Roteiro Aula Prática – Materiais e Instrumentação Eletroeletrônica

O Roteiro de Aula Prática de Materiais e Instrumentação Eletroeletrônica é uma iniciativa voltada para o curso de engenharia elétrica e áreas afins, com o objetivo de integrar teoria e prática no estudo de circuitos elétricos e sistemas de medição. Ele proporciona aos alunos a oportunidade de aplicar conceitos fundamentais, como medições de tensão, corrente, resistência e o uso de instrumentos de precisão, em ambientes simulados ou experimentais. Essa experiência prática é essencial para desenvolver as competências necessárias para a atuação no campo da eletrônica e instrumentação.

Por meio desse roteiro, os alunos são guiados em atividades que envolvem o uso de multímetros, sensores e software de simulação, como o LTspice, para configurar e analisar circuitos. Cada etapa é detalhada, desde a preparação e montagem dos circuitos até a coleta de dados e análise dos resultados obtidos. Os experimentos incluem simulações de filtros RC, amplificadores de instrumentação e acionamento de motores de indução, oferecendo uma visão prática dos desafios encontrados na área eletroeletrônica.

Essa iniciativa acadêmica é essencial para a formação dos alunos, pois complementa o aprendizado teórico com a aplicação direta em situações práticas, preparando-os para enfrentar problemas reais no mercado de trabalho. O Roteiro de Aula Prática não só reforça o conteúdo aprendido em sala de aula, como também contribui para o desenvolvimento de habilidades técnicas cruciais para a engenharia elétrica, automação industrial e outras áreas relacionadas.

Disciplina: Materiais e Instrumentação Eletroeletrônica.

 

RESULTADO DE AULA PRÁTICA 1

 

7 – Equipamentos de Medição.

 

2 – Propriedades dos Materiais e Sistemas de Medição.

 

Unidade: Aula:

 

 

 

Resultados da Aula Prática

O aluno deve apresentar um relatório técnico do experimento em que devem constar:

• As etapas desenvolvidas, ou seja:
  • Acessar o site do simulador.
  • Acessar o experimento Multímetro.
  • Realizar pré-teste.
  • Realizar o experimento.
  • Tomar notas.
  • Realizar pós-teste.
• Os resultados obtidos em cada etapa.
• Os pontos mais importantes apresentados no simulador.
• As capturas de tela do experimento no simulador. Deve-se apresentar no mínimo uma captura de tela para cada uma das seguintes etapas do experimento com o multímetro, ou seja:
  • Medição das tensões elétricas contínuas em pilhas.
  • Medição de tensão elétrica alternada.
  • Medição de resistência elétrica.
  • Medição de corrente contínua.

 

 

• Medição de corrente alternada usando um alicate amperímetro.

 

 

Referências

https://grupoa-u.blackboard.com/

 

Disciplina: Materiais e Instrumentação Eletroeletrônica.

 

RESULTADO DE AULA PRÁTICA 2

 

Aula 10 – Medição de Pressão.

 

Unidade 3 – Sensores e Medidores.

 

Unidade: Aula:

 

 

 

Tensão de Entrada	Tensão de Saída	Valor em termos de pressão
5 V	8,333 V	8,333 kPa
2 V	6,666 V	6,666 kPa

A tabela a ser montada, sabendo que 1 V equivale a 1 kPa é dada por:

 

 

Disciplina: Materiais e Instrumentação Eletroeletrônica.

RESULTADO DE AULA PRÁTICA 3

4 – Sistemas de Aquisição de Dados e Atuadores.

 

Aula 13 – Condicionamento de Sinais.

 

Unidade: Aula:

 

 

Resultados da Aula Prática

O resultado esperado para a aula prática é que o aluno seja capaz de realizar os seguintes itens para cada projeto apresentado. Ou seja:

Projeto 1: Filtro RC

1. Apresentar uma breve introdução teórica sobre o filtro RC, incluindo suas aplicações e princípios de funcionamento.
2. Configurar corretamente o circuito do filtro RC no LTspice, utilizando os componentes apropriados e conectando-os de acordo com o diagrama fornecido.
3. Definir os valores adequados para o resistor (R) e capacitor (C), levando em consideração a frequência de corte desejada e a faixa de frequência de interesse.

Para calcular a frequência de corte (f_c) de um filtro RC (resistor-capacitor), você pode usar a fórmula:

f_c = 1 / (2 * π * R * C)

(1)

Onde:

• f_c é a frequência de corte em Hertz (Hz).
• π (pi) é uma constante aproximadamente igual a 3,14159.
• R é o valor da resistência em ohms (Ω).
• C é o valor da capacitância em farads (F).

Siga os passos abaixo para calcular a frequência de corte de um filtro RC:

1. Determine os valores da resistência (R) e capacitância (C) do filtro RC.
2. Substitua os valores de R e C na fórmula acima.
3. Realize o cálculo para obter o valor da frequência de corte (f_c).

 

 

 

Por exemplo, suponha que você tenha um filtro RC com um resistor de 10 kΩ (10.000 ohms) e um capacitor de 1 µF (1 microfarad). Vamos calcular a frequência de corte:

f_c = 1 / (2 * π * 10 kΩ * 1 µF)

f_c = 1 / (2 * 3.14159 * 10,000 * 0.000001)

f_c ≈ 15.92 Hz

Portanto, no exemplo acima, a frequência de corte do filtro RC é aproximadamente 15,92 Hz. Isso significa que o filtro começará a atenuar o sinal de entrada a partir dessa frequência.

1. Realizar a simulação do circuito no LTspice, observando a resposta em frequência do filtro RC. A simulação da frequência pode ser feita pelo ‘AC sweep’ como orientado no roteiro. O resultado esperado está apresentado a seguir.
2. Comparar os resultados obtidos na simulação com as expectativas teóricas, analisando a atenuação em diferentes frequências e a resposta em fase do sinal.
3. Apresentar os resultados e as conclusões em um relatório, incluindo os valores dos componentes utilizados, as medições realizadas e qualquer observação relevante.

Projeto 2: Amplificador de Instrumentação

1. Fornecer uma introdução teórica sobre amplificadores de instrumentação, abordando suas aplicações e princípios de funcionamento. 
2. Configurar corretamente o circuito do amplificador de instrumentação no LTspice, utilizando os componentes adequados e conectando-os conforme o diagrama fornecido.
3. Determinar os valores corretos para os resistores de realimentação e de entrada, levando em consideração o ganho desejado e as características do amplificador operacional.Para obter o ganho de um amplificador de instrumentação, é necessário conhecer a configuração do amplificador e seus componentes. O amplificador de instrumentação é comumente composto por três resistores: R1, R2 e Rg.

   O ganho de um amplificador de instrumentação pode ser calculado pela fórmula:

   Ganho = (R2 / R1) * (1 + (2 * Rg / R1)) (2)

   Onde:

   • R1 é a resistência conectada ao terminal não inversor do amplificador.
   • R2 é a resistência conectada ao terminal inversor do amplificador.
   • Rg é a resistência conectada ao ponto de referência ou terra comum (ground) do amplificador.

   Agora, vamos considerar um exemplo em que o amplificador de instrumentação (Figura 3) possui um ganho de 10. Nesse caso, precisamos encontrar os valores apropriados para R1, R2 e Rg.

   Suponha que escolhemos R1 = 1 kΩ (1000 ohms). Podemos calcular o valor de R2 e Rg usando a fórmula acima e o ganho desejado. Ou seja:

   10 = (R2 / 1000) * (1 + (2 * Rg / 1000))

   Simplificando a equação, podemos obter:

   R2 + 2 * Rg = 10 * 1000

   Uma solução possível é escolher R2 = 9 kΩ (9000 ohms) e Rg = 1 kΩ (1000 ohms). Nesse caso, o ganho do amplificador de instrumentação será aproximadamente 10.

   É importante observar que existem muitas outras combinações possíveis de valores para R1, R2 e Rg, as quais podem fornecer um ganho de 10 em um amplificador de instrumentação. A seleção dos valores exatos depende do projeto específico, das restrições de componentes disponíveis e das características desejadas do amplificador. Os valores possíveis para os resistores estão apresentados na figura a seguir.

    

    

4. Realizar a simulação do circuito no LTspice, medindo a amplitude do sinal de entrada e do sinal de saída para determinar o ganho do amplificador.
5. Comparar o ganho obtido na simulação com o valor esperado teoricamente, além de avaliar a resposta em frequência e a distorção do sinal.

6. Elaborar um relatório contendo os resultados, incluindo os valores dos componentes utilizados, as medições realizadas e qualquer observação relevante.

O tutor/professor avaliará o desempenho do aluno com base na correta execução dos procedimentos, na compreensão teórica demonstrada, na precisão dos valores de componentes utilizados, na análise e interpretação dos resultados obtidos e na apresentação organizada e clara das informações no relatório.

 

 

 

RESULTADO DE AULA PRÁTICA 4

4 – Sistemas de Aquisição de Dados e Atuadores.

 

Unidade:

Aula 15 – Elementos Finais de Controle.

 

 

 

Aula:

 

 

O cálculo do fator de potência pode ser feito, inicialmente, convertendo a defasagem para radianos ou graus como segue:

1 ms

360º 1

60

– 2,882 ms

qgraus

® – 360º×2,882m =

60 ×qgraus ®

qgraus = – 62,25º

Com a defasagem, é possível se obter o fator de potência:

FP = cos(q) = cos(62,25º ) = 0, 4656

Com o fator de potência em mãos, é possivel se calcular o capacitor para a correção. Como se trata de um sistema trifásico, o processo para a correção do fator de potência é normalmente

 

 

Y

3 ×2p ×f ×V

2

=

=

= 550 mF

F (RMS )

3 ×2p ×f ×ç F (PICO ) ÷

æV

ö2

çè

2

÷ø

3 ×2p ×60 ×ç

æ179,6ö2

çè

2

÷

÷ø÷

Adicionando os capacitores ao sistema, o circuito fica o seguinte:

179,60 ×42,08

obtido pelo cálculo das potências. O primeiro passo é se determinar a potência aparente do sistema,

S3f = 3 ×VF (RMS ) ×IF (RMS) = 3 ×VL(RMS) ×IL(RMS)

Como o sistema está em Y, é mais fácil utilizar as tensões e correntes de fase, como o gráfico que foi obtido anteriormente. Assim, tem-se

S = 3 ×V

3f

F (RMS ) F (RMS )

×I

= 3 × F (PICO ) × F (PICO ) = 3 ×

V

I

10032,53

2 2

2

= 11336,35VA

O objetivo é se obter a potência reativa necessária para a correção, que é igual a potência reativa atual menos a desejada. Então, calculando a potência reativa atual, tem-se:

Q3f = S3f ×sen(q) = 11336,35 ×sen(62,25º ) = 10032,53VAr

A potência reativa desejada deve ser calculada a partir do fator de potência desejado (FP=1), o que indica que qd = 0º , portanto:

Qd 3f = Sd 3f ×sen(qd ) = P3f ×tg(qd ) = P3f ×tg(0º ) = 0

Assim, a potência ativa reativa necessária para a correção é:

Qc 3f = Q3f – Qd 3f = 10032,53 – 0 = 10032,53VAr

Com isso, é possível se determinar o valor dos capacitores a serem colocados no sistema. Nesse caso, eles serão colocados em Y. Portanto:

C =

Q

c 3f

Q

c 3f

 

 

 

 

 

1. Análise dos resultados: Serão registrados os valores dos componentes utilizados. O aluno analisará circuito trifásico RL, observando a sua resposta em termos do fator de potência. Serão identificados problemas ou limitações no circuito de acionamento e possíveis (propostas) de soluções.

2. Conclusão: O aluno fará uma síntese dos principais aprendizados e conclusões obtidos com a atividade, discutindo a importância da correção do fator de potência e do acionamento de motores de indução na automação, destacando, com isso, as habilidades, as competências e os conhecimentos adquiridos durante a atividade.

O tutor/professor avaliará o desempenho do aluno com base na correta execução dos procedimentos, na compreensão teórica demonstrada, na precisão dos valores dos componentes utilizados, na análise e na interpretação dos resultados obtidos, bem como na apresentação organizada e clara das informações.