Laboratório. Energia Potencia Fator

7/21/2019 Laboratrio. Energia Potencia Fator

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PEA-Eletrotcnica Geral Energia, Potncia e Fator de Potncia

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LABORATRIO DE ELETROTCNICA GERAL I

EXPERINCIA: ENERGIA, POTNCIA E FATOR DE POTNCIA(EP)

RELATRIO -

Grupo:..................................................................................................................................................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................

Professor:..................................................................... Data:...........................

Objetivo:..............................................................................................................................................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

........................................................................................

1 - Consideraes gerais

A parte experimental est organizada nas seguintes etapas:

- identificao dos componentes e equipamentos, onde o aluno dever reconhecer todos os aparelhos ecomponentes que sero utilizados na experincia;

- caracterizao dos resistores, bobinas e capacitores, onde ser obtida a impedncia complexa de cada um dosbipolos;

- clculo das potncias reativa e aparente absorvidas por cada bipolo;- associao srie-paralelo de resistor, bobinas e capacitores, onde sero estudados o fluxo de potncia reativa

em um circuito e a correo do fator de potncia;- visualizao da tenso senoidal no osciloscpio e avaliao qualitativa do correspondente valor eficaz e

perodo;- visualizao da defasagem entre tenso e corrente no resistor, capacitor e indutor.

Nota importante:

Nos prximos itens os resultados experimentais devero ser lanados nas tabelas correspondentes. Preenchasomente as clulas das tabelas que tiverem fundo branco . As clulas com fundo cinza destinam-se aolanamento dos resultados indiretos da experincia, que devero ser obtidos atravs de clculos posteriores queno precisam ser realizados no laboratrio. No relatrio devero constar tambm as respostas a todas as questesdo item 9 (Questes bsicas).

2 - Identificao dos componentes e equipamentos

Inicialmente, identifique os elementos que sero utilizados na experincia:

- painel de tenses;- reostato;- bobinas;- capacitores;- voltmetro;

- ampermetro;

NOTA

.............


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2

- multmetro;- wattmetro;- VARIAC;

os quais sero discutidos brevemente a seguir.

Painel de tenses

A Figura 1 apresenta um esquema do painel do laboratrio, de onde sero tomadas todas as tenses a seremutilizadas na experincia.

O terminal identificado pela letra N, preto, corresponde ao terminal neutro do sistema trifsico de tenses. Nocaso do laboratrio, o terminal neutro est solidamente aterrado (potencial nulo em relao terra). Os terminaisidentificados pelas letras A, B e C, vermelhos, correspondem s fases do sistema trifsico (terminais vivos). Astenses VAN, VBN e VCNso denominadas tenses de fase, tm valor eficaz igual a 127 V e esto defasadas

entre si de 120 no tempo (a freqncia do sistema 60 Hz). As tenses VAB, VBC e VCAso denominadas

tenses de linha, tm valor eficaz igual a 220 V e tambm esto defasadas entre si de 120 no tempo.

Figura 1 - Painel de tenses do laboratrio

__________

Importante:

Identifique os botes de Liga e Desliga no painel, bem como o boto de emergncia que corta ofornecimento de energia bancada. Em qualquer situao anormal, a primeira ao a ser tomada deverser apertar o boto de emergncia .

Reostato, bobinas e capacitores

O reostato, as bobinas e os capacitores possuem somente dois terminais acessveis, os quais so intercambiveis

(isto , estes componentes no tm polaridade definida pelo fabricante). O reostato simplesmente um resistorcuja resistncia pode ser variada, atravs de um cursor, desde zero at seu valor mximo nominal. Em tudoquanto se segue, o reostato, as bobinas e os capacitores sero identificados pelas letrasR,Le C, respectivamente.

Voltmetro, ampermetro e multmetro

O voltmetro e o ampermetro permitem medir o valor eficazde tenses e correntes alternativas, respectivamente.Lembre que o voltmetro deve ser ligado em paralelo com os terminais entre os quais se quer determinar atenso eltrica.

O ampermetro do tipo alicate, no qual a informao da corrente obtida atravs de um circuito magntico(alicate) que sensvel variao temporal do campo magntico produzido pela corrente em um condutorcolocado no interior do alicate.

A B C N


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3

O multmetro permite medir, como o prprio nome indica, vrias grandezas tais como tenso, corrente eresistncia eltrica.

Wattmetro

O wattmetro permite medir a potncia ativa por ele passante; esta potncia o valor mdio da potnciainstantnea passante. Ele possui uma bobina de tenso e uma bobina de corrente, sendo que a bobina de correnteobtm a informao atravs de um alicate. A informao da tenso obtida externamente atravs de dois cabosauxiliares que conectam os pontos de tenso aos terminais da bobina de tenso do wattmetro.

A leitura do wattmetro ser negativa se uma das bobinas (tenso ou corrente) no estiver com a polaridadecorreta; neste caso, inverta o sentido do condutor dentro do alicate, ou ento inverta a ligao da bobina detenso.

VARIAC

O VARIAC simplesmente um transformador com relao varivel entre o nmero de espiras no enrolamentoprimrio e o nmero de espiras no enrolamento secundrio. Assim, para uma tenso de alimentao fixa (porexemplo 127 V), atuando-se no controle do VARIAC pode-se obter uma tenso de sada varivel continuamenteentre 0 e 140 V. O VARIAC monofsico possui pelo menos 4 terminais: 2 de entrada e 2 de sada. Paraidentificar corretamente todos os terminais, consulte as instrues grficas no chassi do aparelho ou, em suaausncia, consulte o professor responsvel.

3 - Caracterizao dos resistores, bobinas e capacitores

Nesta etapa devero ser calculadas as impedncias complexas do reostato, bobinas e capacitores, utilizando ocircuito representado na Figura 2.

Figura 2 - Circuito para medio de impedncia (reostato, bobina ou capacitor)

Pela definio de impedncia complexa, tem-se:

ZV

IZ= =

&

&| ,

em que:

Z = impedncia complexa do bipolo em considerao ();

&V = fasor associado tenso senoidal de valor eficaz V;&I = fasor associado corrente senoidal de valor eficazI;

ZV

I= = mdulo da impedncia ();

carga(R, L ou C)

WA

VVARIAC

A

B

VAB~

220 V


4/9


4

=

IV

Parc cos = ngulo da impedncia complexa;

cosP

V I

=

= fator de potncia do bipolo;

P = potncia ativa absorvida pelo bipolo (W).

Conclui-se que para a determinao da impedncia complexa necessrio medir as grandezas V, Ie P. Efetuetais medies nos seguintes casos: (i) reostato na posio de mxima resistncia, (ii) duas bobinas ligadas emsrie, e (iii) dois capacitores de 10 F ligados em paralelo (Tabelas 1, 2 e 3, respectivamente). Vrios valores detenso so considerados com a finalidade de verificar a linearidade (ou no-linearidade) dos bipolos, isto , aconstncia (ou no) da relao V/Ipara diferentes valores de tenso de alimentao.

Tabela 1 - Impedncia complexa do reostato (posio de mxima resistncia)

Impedncia complexa

Tenso V(V)

CorrenteI(A)

Pot. ativaP(W)

Forma polar Forma retangular

MduloZ()

ngulo ()

ResistnciaR()

ReatnciaX()

50

100

150

200

Tabela 2 - Impedncia complexa de duas bobinas ligadas em srie

Impedncia complexaTenso V

(V)CorrenteI

(A)Pot. ativa

P(W)Forma polar Forma retangular

MduloZ()

ngulo ()

ResistnciaR()

ReatnciaX()

50

100

150

200


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5

Tabela 3 - Impedncia complexa de dois capacitores de 10 F ligados em paralelo

Impedncia complexaTenso V

(V)

CorrenteI

(A)

Pot. ativaP(W)

Forma polar Forma retangular

MduloZ()

ngulo ()

ResistnciaR()

ReatnciaX()

50

100

150

200

4 - Clculo das potncias reativa e aparente

Para cada um dos casos do item precedente (reostato, bobinas e capacitores) determine as potncias reativa eaparente absorvidas correspondentes a cada tenso de alimentao, preenchendo as Tabelas 4, 5 e 6.

Potncia aparente: S V I= (VA);

Potncia reativa: Q S P= 2 2 (VAr) (Q > 0 para carga indutiva).

Tabela 4 - Potncias reativa e aparente para o reostato (posio de mxima resistncia)

Tenso V(V)

CorrenteI(A)

Pot. ativa P(W)

Pot. aparenteS(VA)

Pot. reativaQ (VAr)

50

100

150

200

Tabela 5 - Potncias reativa e aparente para as bobinas ligadas em srie

Tenso V(V)

CorrenteI(A)

Pot. ativa P(W)

Pot. aparenteS(VA)

Pot. reativaQ (VAr)

50

100

150

200


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6

Tabela 6 - Potncias reativa e aparente para os capacitores ligados em paralelo

Tenso V(V)

CorrenteI(A)

Pot. ativa P(W)

Pot. aparenteS(VA)

Pot. reativaQ (VAr)

50

100

150

200

6 - Associao srie-paralelo de reostato, bobinas e capacitores

Neste item ser estudado o circuito RLC srie-paralelo no qual sero considerados diversos valores de

capacitncia. Execute os passos a seguir:

1. monte o circuito da Figura 3 com todos os capacitores inicialmente desligados;2. ajuste a tenso de sada do VARIAC em 100 V;3. ajuste o reostato de forma que a correnteI2seja igual a 1 A;

4. preencha a primeira linha da Tabela 7;5. mediante o fechamento conveniente das chaves dos capacitores, obtenha sucessivamente as capacitncias

indicadas na primeira coluna da Tabela 7. Preencha as linhas da tabela com os valores medidos de corrente epotncia.

VARIAC

A1 A3W

A2

R

L

L

C

~

127 V

A

N

V

Figura 3 - Circuito RLC srie-paralelo


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7

Tabela 7 - Medies de corrente e potncia ativa no circuito RLC srie-paralelo

Capacitncia Correntes (A) Potncia(F) I1 I2 I3 ativa (W)

0 1,000 1,000 0

5

10

15

20

25

30

35

40

7 - Anlise da forma de onda das tenses (DEMONSTRATIVA)

painel

A B C

N

tomadaoscil.

Horiz.

Vert.

Ponta deprova

linha

terra

osciloscpio

Figura 4 - Ligaes do osciloscpio e painel de terminais do laboratrio

Esta situao exige cuidados especiais com a ponta de prova: se o terminal terra da mesma for ligado a qualquerum dos terminais vivos do painel (fases do sistema trifsico), um curto-circuito se fechar atravs da carcaa doosciloscpio (a corrente eltrica ter um caminho de baixa impedncia entre o terminal vivo e o terminal neutrodo painel). Portanto, nunca ligue o terminal terra da ponta de prova a nenhum terminal vivo do painel.

Observe a forma de onda das tenses do painel. Efetue medies de tenso e perodo, anotando os valores naTabela 8 e comparando-os com os correspondentes valores de referncia. O valor de referncia da tenso eficazde fase (VAN) dever obtido ser medido com o voltmetro.


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8

Tabela 8 - Anlise das tenses do painel

Parmetro Valor de referncia Valor observado

Tenso de fase VAN(V) -----Tenso pico a pico (V) 2 2 =VAN

Perodo da senoide (ms) 1

601000 16 667 = ,

8 - Visualizao da defasagem entre tenso e corrente no resistor, indutor e capacitor(DEMONSTRATIVA)

Nesta etapa ser analisada a defasagem entre tenso e corrente no resistor, indutor e capacitor. Desenhe no

espao abaixo cada uma das situaes analisadas (circuito e resultados).


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9

9 - Questes bsicas

1. Coloque em um grfico a caracterstica externa [V= f(I)] dos 3 bipolos analisados (Tabelas 1, 2 e 3). Quaisbipolos so lineares e quais so no-lineares? Quais so as razes da no-linearidade?

2. Utilizando a ltima linha da Tabela 3 (200 V) calcule a capacitncia de um capacitor e compare o valorobtido com o correspondente valor nominal. Comente a eventual discrepncia entre os dois valores.

3. Para o circuito RLC srie-paralelo coloque em um grfico a curva das correntesI1 , I2 e I3em funo do

nmero de capacitores ligados (dados da Tabela 10).

a) Por que a curva da correnteI1apresenta um mnimo?

b) Determinar, a partir do grfico da corrente I1, a capacitncia para a qual a corrente mnima e o valor

dessa corrente. Compare ambos valores com os valores tericos esperados que podem ser obtidos a partirdos valores de impedncia do resistor e das bobinas.

c) Para uma linha qualquer da Tabela 7 verifique se possvel comprovar a primeira Lei de Kirchhoffutilizando as correntesI1,I2, eI3, justificando adequadamente caso isso no seja possvel.

4. Para a ltima linha da Tabela 7 (40 F), calcule as potncias reativa e aparente fornecidas pela rede eltrica eo fator de potncia.

5. Um consumidor industrial possui a curva diria de carga representada na Figura 5. Considerando que nosfins-de-semana a demanda cai 60% em todos os perodos do dia, pede-se determinar:

a) a energia mensal absorvida pelo consumidor;b) o fator de carga do consumidor;c) o valor da conta mensal de energia eltrica do consumidor considerando tarifa binmia com preos de

energia e de demanda mxima iguais a 0,035 R$/kWh e 3,4 R$/kW no ms, respectivamente.

Figura 5 - Curva diria de carga

6. Uma carga monofsica alimentada em 380 V, 60 Hz absorve 25 kW com fator de potncia 0,8 indutivo.Pede-se determinar o valor do capacitor a ser instalado em paralelo de forma a conduzir o fator de potnciaaos valores: 0,9 indutivo; 1,0; 0,9 capacitivo.

P(kW)

t (h)0 9 1

18 24

50

350

500

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