Projeto Experimental 3 - Fase 1

PROJETO EXPERIMENTAL III UTA III ATIVIDADE PRÁTICA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS 2 PROJETO EXPERIMENTAL PE ATIVIDADE PRÁTICA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS FASE DISCIPLINAS I Eletricidade II Instalações Elétricas Industriais Projeto Experimental III Fase I ATIVIDADE PRÁTICA REGULADOR DE TENSÃO Após a leitura das rotas e de assistir as videoaulas você poderá realizar a atividade aqui proposta Nessa atividade são utilizados os conhecimentos adquiridos nas disciplinas de Eletricidade II e Instalações Elétricas Industriais Também utilizaremos simulações online e experimentos práticos utilizando o laboratório didático no polo Você deve elaborar o projeto utilizando o modelo de relatório disponível A parte prática deverá ser realizada utilizando o Laboratório Didático presente no polo você terá que agendar um horário e se dirigir ao polo Primeiramente finalize as etapas 1 e 2 da atividade para então agendar a atividade prática no polo Os consumíveis que você utilizará na atividade deverão ser comprados e levados para o polo Certifiquese de que possui esses componentes antes de ir até o polo Abaixo há algumas instruções sobre o simulador e os equipamentos que serão utilizados nas atividades Há vídeos na Aula 2 da disciplina com instruções de como utilizar os equipamentos OBS Os danos que os dispositivos e componentes possam vir a sofrer por falta de leitura dos documentos aqui indicados e cumprimento das recomendações contidas nos mesmos são de total responsabilidade do aluno 3 MONTAGEM EM PROTOBOARD A configuração de ligações de um protoboard é mostrada abaixo Figura 1 Configuração de ligações de um protoboard O protoboard é organizado em linhas numeradas e colunas identificadas por letras Nas bordas do protoboard estão as colunas com conexões de distribuição de alimentação sendo a tensão positiva VCC identificada pela cor vermelha e pelo símbolo e a referência do circuito GND identificada pela cor azul e pelo símbolo conforme a figura Assista o vídeo da Aula 2 Como funciona a protoboard para mais instruções USO DA FONTE DE TENSÃO Assista o vídeo da Aula 2 Como utilizar a fonte de tensão antes de realizar os experimentos CAPACITOR ELETROLÍTICO Os capacitores possuem a função de armazenar energia elétrica Neste caso ele é responsável por diminuir a ondulação de tensão para que a tensão fique mais constante Observe que os capacitores eletrolíticos possuem polaridade sendo o lado com a listra branca o lado negativo Para esse experimento você deverá adquirir 1 capacitor eletrolítico de valor de acordo com seu RU SIMULAÇÕES Para a realização dos experimentos será utilizado o simulador online de circuitos Multisim Online cujo acesso deverá ocorrer através do site httpswwwmultisimcom O passo a passo de como utilizar o simulador está 4 disponível no vídeo da Aula 2 Como utilizar o simulador Multisim online Esse simulador possui uma limitação de 5 componentes para a versão gratuita Na simulação com o capacitor para observar as formas de onda as condições iniciais devem ser inseridas Para a simulação de carga do capacitor a tensão inicial initial voltage deve ser definida para 0 V como mostra a Figura 2 Já na simulação de descarga do capacitor a tensão inicial deve ser definida para 12 V como mostra a Figura 3 Figura 2 Configuração para carga Figura 3 Configuração para descarga Além disso na aba de configurações da simulação em condições iniciais initial conditions deve ser selecionado User defined como mostrado na Figura 4 Dessa maneira o simulador irá considerar as condições iniciais que você definiu previamente Já em End time você deve colocar um tempo superior ao que você calculou como tempo de carga do capacitor Exemplo se o tempo de carga calculado foi de 13 segundos em End time você irá colocar 20 segundos 5 Figura 4 Configuração de condições iniciais para a simulação Figura 5 Configurações de tempo para a simulação Na aba de configurações depois de realizar a simulação você pode definir o tempo inicial Time Minimum para 0 s como mostrado na Figura 5 O tempo máximo deve ser superior ao tempo de carga ou descarga do capacitor Assim você irá conseguir visualizar todo o gráfico e observar a carga e a descarga do capacitor 6 LABORATÓRIO VIRTUAL DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS O laboratório virtual de Instalações Elétricas Industriais é acessado através do link na Aula 1 da disciplina de Projeto Experimental Leia a Apresentação o Sumário e depois passe para o Roteiro Depois do PréTeste vá para o Experimento seguindo o Roteiro CONTATOR O contator é um dispositivo utilizado para lógica de comando e de acionamento em instalações elétricas O modelo de contator do LPI é o CJX2 09Z A alimentação desse contator se dá através dos contatos A1 e A2 Os contatos na parte superior são representados pela numeração 1 2 3 4 5 6 e 13 14 BOTÃO PULSADOR O botão pulsador não possui retenção e altera as condições dos contatos somente enquanto estiver pressionado O botão possui dois contatos representados pela numeração 23 24 e 11 12 ETAPAS DO PROJETO EXPERIMENTAL 1ª etapa vale 20 pontos Nessa etapa você utilizará o laboratório virtual de Instalações Elétricas Industriais Essa etapa possui 2 passos PASSO 1 vale 5 pontos Realize o exemplo que inicia na página 5 o esquemático 6 para se familiarizar com o laboratório virtual Os esquemáticos podem ser acessados através do ícone na direita da tela Para esse passo você deve apresentar Explicação da função de cada um dos dispositivos utilizados no circuito com suas palavras cuidado com o copia e cola e o plágio vale 3 pontos Print do circuito montado no laboratório virtual vale 1 ponto Explicação do funcionamento do circuito vale 1 ponto 7 PASSO 2 vale 15 pontos Agora você montará os experimentos mostrados nas páginas 7 8 e 9 do roteiro os esquemáticos de 1 a 5 Para cada experimento você deve apresentar Print do circuito montado no laboratório virtual vale 1 ponto por experimento Explicação do funcionamento do circuito vale 2 pontos por experimento 2ª etapa vale 30 pontos Nessa etapa você utilizará os conhecimentos adquiridos na disciplina de Eletricidade II Essa etapa possui 2 passos PASSO 1 vale 20 pontos Para esse passo revise os conceitos aprendidos na aula 4 de Eletricidade II Considere uma indústria com três máquinas com as potências conforme demonstrado abaixo Figura 6 Circuito com três máquinas A Potência Ativa da primeira máquina P1 depende do seu RU P1 3 últimos números do seu RU Exemplo RU 2145575 P1 575 W Observe que a segunda máquina possui potência reativa indutiva e a terceira máquina possui potência reativa capacitiva demonstrada pelo sinal de menos A fonte possui valor eficaz de 220 V e frequência de 60 Hz Calcule a potência ativa potência reativa e potência aparente de cada uma das cargas Após calcule a potência aparente total considerando as três cargas e o fator de potência do circuito Por fim calcule o valor da capacitância do banco de capacitores a ser adicionado para aumentar o fator de potência total da indústria para FP 096 Se o FP calculado do circuito for igual ou superior a 8 096 o uso do banco de capacitores não é necessário Apresente todos os cálculos no relatório PASSO 2 vale 10 pontos Para realizar esta atividade você deverá calcular e simular um circuito RC O circuito RC é mostrado abaixo Figura 7 Carga do circuito RC Figura 8 Descarga do circuito RC O valor do resistor e do capacitor utilizados dependerá do número do seu RU sendo R primeiro dígito do RU 1000 segundo dígito do RU 100 C terceiro dígito do RU entre 1 e 4 1000 µF ou entre 5 e 9 2200 µF Exemplo RU 2145575 R 2 1000 1 100 2100 Ω escolher o resistor mais próximo a este valor sendo possível associar 2 resistores para obter um valor próximo No meu caso escolhi o resistor de 15 kΩ em série com o resistor de 560 Ω resultando em um resistor de 2060 Ω C terceiro dígito 4 logo C 1000 µF Obs no caso de RU com número zero substituir pelo número 9 Primeiramente você irá calcular o tempo de carga e descarga do circuito RC ver aula 2 da disciplina de Eletricidade II Depois disso você irá simular o circuito RC no Multisim Online e apresentar os gráficos de carga e de descarga do capacitor Para provar que foi você que fez o resistor deve estar com o seu nome A imagem de carga por exemplo deve ser conforme demonstrado abaixo 9 Figura 9 Simulação do circuito RC no Multisim e gráfico da carga do capacitor Verifique se foi simulado por tempo suficiente até o capacitor atingir aproximadamente a tensão da fonte ou seja 12 V Além da imagem de carga do capacitor você também deverá demonstrar a simulação da descarga do capacitor As duas imagens devem estar no formato da mostrada acima onde tanto o circuito quanto a medição de tensão no capacitor são apresentadas lado a lado usando a opção Split do Multisim Esse circuito será montado na prática na etapa 3 Resumindo na segunda etapa do projeto você deve apresentar Passo 1 vale 20 pontos Valor da potência ativa reativa e aparente da carga 1 com todos os cálculos vale 2 pontos Valor da potência ativa reativa e aparente da carga 2 com todos os cálculos vale 4 pontos Valor da potência ativa reativa e aparente da carga 3 com todos os cálculos vale 4 pontos Potência aparente total e FP do circuito com todos os cálculos vale 5 pontos Valor da capacitância do banco de capacitores a ser adicionado com todos os cálculos vale 5 pontos Passo 2 vale 10 pontos Cálculo do tempo de carga e descarga do circuito RC vale 4 pontos Imagem da simulação do circuito com o gráfico do tempo de carga vale 3 pontos 10 Imagem da simulação do circuito com o gráfico do tempo de descarga vale 3 pontos 3ª etapa vale 50 pontos Essa etapa será realizada com o Laboratório Didático presente no polo de apoio presencial Antes de agendar a sua atividade prática no polo certifiquese de que Na etapa 2 você entendeu como funciona o circuito RC conseguiu calcular o tempo de carga e descarga e comprovou esse tempo através da simulação Você assistiu os vídeos de como utilizar a protoboard o multímetro e a fonte de tensão e entendeu como proceder Leu atentamente as instruções da etapa 3 para saber que atividade prática você irá realizar no polo entendeu as instruções e sanou dúvidas com a tutoria Os materiais que você deve levar até o polo para realizar a atividade prática estão listados abaixo Os resistores e materiais necessários para o experimento podem ser comprados em alguma eletrônica ou na loja Uninter através do site httpswwwlojaunintercom Resistor para o circuito RC conforme seu RU Capacitor para o circuito RC conforme seu RU Fios para realizar as conexões na protoboard e para conectar fonte contator e botão Alicate caso seja necessário cortar os fios Papel com informações que você julgar necessárias para a atividade Papel para anotar as informações do experimento Celular ou outro equipamento para tirar fotos da atividade Se você já realizou todos os passos acima e adquiriu os materiais necessários para a atividade agende a atividade prática em seu polo As instruções sobre como realizar o agendamento estão disponíveis na Aula 2 Como agendar a atividade prática 11 Instruções da etapa 3 Passo 1 Você deverá fazer a prática do experimento com o circuito RC simulado na etapa 2 passo 2 Você montará na protoboard o circuito com o capacitor o resistor e utilizará a fonte de tensão contínua em 12 V Você utilizará o multímetro para acompanhar a tensão no capacitor enquanto ele carrega e descarrega monitorando o tempo Você deverá informar no relatório qual foi o valor medido no multímetro após carregar o capacitor pelo tempo calculado na etapa 2 e informar qual a tensão no capacitor ao descarregar ele pelo tempo calculado Também deverá informar o tempo de carga e descarga medido Para isso utilize um cronômetro e habilite ele antes de iniciar o processo de carga ou descarga do capacitor Para provar que você realizou esta atividade você deverá enviar uma foto onde apareça a protoboard a fonte o capacitor o resistor e o multímetro Em algum lugar da foto deve aparecer um papel com o seu RU Passo 2 Nesse passo vamos realizar a selagem de um contator Você irá utilizar a fonte de tensão contínua de 12 V o botão pulsador e o contator do laboratório 01 Automação para a montagem e o multímetro Primeiramente você irá utilizar o botão pulsador e o multímetro na função de verificar continuidade Você irá testar se os contatos do botão são normalmente abertos ou normalmente fechados Marque um X na Tabela 1 na coluna correspondente Após verifique o que acontece com o estado dos contatos quando você pressiona o botão Responda isso no relatório Após você irá utilizar o contator e o multímetro na função de verificar continuidade Você irá testar se os contatos do contator são normalmente abertos ou normalmente fechados Marque um X na Tabela 1 na coluna correspondente Verifique o que acontece com o estado dos contatos quando você pressiona o botão azul que fica em cima do contator Responda isso no relatório 12 Tabela 1 Estado dos contatos do botão e do contator Contato aberto Contato fechado Botão 11 12 23 24 Contator 1 2 3 4 5 6 13 14 Depois de testar os contatos você irá montar o circuito abaixo utilizando os contatos do botão pulsador 23 24 os contatos do contator 13 14 e a bobina A1 e A2 Qual é a função do circuito Figura 5 Circuito para selagem de contator Após a montagem pressione o botão pulsador e observe o que acontece com o circuito Resumindo na terceira etapa do projeto você deve apresentar Passo 1 vale 20 pontos Fotos do circuito montado com seu RU ou sua identificação vale 10 pontos Valor de tensão medido no multímetro após a carga do circuito e tempo de carga vale 5 pontos Valor de tensão medido no multímetro após a descarga do circuito e tempo de descarga vale 5 pontos 12 V S 23 24 A1 COM K A2 K 13 14 13 Passo 2 vale 30 pontos Completar a Tabela 1 com o estado dos contatos do botão e do contator vale 5 pontos Responder a pergunta sobre o estado dos contatos do botão quando ele é pressionado vale 3 pontos Responder a pergunta sobre o estado dos contatos do contator quando o botão é pressionado vale 3 pontos Foto do circuito da Figura 5 montado com um papel com seu RU ao lado vale 5 pontos Responda as perguntas abaixo o Para que serve esse circuito O que modificou no contator depois que o botão foi pressionado vale 3 pontos o O que acontece com o contator quando o botão pulsador é pressionado E o que acontece depois que você solta o botão vale 3 pontos o Se você pressionar o botão novamente o que acontece no circuito vale 3 pontos o Se esse circuito for utilizado para acionamento de um motor quais outros elementos de proteção devem ser utilizados vale 5 pontos Obs seja o mais detalhista possível Sempre explique os passos que você realizou acrescente fotos dos experimentos Em caso de dúvidas entre em contato pela tutoria Este trabalho será entregue em uma única postagem Você deverá elaborar o projeto utilizando o modelo de relatório disponível no material complementar Caso o modelo de relatório não seja utilizado serão descontados 10 pontos de seu projeto Lembrese de salvar seu arquivo em formato PDF Algumas dicas não copie e cole textos da rota Você deve ler analisar e reescrever Caso retire algo da internet ou outro local tenha o mesmo cuidado e não esqueça de citar a fonte para não caracterizar plágio o que poderá zerar sua atividade Calculo de Potˆencias e Fator de Potˆencia Questao 1 Os circuitos analisados sao compostos pelos seguintes elementos principais Fusıveis F1 e F2 Os fusıveis sao dispositivos de protecao que evitam sobrecorrentes interrompendo o circuito caso ocorra um curtocircuito ou uma corrente excessiva Quando a corrente ultrapassa o valor nominal o filamento interno do fusıvel derrete abrindo o circuito e impedindo danos aos componentes Disjuntor Q1 O disjuntor atua como um dispositivo de protecao contra sobrecarga e curto circuito similar ao fusıvel porem com a vantagem de poder ser rearmado man ualmente apos uma atuacao No circuito o disjuntor Q1 e responsavel por permitir ou interromper a alimentacao do sistema de comando Contator K1 O contator e um dispositivo eletromecˆanico que ao ser energizado fecha seus contatos de potˆencia permitindo a passagem de corrente eletrica para a carga No circuito o contator K1 e acionado atraves do circuito de comando e mantem a alimentacao do motor ou lˆampada Contato de Selo K1 1314 O contato de selo e um contato auxiliar do contator K1 usado para manter o circuito energizado apos o acionamento inicial Esse contato fecha quando o contator e ativado permitindo que a bobina do contator permaneca energizada mesmo apos soltar o botao de acionamento Botoes de Comando S1 e S2 Os botoes de comando sao usados para iniciar e interromper o funcionamento do circuito 1 S1 Botao de acionamento normalmente aberto NA S2 Botao de parada normalmente fechado NF Lˆampadas Indicadoras H1 e H0 As lˆampadas indicadoras servem para sinalizar o estado do circuito A lˆampada H0 geralmente indica que o sistema esta energizado enquanto a lˆampada H1 pode indicar que o motor esta ligado Circuito 1 Acionamento por Chave Seletora Neste circuito o acionamento e feito atraves de uma chave seletora Ao girar a chave o contato correspondente fecha permitindo a passagem de corrente para a bobina do contator K1 que aciona a carga Circuito 2 Acionamento por Botao de Pulso NA Aqui o botao S1 e um botao de pulso normalmente aberto NA Quando pressionado ele permite a passagem de corrente para a bobina do contator K1 que fecha seus contatos de potˆencia e mantem o circuito ligado Circuito 3 Desligamento por Botao de Pulso NF Este circuito utiliza um botao de pulso normalmente fechado NF Quando pressionado ele interrompe a corrente que alimenta a bobina do contator K1 desativando a carga Circuito 4 Chave Retentora de Emergˆencia NF Aqui a chave de emergˆencia e um dispositivo normalmente fechado NF Quando acionada ela interrompe a alimentacao da bobina do contator desli gando imediatamente o circuito e garantindo a seguranca do sistema Circuito 5 Contato de Selo O quinto circuito utiliza um contato auxiliar do contator K1 1314 como circuito de selo Quando o botao S1 e pressionado o contator K1 energiza e fecha esse contato auxiliar Isso mantem o contator ativado mesmo depois que o botao de acionamento for solto O circuito so e desligado quando o botao S2 NF e pressionado 2 AGIEI Instalações Elétricas Industriais BOTÃO DE COMANDO Dispositivo que visa interromper ou estabelecer a carga em um circuito através de um acionamento manual AGIEI Instalações Elétricas Industriais AGIEI Instalações Elétricas Industriais Figure 1 Enter Caption Questão 2 Dados do Problema A indústria possui três máquinas com as seguintes potências Carga 1 Máquina 1 Potência ativa P1921 W definido pelo RU Fator de potência FP11 Carga puramente resistiva Como FP11 não há potência reativa Q10 VAr Potência aparente S1P1921 VA Carga 2 Máquina 2 Potência aparente S2500 VA Fator de potência FP208 Potência ativa P2S2xFP2500x08400 W Potência reativa Q2S22P22 50024002 Q225000016000090000300 VAr Carga 3 Máquina 3 Potência reativa Q3 40 VAr carga capacitiva Fator de potência FP3 06 Potência aparente S3 Q3 sqrt1 FP32 40 sqrt1 062 S3 40 sqrt1 036 40 sqrt064 40 08 50 VA Potência ativa P3 S3 FP3 50 06 30 W Cálculo das Potências Totais Agora somamos as potências ativas e reativas Potência ativa total Ptotal P1 P2 P3 921 400 30 1351 W Potência reativa total Qtotal Q1 Q2 Q3 0 300 40 260 VAr Potência aparente total Stotal sqrtPtotal2 Qtotal2 Stotal sqrt13512 2602 sqrt1825201 67600 sqrt1892801 Stotal 13766 VA Fator de potência total FPtotal Ptotal Stotal 1351 13766 0981 Correcao do Fator de Potˆencia O problema pede para corrigir o fator de potˆencia para 096 se necessario A nova potˆencia reativa desejada e Qcorrigido Ptotal tancos1096 Calculando Qcorrigido 1351 tancos1096 Qcorrigido 1351 tan1626 Qcorrigido 1351 0291 393 VAr Agora verificamos a potˆencia reativa que precisamos compensar Qbanco Qtotal Qcorrigido 260 393 133 VAr Como o resultado e negativo isso significa que nao precisamos adicionar um banco de capacitores pois o fator de potˆencia ja esta adequado Calculo do Resistor R A formula para calcular o resistor e R primeiro dıgito do RU 1000 segundo dıgito do RU 100 Substituindo os valores do nosso RU R 4 1000 2 100 R 4000 200 4200 Ω Agora devemos escolher um resistor proximo a este valor O valor comercial mais proximo disponıvel e 43 k 4300 Alternativamente podemos associar resistores para obter 4200 como por exemplo Um resistor de 39kΩ em serie com um de 300Ω Dois resistores de 21kΩ em serie Calculo do Capacitor C A regra definida para o capacitor e Se o terceiro dıgito do RU estiver entre 1 e 4 entao C 1000µF Se o terceiro dıgito do RU estiver entre 5 e 9 entao C 2200µF 7 O terceiro dıgito do nosso RU e 6 que esta no intervalo 5 a 9 entao C 2200 µF Os componentes calculados para o circuito RC sao Resistor R 4 2kΩ ou valor comercial 43 k Capacitor C 2200 µF Estes valores podem ser usados para simular o circuito RC conforme solici tado no problema Calculo do Tempo de Carga e Descarga do Circuito RC 8 Introducao A constante de tempo τ para um circuito RC e dada por τ R C 1 Substituindo os valores τ 4200 2200 106 2 τ 924 s 3 Tempo de Carga e Descarga O tempo necessario para carregar ou descarregar aproximadamente 99 do capacitor e 5 vezes a constante de tempo tcarga 5 τ 5 924 462 s 4 tdescarga 5 τ 462 s 5 9