Quais são os instrumentos elétricos de medida?

 

Os instrumentos elétricos de medida são largamente utilizados em laboratórios de ensino. Esses equipamentos são utilizados para obtenção de valores de várias grandezas que estão envolvidas num circuito elétrico. Com os aparelhos apropriados podemos fazer medidas de corrente elétrica, voltagem e resistência elétrica.

A medida de corrente elétrica

Um aparelho capaz de indicar a presença de corrente elétrica em um circuito elétrico é denominado de galvanômetro. Se for possível graduar a escala desse aparelho ele receberá o nome de amperímetro, o qual possibilita a medição da intensidade da corrente elétrica. Existem tanto amperímetros digitais quanto amperímetros analógicos, ambos são muito utilizados, no entanto o digital permite maior precisão nos resultados.

Amperímetro analógico

Para medir a corrente em um circuito elétrico deve-se ligar o amperímetro em série com o circuito. Contudo, esse aparelho possui em seu interior uma resistência elétrica, cujo valor deve ser acrescido à resistência do circuito ao realizar os cálculos. De forma a tornar desprezível a resistência do amperímetro, esse aparelho é construído com a menor resistência interna possível.

A medida de voltagem

A medida de voltagem é mais conhecida como medida de diferença de potencial. Para realizar a medida de voltagem utilizamos aparelhos denominados de voltímetros. Assim como no caso do amperímetro, existem também voltímetros analógicos e digitais. Ambos são muito utilizados, porém o voltímetro digital possibilita a melhor leitura do valor da ddp como também a certeza do que está sendo medido.

Voltímetro analógico

Para medir a ddp entre as extremidades de um resistor, por exemplo, deve-se conectar o voltímetro em paralelo com a resistência. Esse aparelho, assim como o amperímetro, também possui uma resistência interna. Assim é desejável que a corrente que se desvia para o voltímetro seja a menor possível, de forma que ao introduzir o voltímetro a perturbação causada seja desprezível. Sendo assim, os voltímetros são construídos com uma resistência interna mais alta possível.

A medida de resistência

Para medir o valor de uma resistência utiliza-se um aparelho chamado ohmímetro, no entanto, se tivermos um multímetro, aparelho que tem capacidade de medir valores de voltagem, corrente elétrica e também a resistência do resistor, podemos medir o valor da resistência de um resistor. Para realizar essa medida basta conectar as ponteiras do multímetro nos terminais do resistor.

Multímetro

O Para-Raios, como funciona?

O para-raios é uma haste metálica pontiaguda colocada em um local bem alto e que está ligada a terra.

O para-raios foi construído por Benjamin Franklin. Ele é constituído por uma haste de metal ligada a terra por um fio condutor de cobre. Em sua extremidade superior existe uma coroa de quatro pontas, como mostra a figura abaixo, coberta por platina para suportar o forte calor gerado pela descarga elétrica.

A função básica de um para-raios é proporcionar um caminho seguro para a descarga elétrica. Quando o fio está ligado a terra, o para-raios faz com que a descarga seja conduzida até o solo.

Assim, podemos dizer que o para-raios nada mais é do que uma haste metálica pontiaguda colocada em um lugar bem alto e ligada a terra. Seu princípio de funcionamento se baseia no poder das pontas do condutor metálico.

Modelo de para-raios utilizado

Como atuam os para-raios

Uma nuvem eletrizada que esteja passando nas proximidades de um para-raios interage com ele, provocando indução eletrostática. Cargas elétricas de sinal contrário ao da nuvem são induzidas nas pontas metálicas do para-raios, e um forte campo elétrico vai se formando em suas vizinhanças.

O campo elétrico fica cada vez mais intenso, até ultrapassar a rigidez dielétrica do ar (3 x 106 V/m). Uma vez atingido o limite, o ar se ioniza, formando um caminho condutor até as nuvens. A partir desse momento ocorrem as descargas elétricas.

Princípio de funcionamento

Através do fenômeno eletrostático denominado poder das pontas, que é a grande concentração de cargas elétricas que se acumulam em regiões pontiagudas, quando o campo elétrico nas vizinhanças da ponta do para-raios atinge determinado valor, o ar em sua volta se ioniza e se descarrega através de sua ponta para o solo através de um fio de baixa resistividade, que é enterrado no solo e rodeado de pó de carvão .

Zona de proteção

Área de proteção de um para-raios.

 

Admite-se que a zona de proteção desse tipo de para-raios é igual a um cone com vértice na ponta da antena, raio no solo e altura equivalente do chão à ponta da antena. O vértice e a geratariz do cone forma um ângulo de 55º para estruturas com nível de proteção exigido para classe IV; para outros níveis este ângulo varia em função da altura do captor em relação ao solo (ver tabela - NBR-5419), conforme a figura ao lado. Para descobrir o raio de proteção de um para-raio, utiliza-se a formula onde H é a altura em metros e o ângulo em graus. Ou no modelo de fórmula Tang  = R / h
para raio vai teto.

 

Outros tipos

Para-raios de Melsens

Empregado para o mesmo fim que o para-raios de Franklin, o para-raios de Melsens adota o princípio da gaiola de Faraday. Consiste em envolver o edifício numa armadura metálica, aproveitando as linhas arquitetônicas para a passagem da trama: barras de ferro verticais e horizontais. No alto da construção, as barras verticais juntam-se em feixes, os quais se ligam ao solo, no outro extremo, por uma série de chapas de terra.

Para-raios em instalações elétricas

Na proteção de instalações elétricas, o para-raios, ou descarregador, é colocado num ponto da instalação em que se forme um máximo da onda de tensão elétrica. Na instalação, intercala-se um dispositivo que obrigue a onda de corrente elétrica, em quadratura com a onda de tensão elétrica, a ter uma inversão nesse ponto. Os tipos de para-raios empregados em instalações elétricas são: de antena, de rolos, de peróxido de chumbo e eletrolítico.

Inibidor de raios

    

Exemplo de inibidor de Raios (Lightning-Inhibitor) em um aeroporto.

 O inibidor de raios é um elemento de protecção que, ao contrário do para-raios, evita a formação do traçador através do qual se produz a descarga. Deste modo impede o processo natural de formação do raio numa área determinada.
Os para-raios tradicionais protegem as estruturas mas não podem evitar os efeitos negativos da indução electromagnética causada pela grande energia que se transmite durante a descarga, de que todos os aparelhos existentes, tanto eléctricos como telefónicos, informáticos, electrónicos, etc. se ressentem em maior ou menor medida, e que pode mesmo causar a sua completa destruição.
O inibidor de raios proporciona protecção não só contra os raios mas também contra os efeitos das induções electromagnéticas, dado que é capaz de evitar o processo natural de formação do raio na zona protegida.
A terra e a nuvem actuam como duas placas de um condensador, e quando a tensão entre placas aumenta suficientemente alcança-se um ponto de ruptura e produz-se o raio. O tempo de queda do raio é praticamente instantâneo, mas o processo de formação do traçador pode durar alguns minutos. O princípio físico de actuação do inibidor de raios está baseado na descarga deste condensador de forma controlada e constante durante esse tempo, através de um fluxo eléctrico da ordem dos miliamperes que se produz na sua cabeça para a ligação à terra em momentos de campo eléctrico "entre placas" elevado, situação que se apresenta quando há uma trovoada.

Riscos

 

Estudos da ICLP (International Conference on Lighting Protection) põe em dúvida a eficácia do sitema ESE (Early Streamer Emission), com o qual o inibidor de raios funciona. Testes confirmam que essa tecnologia pode não funcionar corretamente em meios naturais, em oposição aos testes realizados em laboratório. A ICLP critica ainda as instruções e a forma que essas são apresentadas pelo fabricante no manual desses produtos podendo prejudicar ainda mais o funcionamento do produto, quando utilizado por pessoas comuns. Na carta apresentado no site ofical, eles concluem dizendo que o uso do inibidor de raios não apresenta vantagem sobre o uso do para raios comum (..that the ESE technology does not offer any advantage or improved efficiency compared to normal lightning rods.).

Como calcular o consumo de energia elétrica?

Todo equipamento elétrico possui uma potência apresentada em Watts cujo símbolo é W. Normalmente esta informação vem estampada no produto ou na embalagem.
Exemplos: lâmpada incandescente = 100 W, chuveiro = 3.600 W, geladeira = 200 W, etc
Para calcular o consumo de um equipamento multiplique sua potência pelo tempo de funcionamento em horas. Ex. um chuveiro funciona 2 horas por dia logo seu consumo é 3.600 W x 2 horas = 7.200 Wh/dia
Aqui temos que fazer uma pequena conta que é transformar Wh (Watts hora) em kW (quilo Watts hora)
É só dividir o valor encontrado por 1000. Similar a 1 km que é 1000 metros ou 1 kg que é 1000 gramas.
No nosso exemplo, o chuveiro consome 7.200 Wh/dia = 7,2 kW/dia

Desta forma, para calcular o consumo de energia elétrica por mês é só utilizar a expressão:

Consumo = Potência do aparelho em Watts x horas de funcionamento por mês

1.000

Agora vamos dar um exemplo com 2 equipamentos:

• 2 lâmpadas de 100 W funcionando 8 horas por dia pelo período de 1 mês (30 dias)

Consumo = 2 x 100 W x 8 horas/dia x 30 dias

1.000

Consumo = 48 kWh/mês

• 1 computador de 150 W funcionando 10 horas por dia durante 1 mês (30 dias)

Consumo = 1 x 150 W x 10 horas/dia x 30 dias

1.000

Consumo = 45 kWh/mês

Consumo total  destes equipamentos= 48 + 45 = 93 kWh/mês

Este cálculo deve ser feito para todos os equipamentos elétricos porque o medidor de energia elétrica vai medir, durante um determinado período, em média 30 dias, o consumo de TODOS os aparelhos.
Por isto é importante você saber calcular o consumo e aprender com fazer seu acompanhamento eficiente.
Agora para saber quanto custa o funcionamento de cada aparelho elétrico multiplique o valor encontrado pelo valor da tarifa vigente em seu Estado. Veja no site da sua concessionária de energia elétrica o valor da tarifa.

Eficiencia Elétrica:

O IEE é calculado a partir dos consumos efectivos de energia de um edifício durante um ano, convertidos, utilizando os factores de conversão a seguir indicados, para uma base de energia primária. Dado que há variações de clima e, portanto, de consumos de energia de ano para ano, o IEE pode ser calculado com base na média dos consumos dos três anos anteriores à auditoria.
       Factores de conversão das fontes de energia utilizadas - os factores de conversão utilizados no cálculo do IEE, até publicação de despacho do director-geral de Geologia e Energia a alterar os valores, em função do mix energético nacional, são os seguintes:

              Electricidade: 0,290 kgep/kWh;
              Combustíveis sólidos, líquidos e gasosos: 0,086 kgep/kWh;
              Correcção climática.

       O IEE é calculado pela seguinte fórmula:

       em que:

              IEE - indicador de eficiência energética (kgep/m².ano);
              IEE_I - indicador de eficiência energética de aquecimento (kgep/m².ano);
              IEE_V - indicador de eficiência energética de arrefecimento (kgep/m².ano);
              Q_out - consumo de energia não ligado aos processos de aquecimento e arrefecimento (kgep/ano);
              A_p - área útil de pavimento (m²).

       Por sua vez:

      
       em que:

              Q_aq - consumo de energia de aquecimento (kgep/ano);
              F_CI - factor de correcção do consumo de energia de aquecimento;
              Q_arr - consumo de energia de arrefecimento (kgep/ano);
              F_CV - factor de correcção do consumo de energia de arrefecimento.

       Para o cálculo dos factores de correcção do consumo de energia de aquecimento e de arrefecimento (F_CI e F_CV), adopta-se, como região climática de referência, a região I1-V1 norte, 1000 graus-dia de aquecimento e 160 dias de duração da estação de aquecimento.
       Correcção da energia de aquecimento (F_CI):

       em que:

              N_I1 - necessidades máximas de aquecimento permitidas pelo RCCTE, calculadas para o edifício em estudo, como se estivesse localizado na zona de referência I1 (kWh/m².ano);
              N_Ii - necessidades máximas de aquecimento permitidas pelo RCCTE, calculadas para o edifício em estudo, na zona onde está localizado o edifício (kWh/m².ano).

       Correcção da energia de arrefecimento (F_CV):

       em que:

              N_V1 - necessidades máximas de arrefecimento permitidas pelo RCCTE, calculadas para o edifício em estudo, como se estivesse localizado na zona de referência I1-V1 (kWh/m².ano);
              N_Vi - necessidades máximas de arrefecimento permitidas pelo RCCTE, calculadas para o edifício em estudo, na zona onde está localizado o edifício (kWh/m².ano).

       Os valores dos factores de conversão têm em conta as diferenças de necessidades de aquecimento ou de arrefecimento derivadas da severidade do clima, corrigidas pelo grau de exigência na qualidade da envolvente aplicável a cada zona climática, mesmo que o edifício não esteja sujeito às exigências do RCCTE.

Simples cálculo de Eficiencia em Motores Elétricos:

rendimento = Pot util/Pot nominal
rendimento = Pot util/1500
Rendimento = 1200/1500
Rendimento = 0,8 ou 80%

Pot util = F.V
Pot = 600*2
Pot = 1200 W

ou entao usando todos os dados

Pot nominal = E/Δt
1500 = E/20

E = 30000J

Pot util que ja calculei é 1200W ali em cima

Pot util = E/Δt
1200 = E/20
E = 24000J

Eficiencia = util / nominal
Eficiencia = 24000/30000
Eficiencia = 0,8 ou 80%  

Cálculo da Potência
A potência elétrica de um motor pode ser tanto especificada em HP (Horse Power) como em W (watts). Um HP é equivalente a 746 W . O Watt é a potência dispendida por uma corrente de 1 A ao circular entre dois pontos de um circuito em que haja uma diferença de potencial de 1 volt. Para calcular a potência de um motor em HP a partir de sua especificação em W, usamos a seguinte fórmula:
HP = V x I x Ef
746
HP = horse power
V = tensão (volts)
I = corent (ampères)
Ef = efficiência

Exemplo de aplicação:
Qual é a potência em HP de um motor que, ligado à uma rede de 220 V "puxa" uma corrente de 4 ampères, e que tem uma eficiência de 80%?
HP = V x I x Eff
746
HP = 220 x 4 x 0,80
746
HP = 704
746
HP = 0,943 Hp