneira eletrica 5600 Microcomputador 500

Som 100

Televisor 200 Ventilador 100 Refrigerador 300 Freezer 500

38 CHAPTER 1. GRANDEZAS ELETRICAS FUNDAMENTAIS

1.4.1 Convencao do sentido do fluxo de potencia

A potencia ou energia dissipada num resistor e sempre positiva. Portanto, se voce tiver calculado um circuito eletrico, e a tensao e a corrente tiverem de sentidos contrarios, o problema esta errado. O produto da tensao pela corrente de um resistor ou outro elemento passivo nunca pode ser valor negativo.

A potencia e negativa nos terminais de um gerador ou de uma fonte de alimentacao. Isto e muito importante! Lembre-se disto quando formos tratar de potencia ativa e reativa.

O calor resistivo causado pelo choque dos eletrons e um efeito muito importante e e usado em alguns dispositivos eletricos como a lampada incandescente. Em um resistor com corrente conhecida, a potencia P, ou energia por segundo, e dada por

P = R I2 Se o dispositivo for um resistor com tensao conhecida podemos escrever:

Por exemplo, um resistor de 6Ω ligado a uma fonte de 12 V dissipa uma potencia de:

E a quantidade de calor suficiente para causar uma boa queimadura ao tocarmos neste resistor. Ao contrario do que ocorre na fısica do segundo grau, nao usamos na pratica resistores de valores tao baixos, nem operamos com correntes tao elevadas, pelo menos na maioria dos casos. Os resitores usados em eletronica apresentam em geral resistencias da ordem de milhares de ohms, e as correntes eletricas normalmente assumem valores da ordem de milesimos de Amperes. Por isso usamos em eletronica as unidades kΩ e mA para medir resistencia e corrente. As formulas continuam validas, apenas utilizamos medidas diferentes para resistencia e corrente. Por exemplo, um resistor de 6 kΩ ligado em uma fonte de 12 V sera percorrido por uma corrente de:

A potencia eletrica neste caso e dada em miliwatts (milesimos de Watt), cujo sımbolo e mW:

Esta potencia e tao pequena que praticamente nao percebemos que o resistor esta quente. Gerar calor nao e o objetivo dos circuitos eletronicos, portanto devemos utilizar resistores com os maiores valores possıveis, desde que em condicoes de manter em funcionamento correto os demais componentes.

1.4.3 Trabalho ou energia eletrica W

Num resistor, a energia potencial eletrica e transferida aosıons da rede atraves do movimento dos portadores de carga e aparece como energia termica interna.

No SI, a unidade do trabalho e o Joule (J), e o seu geral e Wh. Pode ser medido por meio de um medidor de watthora. Os kWh consumidos podem ser diretamente lidos no aparelho ou ainda determinados em funcao do numero de rotacoes de um disco em funcao do tempo. Exemplo

Calcular o consumo mensal de um refrigerador de 500 W, que ficou ligado durante 1/3 do perıodo. (1 kWh = 1000W x 3600s = 3,6 × 106 J).

1.4.4 Outras formas de energia

Embora a energia seja uma coisa so, ela pode se apresentar de formas diferentes. Se ligarmos uma resistencia a uma rede eletrica com tensao, passara uma corrente eletrica que ira aquecer a resistencia. A resistencia absorve energia eletrica e a transforma em calor, que tambem e uma forma de energia. Um motor eletrico absorve energia eletrica da rede e a transforma em energia mecanica disponıvel na ponta do eixo.

A unidade de medida usual para potencia eletrica e o watt (W), correspondente a 1 volt x 1 ampere, ou seu multiplo, o quilowatt =1.0 watts. Esta unidade tambem e usada para medida de potencia mecanica. A unidade de medida usual para energia eletrica e o quilo-watt-hora (kWh) correspondente a energia fornecida por uma potencia de 1kW funcionando durante uma hora - e a unidade que aparece, para pagamento, nas contas de ‘luz’.

Energia e potencia termica A quantidade de energia termica acumulada num reservatorio de agua quente, por exemplo, e:

Quando a energia e estatica, isto e, nao muda com o tempo a quantidade de energia termica ou calor trocada com o meio ambiente e nula. Neste caso a potencia e zero.

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