Relatório-Aulas-Praticas-Fundamentos-de-Eletrotecnica-Engenharia-Mecanica

BRASILIA 01 DE SETEMBRO DE 2025 UNIVERSIDADE ANHANGUERA NOME ALUNO JEFERSON SILVA DE CASTRO CURSO ENGENHARIA MECÂNICA FUNDAMENTOS DE ELETROTÉCNICA MATERIA ELETROTÉCNICA ROTEIRO DE AULA PRÁTICA FUNDAMENTOS DE ELETROTÉCNICA ROTEIRO DE AULA PRÁTICA FUNDAMENTOS DE ELETROTÉCNICA Trabalho apresentado à Universidade Pitágoras Unopar como requisito parcial para a obtenção de média bimestral na disciplina de Fundamentos de Eletrotécnica SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 3 2 DESENVOLVIMENTO 4 21 ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 1 4 22 ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 2 10 23 ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 3 14 24 ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 4 20 3 CONCLUSÃO 25 REFERÊNCIAS 26 3 1 INTRODUÇÃO Neste relatório abordaremos as atividades realizadas durante a aula prática que foram projetadas para fornecer uma compreensão aplicada dos conceitos Este relatório compila as experiências e aprendizados obtidos nas atividades práticas desenvolvidas nas aulas de Medição de Grandezas Elétricas Transformadores Princípios de Acionamentos de Motores Elétricos e Conversores de Frequência A primeira atividade focou na medição de grandezas elétricas utilizando multímetros fontes de tensão e osciloscópios A prática abordou os métodos de medição de tensão corrente e resistência além da análise de sinais elétricos A segunda atividade concentrouse no estudo de transformadores dispositivos essenciais em sistemas de distribuição e transmissão de energia elétrica Compreender os princípios de operação dos transformadores é crucial para a otimização e manutenção eficiente dos sistemas elétricos Na terceira atividade exploramos os princípios de acionamentos de motores elétricos com ênfase nas partidas indiretas A escolha correta do método de partida é vital para garantir o desempenho eficiente e a longevidade dos motores em aplicações industriais A quarta atividade envolveu a instalação e dimensionamento de sistemas elétricos industriais com aplicação de conversores de frequência A prática forneceu uma compreensão detalhada da integração de conversores de frequência em sistemas industriais destacando sua importância na eficiência e flexibilidade operacional 4 2 DESENVOLVIMENTO 21 ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 1 Medição de Grandezas Elétricas Utilizando Multímetro Fontes de Tensão e Osciloscópio Introdução Esta prática teve como objetivo principal a compreensão e aplicação das técnicas de medição de grandezas elétricas utilizando ferramentas como multímetro fontes de tensão e osciloscópio Essas ferramentas são essenciais para o entendimento e análise de circuitos elétricos sendo amplamente utilizadas na prática profissional para diagnósticos e testes em sistemas eletrônicos O uso do software LTspice permitiu a simulação das medições possibilitando uma prática segura e eficiente dos conceitos teóricos Procedimento Experimental O circuito utilizado na simulação consistiu em dois resistores de 1 kΩ conectados em série a uma fonte de tensão contínua de 12 V Os componentes foram caracterizados conforme descrito abaixo Resistores 1 kΩ cada Fonte de Tensão 12 V DC Após a instalação do software LTspice criei um novo esquemático de circuito Adicionei a fonte de tensão configurando o valor DC para 12 V e os resistores configurandoos para 1 kΩ cada As conexões foram realizadas utilizando a ferramenta wire Verifiquei as conexões para garantir que estavam corretas antes de proceder com a simulação Após a configuração do circuito realizei a simulação para medir a tensão e a corrente nos resistores Posicionei o cursor sobre os componentes para visualizar os 5 valores de tensão e corrente diretamente no LTspice Valores Medidos Tensão sobre cada resistor 6 V Corrente total do circuito 6 mA Utilização das Fontes de Tensão Alternada Modifiquei o circuito para incluir uma fonte de tensão alternada com pico de 120 V e frequência de 120 Hz Os resistores utilizados foram de 1 MΩ cada Após a configuração realizei a simulação no modo Transient com um tempo de parada de 30 ms Captura e Análise da Forma de Onda Capturei a forma de onda resultante da simulação observando os parâmetros de amplitude frequência e fase A análise mostrou uma forma de onda senoidal conforme esperado Simulação com Onda Triangular Por fim configurei a fonte para gerar uma onda triangular mantendo os mesmos resistores e utilizando a mesma configuração de simulação A forma de onda triangular foi capturada e analisada apresentando a variação linear esperada Resultados Os valores medidos durante a simulação foram consistentes com os valores teóricos previstos Tabela 1 Resultados obtidos Componente Tensão V Corrente mA Resistor 1 6 V 6 mA Resistor 2 6 V 6 mA Fonte AC 120 V pico 120 μA 6 As formas de onda capturadas confirmaram o comportamento esperado para fontes de tensão alternada e sinais triangulares Discussão Os resultados obtidos foram satisfatórios com as medições realizadas no LTspice correspondendo aos valores esperados teoricamente Pequenas discrepâncias observadas nos valores de corrente podem ser atribuídas à precisão de simulação e arredondamentos A prática demonstrou a importância de configurar corretamente as ferramentas de medição e a relevância das formas de onda no estudo de sinais elétricos Conclusão A prática proporcionou um aprendizado significativo sobre a medição de grandezas elétricas e a utilização de ferramentas como multímetro e osciloscópio A simulação no LTspice se mostrou uma ferramenta eficaz para o estudo de circuitos elétricos permitindo a visualização e análise de diferentes formas de onda e parâmetros elétricos Referências LTSPICE Analog Devices LTspice Simulator Disponível em httpsww wanalogcomenresourcesdesigntoolsandcalculatorsltspicesimulatorhtml LTSPICE TUTORIAL Tutorial de Iniciação ao LTspice Disponível em httpswwwanalogcomenresourcesmediacentervideosseriesltspicegetting started tutorialhtml Centro de Informações LTspice LTspice Rápido Grátis Ilimitado O LTspice é um software de simulador SPICE poderoso rápido e gratuito captura esquemática e visualizador de formas de onda com aprimoramentos e modelos para melhorar a simulação de circuitos analógicos Sua interface gráfica de captura esquemática permite que você teste esquemas e produza resultados de simulação que podem ser explorados mais detalhadamente por meio do visualizador de formas de onda integrado Aprenda a usar o LTspice com nossos tutoriais abaixo ou aprofundese com nossa seleção de dicas e artigos úteis Você também pode navegar em nossas bibliotecas de macromodelos e circuitos de demonstração para produtos selecionados da Analog Devices Os aprimoramentos e modelos do LTspice melhoram a simulação de circuitos analógicos quando comparados a outras soluções SPICE Baixe LTspice abaixo para ver por si mesmo Baixar LTspice Baixe nosso software de simulação LTspice para os seguintes sistemas operacionais Data de atualização dos modelos 15 de agosto de 2024 Baixe para Windows 10 de 64 bits e encaminhe Versão 24012 Baixe para MacOS 1015 e encaminhe Versão 1724 Download para Windows XP fim do suporte Download para MacOS 109 fim do suporte Baixe o LTspice XVII para Windows fim de suporte R2 R1 1k 1k V1 12 op R2 R1 1k 1k V1 12 op Vn002 6 voltage Vn001 12 voltage IR1 0006 devicecurrent IR2 0006 devicecurrent IV1 0006 devicecurrent 8 Medição das grandezas elétricas Utilização das fontes de tensão alternada 9 Onda triangular 10 22 ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 2 CIRCUITOS RC RL E RLC Introdução Nesta prática foram analisados os circuitos RC RL e RLC em série Esses circuitos são formados por resistores indutores e capacitores componentes passivos que em combinação apresentam diferentes respostas à aplicação de uma tensão alternada O objetivo desta atividade foi verificar experimentalmente e via simulação os efeitos da resistência capacitância e indutância na impedância e comportamento de cada circuito Metodologia Materiais e Componentes Utilizados Resistor de 1 kΩ Capacitor de 1 nF Indutor de 1 mH Fonte de tensão alternada senoidal SINE Software LTspice para simulação dos circuitos Procedimentos Circuito RC Montagem de um circuito RC em série no LTspice utilizando um resistor de 1 kΩ e um capacitor de 1 nF Configuração da fonte de tensão para fornecer um sinal senoidal com amplitude de 1 V e frequência de 1 kHz Cálculo da impedância teórica utilizando a fórmula 11 Circuito RL Montagem de um circuito RL em série no LTspice utilizando um resistor de 1 kΩ e um indutor de 1 mH Utilização da mesma configuração de fonte de tensão do circuito RC Cálculo da impedância teórica utilizando a fórmula Simulação do circuito e análise dos resultados Circuito RLC Montagem de um circuito RLC em série no LTspice com os componentes já mencionados Cálculo da impedância teórica utilizando a fórmula Realização da simulação e comparação com os resultados dos circuitos RC e RL Resultados Tabela 2 Resultados Componente Valor Teórico Valor Simulado Resistência 1 kΩ 1 kΩ Capacitância 1 nF 1 nF Indutância 1 mH 1 mH Cálculos das Impedâncias Circuito RC Circuito RL 12 Circuito RLC Os valores simulados para tensão e corrente nos circuitos RC RL e RLC foram consistentes com os cálculos teóricos Pequenas diferenças observadas nos valores de impedância simulada são atribuídas a variações de precisão nos cálculos numéricos do software Discussão Os resultados obtidos confirmam os conceitos teóricos de que a impedância de circuitos RC e RL depende da frequência angular e dos valores de resistência capacitância e indutância O circuito RLC apresentou características mais complexas como ressonância e amortecimento evidenciadas na simulação Diferenças Observadas A presença do indutor no circuito RL introduziu uma oposição maior ao fluxo de corrente em comparação ao capacitor no circuito RC No circuito RLC a frequência de ressonância foi identificada onde a impedância foi mínima demonstrando o efeito combinado dos elementos passivos Conclusão A prática proporcionou uma compreensão profunda dos comportamentos dos circuitos RC RL e RLC Os resultados experimentais e simulados corroboraram com as expectativas teóricas demonstrando a aplicabilidade dos modelos teóricos em situações práticas Futuras práticas poderiam explorar diferentes configurações e frequências para investigar outras características dos circuitos estudados 13 Circuito RC Circuito RL Circuito RLC 14 23 ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 3 Aplicação das partidas indiretas Introdução 15 Neste relatório serão apresentados os resultados obtidos a partir da montagem e teste de dois circuitos de acionamento de motores de indução trifásicos a partida direta e a partida estrelatriângulo Estes circuitos são amplamente utilizados na indústria para o controle de motores garantindo um acionamento seguro e eficiente O objetivo desta atividade é analisar o funcionamento de cada um dos circuitos identificando suas vantagens e desvantagens bem como o papel de cada componente na operação Metodologia Os experimentos foram realizados utilizando o software Algetec na bancada de Instalações Elétricas Industriais Inicialmente foi realizado um tour pela interface do laboratório virtual para familiarização com os instrumentos e esquemáticos disponíveis Procedimentos Partida Direta Montagem do circuito de força conforme o esquemático 6 Montagem do circuito de comando utilizando botões de ligadesliga e um botão de emergência Verificação do funcionamento do motor após a conclusão do circuito Partida EstrelaTriângulo Montagem do circuito de força conforme o esquemático 8 utilizando os três contatores e o relé temporizador Montagem do circuito de comando configurando o relé temporizador para comutar após um período definido Verificação do funcionamento do motor observando a transição de estrela para triângulo Resultados Partida Direta 16 O motor foi acionado com sucesso utilizando o botão Liga e interrompido com o botão Desliga O botão de emergência funcionou corretamente interrompendo o circuito em caso de falha Partida EstrelaTriângulo O motor iniciou em configuração estrela reduzindo a corrente de partida Após o tempo programado no relé temporizador o circuito comutou para a configuração triângulo permitindo que o motor operasse em sua plena capacidade Discussão A escolha do método de acionamento de motores de indução trifásicos tem um impacto significativo tanto no desempenho do motor quanto na estabilidade da rede elétrica Dentre os métodos estudados a partida direta e a partida estrela triângulo são amplamente utilizadas cada uma com suas características e aplicações específicas A partida direta é o método mais simples e comumente utilizado para acionar motores de indução Esse tipo de partida envolve a aplicação direta da tensão nominal ao motor o que resulta em um início imediato da rotação do rotor Embora seja eficiente e simples de implementar esse método possui uma desvantagem significativa a elevada corrente de partida Quando o motor é acionado diretamente a corrente inicial pode ser de seis a oito vezes maior do que a corrente nominal do motor Esse pico de corrente não apenas estressa os componentes internos do motor como também pode causar flutuações de tensão na rede elétrica afetando outros equipamentos conectados ao mesmo circuito Por outro lado a partida estrelatriângulo é projetada para mitigar os desafios associados à corrente de partida elevada Nesse método o motor é inicialmente conectado em configuração estrela o que reduz a tensão aplicada a cada fase do motor para um valor correspondente a 3 vezes a tensão nominal Como resultado a corrente de partida é significativamente menor cerca de um terço daquela observada na partida direta Essa redução na corrente minimiza os impactos na rede elétrica tornando este método ideal para motores de maior porte ou em sistemas onde a estabilidade da rede é uma preocupação 17 A transição para a configuração triângulo ocorre após um breve intervalo de tempo controlado por um relé temporizador Além da redução da corrente de partida a partida estrelatriângulo também contribui para a diminuição do estresse térmico no motor e na rede evitando o superaquecimento e garantindo uma operação mais confiável e eficiente Este método é amplamente utilizado em ambientes industriais onde motores de grande porte são comuns e a proteção da infraestrutura elétrica é uma prioridade Conclusão Em resumo enquanto a partida direta oferece uma solução simples e de baixo custo para o acionamento de motores a partida estrelatriângulo é preferível em situações onde a corrente de partida precisa ser controlada para proteger tanto o motor quanto a rede elétrica A escolha entre esses métodos deve considerar fatores como o tamanho do motor a capacidade da rede elétrica e as condições operacionais específicas de cada aplicação Os experimentos realizados demonstraram a eficácia de ambos os métodos de partida de motores de indução trifásicos Enquanto a partida direta é mais simples a partida estrelatriângulo oferece uma solução mais adequada para motores de grande porte onde a redução da corrente de partida é essencial O uso de contatores e relés temporizadores permite um controle seguro e eficiente desses sistemas Sobre a partida estrelatriângulo responda 1 Este circuito foi amplamente utilizado no setor industrial no acionamento de motores elétricos Qual a principal vantagem da utilização desse circuito A principal vantagem da utilização do circuito estrelatriângulo no acionamento de motores elétricos é a redução significativa da corrente de partida Essa redução minimiza os impactos negativos na rede elétrica como quedas de tensão e sobrecarga dos componentes além de reduzir o estresse mecânico e térmico sobre o motor durante o processo de partida Essa característica torna o circuito estrelatriângulo particularmente vantajoso para motores de grande porte ou 18 em instalações onde a proteção da rede elétrica é essencial 2 Qual a função do relé temporizador neste circuito O relé temporizador desempenha um papel crucial no circuito estrela triângulo controlando o momento em que a transição entre a configuração estrela e a configuração triângulo ocorre Após o motor ser acionado em estrela o relé temporizador permite que o motor alcance uma velocidade próxima da nominal antes de comutar para a configuração triângulo Essa transição suave garante que o motor passe a operar com plena potência e tensão minimizando o choque mecânico e elétrico que ocorreria se a transição fosse feita de maneira abrupta 3 Quais contatores estão acionados antes e depois do relé temporizador comutar seus contatos Antes da comutação Os contatores responsáveis pela configuração estrela geralmente contator principal e contator estrela estão acionados O contator triângulo está desativado Depois da comutação O contator estrela é desativado O contator triângulo é acionado permitindo que o motor opere em plena potência e com a configuração triângulo O contator principal permanece acionado durante todo o processo garantindo a continuidade do fornecimento de energia ao motor ALGETEC BANCADA ENERGIZADA ALIMENTAÇÃO TRIFÁSICA RELE DE FALTA DE FASE DISJUNTOR MOTOR FUSÍVEIS FIAZED BOTÃO DE EMERGÊNCIA CONTATOR L1 L2 L3 2T1 2T2 2T3 15NO 15NC 83NO 83NC 81NC 71MC 72MC A1 A2 VISUALIZAÇÃO 1 Bancada 2 Livre 3 Módulo 1 4 Módulo 2 5 Módulo 3 6 Frontal 7 Lateral 8 Motor 20 24 ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 4 Aplicação dos conversores de frequência Introdução Nesta aula prática utilizamos o software Algetec para explorar o funcionamento e a aplicação de conversores de frequência em sistemas elétricos industriais Conversores de frequência também conhecidos como inversores de frequência são dispositivos essenciais para o controle da velocidade de motores elétricos em diversas aplicações industriais Através do experimento virtual foi possível realizar a montagem de circuitos de acionamento tanto em modo local quanto remoto e analisar o comportamento do sistema sob diferentes condições operacionais Este relatório documenta os procedimentos realizados os resultados obtidos e a análise do funcionamento dos sistemas configurados Metodologia A prática foi conduzida em duas etapas principais a configuração do conversor de frequência em modo local e em modo remoto 21 Modo Local Realizamos a montagem do circuito conforme o esquemático 9 conectando os terminais do módulo ao conversor de frequência e posteriormente ao motor elétrico Configuramos o conversor para operar em modo local onde todos os parâmetros como velocidade sentido de rotação e aceleração foram ajustados diretamente no dispositivo Modo Remoto Utilizando o esquemático 10 conectamos o conversor ao motor e adicionalmente às botoeiras e ao potenciômetro permitindo o controle da velocidade e do acionamento do motor à distância A bancada foi energizada e o conversor configurado para operar em modo remoto onde o controle foi realizado externamente utilizando os dispositivos conectados Durante ambos os procedimentos foram realizadas medições de parâmetros elétricos e observações sobre o comportamento do motor em diferentes condições operacionais Resultados Modo Local após a montagem e energização o conversor foi configurado com os seguintes parâmetros Frequência mínima 20 Hz Frequência máxima 60 Hz Tempo de aceleração 5 segundos Tempo de desaceleração 4 segundos O motor respondeu de forma estável às variações de frequência demonstrando controle preciso de velocidade A rotação foi ajustada diretamente no conversor e o tempo de resposta às mudanças foi conforme esperado Modo Remoto no modo remoto a configuração inicial foi semelhante ao modo local mas o controle da velocidade foi realizado utilizando o potenciômetro A botoeira foi utilizada para iniciar e parar o motor Observouse que o sistema respondeu prontamente aos comandos com uma variação de velocidade suave e um tempo de resposta eficiente A operação em modo remoto permitiu um controle mais versátil e seguro especialmente em situações onde o operador precisa estar distante do motor 22 Discussão O experimento demonstrou as vantagens significativas do uso de conversores de frequência em sistemas industriais No modo local o controle direto no conversor permite ajustes precisos mas limita a flexibilidade operacional uma vez que o operador deve estar próximo ao equipamento Por outro lado o modo remoto amplia essa flexibilidade permitindo que o controle seja feito à distância o que é especialmente útil em grandes instalações ou em ambientes onde a segurança é uma preocupação A variação de frequência é o principal parâmetro utilizado pelo inversor para controlar a velocidade do motor elétrico Este controle é crucial para otimizar o desempenho do sistema economizar energia e prolongar a vida útil dos equipamentos A utilização de conversores de frequência também permite a redução de picos de corrente durante a partida diminuindo o impacto na rede elétrica e melhorando a eficiência energética do sistema Em aplicações industriais isso se traduz em menores custos operacionais e maior confiabilidade do sistema Conclusão A prática realizada com o software Algetec proporcionou uma compreensão aprofundada do funcionamento dos conversores de frequência e suas aplicações industriais Os resultados obtidos confirmaram a eficiência desses dispositivos na modulação da velocidade de motores elétricos tanto em modo local quanto remoto A versatilidade e o controle oferecidos pelo modo remoto são especialmente vantajosos em ambientes industriais complexos onde a segurança e a eficiência operacional são primordiais Sobre os conversores de frequência responda 1 Quais são os ganhos da utilização de conversores de frequência Ao controlar a velocidade do motor de acordo com a demanda real do processo evitase o desperdício de energia A redução de picos de corrente durante a partida diminui o estresse 23 mecânico e térmico nos componentes do motor Permite ajustar a velocidade do motor de forma precisa adequandoa às necessidades específicas de cada aplicação Economia de energia 2 Qual o parâmetro utilizado pelo inversor para variar a velocidade do motor elétrico O parâmetro utilizado pelo inversor para variar a velocidade do motor elétrico é a frequência da corrente elétrica fornecida ao motor 3 Quais as vantagens de utilizar um conversor de frequência no modo remoto em aplicações industriais Permite operar e controlar o motor à distância o que é ideal para ambientes perigosos ou de difícil acesso Facilita o controle e ajuste da velocidade do motor de diferentes locais adaptandose rapidamente às necessidades do processo Proporciona flexibilidade e conveniência na modulação da velocidade e no acionamento do motor Em plantas industriais extensas o controle remoto reduz o tempo de deslocamento e melhora a eficiência operacional ESQUEMÁTICOS DIAGRAMA DE FORÇA DIAGRAMA DE COMANDO VISUALIZAÇÃO PAN ZOOM GIRAR HABILITARDESABILITAR JANELA DE POPUP VISUALIZAÇÃO 1 Bancada 2 Livre 3 Módulo 1 4 Módulo 2 5 Módulo 3 6 Frontal 7 Lateral 8 Motor REMOVER TODOS OS CABOS CONVERSOR DCDC 24V 10V BOTÃO DE EMERGÊNCIA BOTÕES 1 CHAVE SELETORA BOTÕES 2 ENTRADAS E SAÍDAS VERMELHO AMARELO VERDE POTENCIÔMETRO 25 3 CONCLUSÃO O roteiro de aula prática realizado foi fundamental para o desenvolvimento das habilidades técnicas necessárias à formação em engenharia elétrica Cada prática abordou aspectos específicos e essenciais do campo elétrico proporcionando uma compreensão mais profunda dos conceitos teóricos e sua aplicação em cenários reais Na primeira a medição de grandezas elétricas com multímetros fontes de tensão e osciloscópios foi crucial para desenvolver a competência na verificação e análise de circuitos elétricos A capacidade de medir corretamente tensão corrente e resistência bem como interpretar sinais com um osciloscópio é essencial para a realização de diagnósticos precisos e a manutenção de sistemas elétricos A segunda ofereceu uma visão detalhada sobre o funcionamento e a aplicação dos transformadores A experiência prática com esses dispositivos permitiu a compreensão dos princípios de operação que são vitais para a distribuição e transformação de energia elétrica Durante a atividade 3 os princípios de acionamento de motores elétricos foram explorados com foco nas partidas indiretas A prática de diferentes métodos de partida como a estrelatriângulo e a utilização de conversores de frequência destacou a importância de selecionar a abordagem adequada para garantir a eficiência e a longevidade dos motores em aplicações industriais A atividade 4 abordou a instalação e o dimensionamento de sistemas elétricos industriais com ênfase nos conversores de frequência A capacidade de configurar e operar esses dispositivos revelou sua importância para o controle preciso da velocidade dos motores e a otimização dos processos industriais As atividades proporcionaram uma compreensão abrangente e aplicada dos conceitos estudados ao longo do curso Elas permitiram a integração do conhecimento teórico com a prática preparando para enfrentar desafios técnicos no campo da engenharia elétrica com maior confiança e competência 26 REFERÊNCIAS ALGETEC Laboratórios Virtuais Algetec Disponível em httpswwwalgeteccom brbrlaboratoriosvirtuais LTSPICE Software simulador Disponível em httpswwwanalogcomenres ourcesdesigntoolsandcalculatorsltspicesimulatorhtml