Posts de — Março 2009

1. APARELHOS DE MEDIDA

O Amperímetro
É um aparelho de medida que mede a intensidade de corrente, em amperes (A).
É, por isso, um aparelho que é ligado em série com os receptores, em virtude de a intensidade de corrente ser constante em cada troço ou ramo de um circuito.
Exemplo da ligação do(s) amperímetro(s) num circuito com três ramos:

Cada troço tem o seu amperímetro pois as correntes são diferentes.

Como é ligado em série, é fabricado de forma a ter uma resistência interna rA pequena (alguns ohm ou décimas de ohm) para não alterar as condições de funcionamento do circuito, isto é, não provocar quedas de tensão consideráveis no circuito e, portanto, consumir pouca energia.

Amperímetros analógicos
(mostrar exemplares de amperímetros analógicos e digitais)

O Voltímetro
É um aparelho que mede a diferença de potencial (tensão eléctrica) entre dois pontos quaisquer de um circuito, em volts (V). Pode-se assim medir com ele a queda de tensão em qualquer receptor, resistência, etc.
Liga-se em paralelo com o receptor ou pontos entre os quais se quer medir a tensão, como se mostra na figura abaixo

Por ser ligado em paralelo, o voltímetro deve ter uma resistência interna (rV) bastante elevada (centenas ou milhares de kiloohm), de forma a desviar pouca corrente do circuito, isto é, consumir pouca energia.

Voltímetros analógicos
(mostrar exemplares de voltímetros analógicos e digitais)

O Ohmímetro
É um aparelho de grande utilidade no laboratório pois permite: medição rápida de resistências desconhecidas, verificação da continuidade de um componente, de um receptor ou de todo o circuito, etc.
(mostrar exemplares de ohmímetros analógicos e digitais)

notas:
– Não deve medir resistências quando estejam a ser alimentadas por qualquer circuito eléctrico (nem sequer convém que estejam montadas num circuito)
– Quando medir alguma resistência com o ohmímetro, deve evitar tocar nela com os dedos, pois isso pode falsear os resultados.

O Multímetro
É um aparelho que permite medir diversas grandezas eléctricas, nomeadamente: intensidades de corrente, tensões eléctricas, resistências eléctricas, capacidades, indutâncias, frequências, etc.
– Pode medir também em corrente contínua e corrente alternada.
– O aparelho dispõe de um quadrante com os diferentes campos de medida e dispõe de vários terminais, os quais serão ligados (dois deles) ao circuito, consoante o campo de medida escolhido.

Por exemplo, este multímetro tem os seguintes campos de medida:
Tensão – 200mV, 2V, 20V, 200V, 1000V (c.c. e c.a.)
Intensidade – 200microA, 2mA, 20mA, 200mA, 2A, 20A (c.c. e c.a.)
Resistência – 200ohm, 2K, 20K, 200K, 2M, 20M

Deve rodar-se o selector para a posição correspondente ao campo de medida que queremos seleccionar e utilizar os terminais adequados.

2. CARACTERÍSTICAS DOS APARELHOS E TÉCNICAS DE MEDIDA

Os aparelhos de medida podem ser analógicos ou digitais. Os analógicos têm geralmente uma agulha ou ponteiro que se desloca numa escala graduada. Os digitais indicam directamente num ecrã o valor medido.

Elementos principais constituintes de um aparelho de medida:
– Escala Graduada – conjunto de marcas, graduadas, onde se desloca o ponteiro. As escalas podem ser lineares, quando as divisões são todas iguais, ou não lineares, quando há troços em que as divisões são diferentes.
exemplo de escala linear graduada de 0 a 6

– Divisão da Escala – é cada uma das partes em que a escala está dividida, pela
numeração. A escala da figura anterior tem 6 divisões: 0 a 1; 1 a 2; 2 a 3; 3 a 4; 4
a 5; e 5 a 6.
– Menor Divisão da Escala – é o valor mais pequeno que se pode medir na
escala. A escala da figura anterior, cada divisão da escala está subdividida em 5
partes que valem 0,2 cada uma; assim, a menor divisão da escala é 0,2.

– Agulha ou ponteiro – é o elemento que se desloca na escala. É movido pelo campo electromagnético criado no aparelho pela corrente eléctrica que o percorre.

– Campo de Medida – é o valor máximo da grandeza que se pode medir com o aparelho. Um aparelho pode ter vários campos de medida. Na figura abaixo representa-se o selector S dos campos de medida de um aparelho que tem 3 campos de medida de intensidade (0,1A; 0,6A; 1A) e 3 campos de medida de tensão (10V; 60V; 120V). Com o selector escolhe-se o campo de medida que nos interessa, para cada caso.

Deve escolher-se sempre o campo de medida imediatamente acima da grandeza a medir, de modo a que o ponteiro fique o mais no fim da escala possível e, assim, o erro seja menor.
Por exemplo, se queremos medir 0,3 A devemos escolher o c.m. de 0,6 A e não o de 1A.
Nos caso em que não saibamos à partida o valor aproximado que vamos medir, seleccionamos primeiro o c.m. maior e depois vamos baixando o c.m. até ficarmos nas condições correctas (campo de medida imediatamente acima da grandeza a medir).

– Factor de Multiplicação ou Multiplicador de Escala – é o valor pelo qual se deve multiplicar o valor lido na escala, para obter o valor correcto da grandeza a medir.

é definido como:
campo de medida
m = ——————————
valor final da escala

o valor da grandeza virá então:
Grandeza = Leitura x m

Exemplo:

leitura = 3,6
c.m. = 60V
logo,
campo de medida 60
m = —————————— = —— = 12
valor final da escala 5

e o valor da tensão medida é:
U(V) = leitura x m = 3,6 x 12 = 43,2V

Em resumo, para fazer uma medição com um aparelho analógico devemos:
. Saber o valor aproximado da grandeza a medir
. Seleccionar o campo de medida que tenha o valor imediatamente a seguir ao valor aproximado anterior.
Quando não temos maneira de saber o valor aproximado da grandeza a medir, escolhemos o c.m. maior e depois vamos baixando, se for possível.
. Escolher a escala a usar. Normalmente escolhe-se uma em que o cálculo do multiplicador seja simples e se possa calcular de cabeça. Por exemplo, se o c.m. é de 6V, devemos escolher a escala com o fim de 60 e não a de 100
. Calcular o valor do m
. Fazer a leitura na escala escolhida
. multiplicar o valor lido pelo multiplicador.
Parede complicado mas com a prática fazemos todas estas operações de forma intuitiva e sem dar sequer por isso.

– Sensibilidade – é a capacidade de distinguir pequenas variações da grandeza medida

3. ERROS

– Erros nas Medidas
– Erro absoluto = valor real ou medido – valor verdadeiro
só podemos saber o valor máximo do erro absoluto
– Erro relativo = erro absoluto / valor verdadeiro
mas como desconhecemos os dois –> valor máximo do erro absoluto / valor real
é este que se usa para indicar a precisão de um aparelho ou a sua classe

– Classe de um aparelho
Dá, em % do desvio máximo, o erro absoluto máximo que se pode ter numa leitura qualquer.
Ex:, a classe 1,5 em 50 divisões diz-nos que, em qualquer leitura, o erro absoluto é:
1,5 x 50
———– = 0,75 de divisão
100
Então concluímos que, quanto menor for o número de divisões lidas, maior é o erro relativo.
Daí o tentarmos usar sempre a escala imediatamente a seguir ao valor a medir, de forma a que o ponteiro se desloque para o fim da escala o mais possível.

. Só devemos usar 3 algarismos significativos pois em electrónica o erro é quase sempre superior a 1%

– Tipos de Erros
– Erros acidentais
devidos ao aparelho ou ao observador – imperfeição da graduação, componentes
do aparelho, temperatura, presença de campos magnéticos – quantificado pela
classe do aparelho.
O mais vulgar, devido ao observador, é o resultante da leitura estimativa das
fracções de divisão
– Erros Sistemáticos
produzem-se sempre da mesma maneira e podem ser devidos ao aparelho, ao
observador ou ao método. Observador – paralaxe; aparelho – má graduação da
escala; método – método indirecto, por ex.

Questões:
1. Indique qual o aparelho adequado para medir Resistências eléctricas
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2. O que entende por Amperímetro?
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3. No circuito seguinte, suponha que pretendia medir a intensidade de corrente que atravessa a resistência R1 e a tensão eléctrica aos terminais da resistência R2.
Desenhe novamente o circuito mas agora já com os aparelhos inseridos de forma a medir aquelas duas grandezas.

4. Se pretendesse medir o valor de R1 será que podia fazê-lo directamente no circuito, sem qualquer precaução? Justifique.
__________ .
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5. O que é um multímetro?
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6. Suponha que iria medir uma tensão eléctrica de uma tomada de sua casa.
O aparelho que possui tem 4 campos de medida: 20V, 200V, 500V e 1000V.
Os fins de escala são de 20, 50, 100.
a) Qual o campo de medida que seleccionava com o selector?
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b) Qual a escala que usaria?
_________________________________________________________
c) Tendo em atenção as “escolhas” que fez em a) e b), calcule o valor do multiplicador

d) Supondo que a leitura que fez foi de 24, indique/calcule o valor real da tensão medida

7. Para a figura a seguir:
a) Por que foi escolhido o campo de medida de 3 ?
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b) Diga, justificadamente, através de cálculos, qual o valor da corrente.

8. No caso do problema anterior, se a classe do aparelho fosse de 0,5%, qual o valor do erro absoluto máximo que teríamos de usássemos (como usámos) a escala de 3.

9. Quais os tipos de erros de medida que conhece? Dê um exemplo de cada.
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10.

A figura mostra 2 leituras de uma grandeza eléctrica. A única diferença entre uma e outra medida foi a mudança de campo de medida.
Qual a medição que considera mais correcta? Justifique.
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LEI DE JOULE

Definição:
Energia W – é a capacidade que um corpo tem de produzir trabalho. Produz-se trabalho quando se modifica o estado físico, químico ou de repouso de um corpo

Definição:
Potência – é a energia despendida por unidade de tempo:
com: W – energia (Joules – J)
P – potência (Watts – W)
t – tempo (segundos – s)

– Um dos efeitos que a passagem da corrente eléctrica produz é o efeito térmico ou calorífíco, que não é mais do que a transformação de energia eléctrica em energia calorífica, num condutor ou num receptor térmico.
– A este efeito dá-se o nome de efeito de Joule (físico inglês, 1841); resulta de choques entre os electrões livres e os átomos das substâncias constituintes dos condutores e dos receptores, sempre que é aplicada ao circuito uma determinada tensão eléctrica.

– Vantagens e inconvenientes do efeito de Joule (tem a ver com o objectivo):
– Se pretendermos aquecer o ambiente, águas, estufa, etc., é vantagem.
– Se não, é desvantagem, como por exemplo, nos PCs, áudio, passagem nos
condutores, etc., são perdas.

Lei:
Lei de Joule – A energia eléctrica que se transforma em energia calorífica num receptor (ou num condutor) é directamente proporcional à resistência eléctrica deste, ao quadrado da intensidade de corrente e ao tempo de passagem da corrente.

Matematicamente

Potência Eléctrica. Energia Eléctrica.

Definição:
Potência eléctrica útil – de um gerador em carga é definida como o produto da tensão U pela intensidade I fornecida.
Se desprezarmos as perdas nos condutores de ligação do circuito, então esta potência é toda entregue ao receptor, sendo também a potência eléctrica do receptor, isto é:
P= U.I

– Utilizando a lei de ohm já estudada, podemos deduzir que:
e que P = R . I2

– Podemos ainda deduzir que:
W = P . t = R . I2 . t

Existe uma forma compacta de representar todas estas relações entre as grandezas estudadas (I, U, R, P):

Perdas. Rendimento.
Definição:
Rendimento (de um gerador ou de um receptor) – é o quociente entre a energia útil (fornecida) e a energia absorvida:

com: miú – rendimento (sem unidades)
Wu – energia útil (joules)
Wa – energia absorvida (joules)

Definição:
Energia de Perdas – é a diferença entre a energia absorvida e a energia útil:
Wp=Wa-Wu

– O rendimento também pode ser função das potências:
Pu
miú = ——-
Pa

– Normalmente, o rendimento é dado em percentagem:
Wu Pu
miú = —— x 100 (%) ou miú = ——— x 100 (%)
Wa Pa

Internet:
http://br.geocities.com/saladefisica3/laboratorio/efeitojoule/efeitojoule.htm
. Efeito de Joule – Aumento/Diminuo R e vejo como reage a temperatura “do circuito”
http://br.geocities.com/saladefisica3/laboratorio/potencia/potencia.htm
. Sabendo algumas de U, I, R, ou P, vou ter de responder o valor das outras

Problemas:

1. Uma torradeira tem as seguintes características: 750 W, 230 V. Calcule:
a) A intensidade que ela absorve

b) O valor da sua resistência eléctrica

c) A energia eléctrica que consome (em kWh) durante 20 minutos

d) A intensidade e a potência absorvidas, se a ligássemos a 150 V.

2. Duas resistências eléctricas de 30  e 50  são ligadas a 24 V.
a) Admitindo que se encontram ligadas em série, calcule:
a1) As potências dissipadas em cada uma

a2) A potência total dissipada

a3) A energia consumida em ¾ de hora

b) Admitindo que se encontram ligadas em paralelo, calcule:
b1) As potências dissipadas em cada uma

b2) A potência total dissipada

b3) A energia consumida em ¾ de hora

3. Um motor eléctrico absorve, de uma rede, 5 A quando alimentado a 220 V. Calcule:
a) A potência eléctrica absorvida pelo motor

b) A potência mecânica (útil) do motor, sabendo que o seu rendimento é de 80%

c) As perdas totais do motor

4. Um receptor térmico absorve 1200 W quando é alimentado a 230 V. Supondo que lhe aplicamos 180 V, calcule:
a) A resistência eléctrica

b) A intensidade absorvida

c) A potência absorvida

d) A energia consumida durante 35 minutos

5. Uma resistência eléctrica de baixa potência tem as seguintes características: 10 kohm e ¼ W.
Calcule:
a) A intensidade máxima que ela suporta sem se danificar

b) A tensão máxima que se lhe pode aplicar

6. Pretende-se construir uma resistência eléctrica para um aquecedor de 500 W / 220 V. Utiliza-se fio de cromoníquel de secção igual a 0,4 mm2. Calcule:
a) A resistência do fio, a quente

b) O comprimento do fio

c) A intensidade absorvida

d) A resistência do fio, a frio (20ºC), sabendo que a quente atingiu os 500ºC

CRIAR O LOOP PARA O ESTADO INICIAL
Agora temos de criar uma ligação entre a transição final e o estado inicial, uma vez que quando o procedimento para um veículo chega ao fim, temos de colocar o sistema novamente no estado inicial para que este fique pronto para processar o próximo veículo.
1. Traçar uma conexão a partir de uma transição
1.1. Clique da direita na última transição e seleccione Connections – Add Connection From Transition.
Um traço/conector estender-se-á da transição até ao cursor do rato.
1.2. Mova o cursor do rato para o “Estado_Inicial”. O cursor tornar-se-á uma seta.
1.3. Clique da esquerda do rato. O estado e a transição ficarão ligados e ficará com:

6. COMPILAR
Antes de simularmos o nosso projecto vamos compilá-lo para saber se há erros ou não.
1. Verificar todos os programas
1.1. Prima a tecla F7
A compilação começa e rapidamente aparecerá uma janela de informação com os resultados dessa compilação.
Deverá obter 0 errors, 0 warnings na penúltima linha. Caso contrário terá de corrigir o seu projecto antes de o simular.

2. Gravar o Projecto
2.1. Seleccione Menu File >> Save As…
2.2. Dê um nome ao seu projecto e clique em Save.

7. TESTE DE SIMULAÇÃO DAS TRANSIÇÕES
Antes de criarmos as Acções convém verificar como o programa funciona quando as condições de transição são satisfeitas, para ver se essa parte está bem.
Vamos então fazer isso.

1. Estabelecer uma ligação online
1.1. Seleccione Menu Simulation >> Work Online Simulator
1.2. Clique OK
O software fará um “download” do seu programa para o Autómato, download este virtual como é óbvio. Apenas no final de todos os testes faremos o download real para o Autómato.
1.3. Clique OK

2. Configurar as Condições de Transição
2.1. Seleccione Menu PLC >> Operating Mode – Monitor
2.2. Clique Yes
2.3. Clique na “Flag_Deteccao_Veiculo”.
Deverá aparecer-lhe, do lado direito do ecrã, o respectivo programa ladder dessa transição

2. Colocar a Entrada a ON
Vamos forçar / simular a entrada 0.00 (que, como se lembram corresponde ao “Sensor_Veiculo_Detectado”) a ON, isto é, aproxima-se um veículo.
2.1. Clique da direita em “Sensor_Veiculo” e seleccione Set-On
Então a saída Veiculo_Detectado (ladder) deve ficar a ON e a correspondente flag no Grafcet (“Flag_Deteccao_Veiculo”) deve ficar a TRUE, pelo que o estado do sistema passará do Estado_Inicial para o estado Emissao_Ticket.

2.2. Do mesmo modo que testou esta transição, teste todas as restantes.

3. Fim da Simulação
3.1. Seleccione Menu Simulation >> Work Online Simulator
3.2. Seleccione Menu Simulation >> Exit Simulator

8. CRIAR AS ACÇÕES
Cada estado tem associadas alguma(s) acção(ões) que se dão quando o sistema está nesse estado.
As acções também são programadas como programas ladder.
1. Registar o programa da acção
O estado inicial não tem nenhuma acção associada, pelo que vamos começar com a acção associada ao estado 2, “Emissao_Ticket”
1.1. Clique da direita no estado “Emissao_Ticket” e selecione Add Action – New Ladder Action
1.2. Clique da direita em Action 1, que foi adicionada pelo passo anterior, e seleccione Rename
1.3. Digite o nome da acção como “Emitir_Ticket”

2. Criar o Programa da acção
2.1. Duplo clique no programa “Emitir_Ticket”, do lado esquerdo do ecrã
Deverá aparecer o espaço de trabalho ladder à direita do ecrã
2.2. Criar o programa ladder:
Para tornar uma entrada ON quando o estado fica activo, vamos usar a flag P_On, que é uma flag que fica sempre a On (neste caso fica sempre a On quando estamos nesse estado, naturalmente).
Na saída vamos usar o endereço 10.00 para o mecanismo que vai emitir o ticket, e o 20.00 para a saída/contacto que vai activar a painel de mensagem.

3. Criar as restantes acções
Agora que já sabe como criar acções, crie as restantes acções da mesma forma que fez para a anterior.
Deverá ficar com:

2. Associar Qualificadores/Atributos às Acções
Existem vários qualificadores / tipos de acção.
Por exemplo, no caso da estado “Fechar_Cancela” a cancela só começa a fechar 3 segundos depois de o veículo ter passado, por motivos de segurança. Então temos de diferenciar esse tipo de acção das outras (qualificador=N), cujo início é logo assim que o sistema evolui para o respectivo estado.
Vamos ver:
2.1. Duplo clique em N na acção “Fecha_Cancela”
2.2. Seleccione D na drop-downlist
2.3. Duplo clique em 1s
2.4. Digite 3 e
Ficará com:

Isto quer dizer que quando o sistema passa para o estado “Fechar_Fancela” a acção a ele associada, “Fecha_Cancela” não ocorrerá de imediato, como sucederia se fosse qualificada com N, mas apenas se iniciará ao fim de 3 segundos (D 3s significa Delay/Atraso de 3 segundos).

9. SIMULAÇÃO
Vamos agora testar o sistema completo.
1. Estabelecer uma Ligação Online – Mude para modo Monitor
Tal como já fez quando testou as transições:
Menu Simulation >> Work Online Simulator

2. Forçar as transições a ON
2.1. Clique da direita em “Flag_Deteccao_Veiculo” e seleccione Force transition – On
O estado activo deve passar para o estado “Emissao_Ticket”
2.2. Duplo clique na acção “Emitir_Ticket”
Verifique o estado de execução do programa da acção, em ladder, no lado direito do ecrã. Ambas as saídas devem estar a ON.
2.3. Clique da direita na “Flag_Retirada_Ticket” e seleccione Force Transition – On
O estado activo deverá passar para o 3º estado, “Abrir_Cancela”
2.4. Duplo clique na acção associada a esse estado, “Abre_Cancela”
2.5. Clique na acção acima “Emitir_Ticket” de novo. Na zona ladder, confirme que as acções associadas ao estado anterior “Emissao_Ticket”, saídas 10.00 e 20.00 estão agora OFF.
Isto porque o sistema já evoluiu para o estado seguinte.

3. Testar a Operação das Acções
3.1. Force a “Flag_Cancela_Tot_Aberta” a ON
Verifique a operação das acções à medida que os estados vão ficando activos/desactivados.
Logo que o Sensor_Veiculo_Passado na transição Veiculo_passado fica a OFF, a transição “Veiculo_Passado” é satisfeita. O estado activo passa para imediatamente para “Fechar_Cancela” e acção a ele associada, “Fecha_Cancela” iniciar-se-á passados 3 segundos.
3.2. Quando a transição “Cancela_Tot_Fechada” for satisfeita, o sistema voltará a ir para o “Estado_Inicial” e tudo volta ao início (loop).

4. Terminar a Simulação
4.1. Seleccione Menu Simulation >> Work Online Simulator
4.2. Menu Simulation >> Exit Simulator

That’s all.