ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação SEBENTA DE ELECTROTECNIA Módulo 1.3 Turma 154 ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação CÓDIGO DE CORES PARA RESISTÊNCIA Resistências Correntes Cor Nominal 1 Nominal 2 Multiplicador Sem codificação Tolerância ±20% Prateado × 0.01 ±10% Dourado × 0.1 ±5% Preto 0 × 1.0 Castanho 1 1 × 10 ±1% Vermelho 2 2 × 100 ±2% Laranja 3 3 ×1K Amarelo 4 4 × 10 K Verde 5 5 × 100 K Azul 6 6 ×1M Violeta 7 7 × 10 M Cinzento 8 8 ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação Branco Resistências de Precisão 9 9 Nominal Nominal Nominal Multiplicador Tolerância 1 2 3 Cor Prateado × 0.01 Dourado × 0.1 Preto 0 0 × 1.0 ±5% Castanho 1 1 1 × 10 ±1% Vermelho 2 2 2 × 100 ±2% Laranja 3 3 3 ×1K Amarelo 4 4 4 × 10 K Verde 5 5 5 × 100 K Azul 6 6 6 ×1M Violeta 7 7 7 × 10 M Cinzento 8 8 8 Branco 9 9 9 ±0.5% ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação Tipos de Resistências Em função da tecnologia subjacente à sua construção e das aplicações visadas, as resistências podem ser agrupadas em três classes principais: (i) resistências discretas, utilizadas para construir circuitos com componentes discretos em placas de circuito impresso ou de montagem; (ii) resistências híbridas, utilizadas na construção de circuitos híbridos discreto - integrados; (iii) resistências integradas, neste caso com dimensões micrométricas e utilizadas na realização de circuitos integrados em tecnologia de silício. Este livro limita-se a estudar os grupos de resistências discretas e híbridas, deixando a cargo da disciplina Electrónica dos Sistemas Integrados a apresentação das múltiplas alternativas em matéria de resistências integradas. Para além da tecnologia subjacente à sua construção, é comum classificar as resistências discretas em fixas, ajustáveis e variáveis. O valor nominal de uma resistência fixa é pré-estabelecido durante o processo de fabricação da mesma, ao passo que aquele relativo às resistências ajustáveis e variáveis pode ser alterado pelo utilizador. A distinção entre resistência ajustável e variável é mínima. Esta depende essencialmente da aplicação a que se destinam: as resistências ajustáveis são normalmente inacessíveis ao utilizador comum e são utilizadas no ajuste fino do desempenho dos circuitos, que em regra é feito imediatamente após a sua produção, ao passo que, pelo contrário, as resistências variáveis destinam-se a ser acessíveis ao utilizador comum e são usadas, por exemplo, no controlo do volume de som de um rádio, do brilho ou do contraste de um aparelho de televisão, etc. Apesar da sua enorme variedade, as resistências discretas mais utilizadas na prática são as seguintes: (i) as de carvão, na realidade de pasta de aglomerados de grafite; (ii) as de película ou camada fina de material metálico ou de carvão; (iii) as de fio metálico bobinado. Para além das diferenças tecnológicas de construção, é comum utilizarem-se adjectivos como: resistências de montagem superficial (resistências de pequenas dimensões para montagem superficial sobre a placa de circuito impresso), redes ou agregados de resistências (encapsuladas em invólucros semelhantes aos dos circuitos integrados), resistências de potência, etc. ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação Resistências de Carvão As resistências de carvão são construídas a partir de uma massa homogénea de grafite misturada com um elemento aglutinador. A massa é prensada com o formato desejado, encapsulada num invólucro isolante de material plástico e ligada ao exterior através de um material bom condutor. Na Figura 3.8 ilustram-se alguns detalhes relativos à construção deste tipo de resistências. Figura Aspectos tecnológicos da construção de uma resistência de carvão O valor nominal de uma resistência de carvão é uma função das dimensões físicas e da percentagem, maior ou menor, de grafite utilizada no aglomerado (mais grafite é igual a menor resistência). As resistências de carvão existem numa gama muito variada de valores, designadamente no intervalo compreendido entre 2.7 Ω e 22 MΩ, e para diversos valores da potência máxima dissipável, tipicamente ¼ W, ½ W, 1 W e 2 W. Resistências de Película ou Camada Fina As resistências de película fina são construídas a partir da deposição de uma finíssima camada de carvão ou metal resistivo (níquel-crómio, óxido de estanho, etc.) sobre um corpo cilíndrico de material isolante. Nas resistências de menor valor absoluto, tipicamente inferiores a 10 kΩ, o material resistivo é depositado sob a forma de uma camada contínua que une os respectivos terminais de acesso (Figura 3.9.a), ao passo que nas de maior valor se adopta a solução de construir uma espiral de filme em torno do corpo cilíndrico (Figura 3.9.b). Em qualquer dos casos, a composição e a espessura da camada determinam o valor nominal da resistência eléctrica implementada. O corpo da resistência é constituído por um material isolante, em geral um material vítreo ou cerâmico, sendo o conjunto protegido do exterior através de uma tinta isolante. As resistências de película fina existem numa gama de valores nominais e de máxima potência dissipável muito variada. Por exemplo, as resistências de filme fino de carvão existem para os valores estandardizados de 1/10 W, ¼ W, 1/3 W, ½ W, 2/3 W, 1 W, 3/2 W e 2 W. Figura Aspectos tecnológicos da construção de uma resistência de película ou camada fina ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação Resistências Bobinadas As resistências bobinadas são construídas a partir do enrolamento de um fio metálico resistivo em torno de um núcleo cilíndrico de material isolante (Figura 3.10.a). O material resistivo mais utilizado é o constantan, que consiste basicamente numa liga metálica de níquel, cobre e manganésio. Em alguns casos, as extremidades do fio bobinado são ligadas a braçadeiras que permitem a ligação e a fixação da resistência ao circuito. No que respeita ao isolamento, as resistências bobinadas podem ser esmaltadas, vitrificadas ou cimentadas, sendo em geral o conjunto protegido mecanicamente do exterior por um invólucro de material cerâmico selado com silicone (Figura 3.10.b). As resistências de fio bobinado são comercializadas em gamas de valores nominais inferiores a 100 kΩ, cobrindo no entanto uma gama de máxima potência dissipável razoavelmente elevada (tipicamente até uma a duas dezenas de watt). Existem resistências bobinadas cujas dimensões vão desde alguns milímetros até vários centímetros. Figura Aspectos tecnológicos da construção de uma resistência de fio bobinado Resistências Híbridas de Filme Espesso e de Filme Fino As resistências de filme espesso e de filme fino são utilizadas na realização de circuitos híbridos discreto-integrados. As resistências deste tipo são construídas por deposição de uma fita de material resistivo sobre um substrato isolante (alumina, magnesia, quartzo, vidro, safira, etc.), fitas cuja espessura é da ordem das dezenas de µm na tecnologia de filme espesso e inferior ao µm (até algumas dezenas de angstrom) no caso das tecnologias de filme fino. Os materiais resistivos mais utilizados são os compostos de ruténio, irídio, e rénio, no caso das resistências de filme espesso, e o níquel crómio, o nitrato de tântalo e o dióxido de estanho no caso das de filme fino. Em face das aplicações a que se destinam, a dimensão deste tipo de resistências é relativamente reduzida (da ordem do milímetro), intermédia entre aquelas características dos componentes discretos e integrados. Existem também resistências de filme espesso encapsuladas em suportes semelhantes aos utilizados para os circuitos integrados, disponibilizando neste caso um conjunto variado de resistências independentes ou com terminais comuns. Na Figura 3.11 ilustra-se um conjunto variado de resistências fixas actualmente existentes no mercado. ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação Algumas resistências fixas actualmente existentes no mercado Resistências Ajustáveis e Variáveis As resistências ajustáveis e variáveis, também designadas por reóstatos, potenciómetros ou, em adaptação da designação em língua inglesa, trimmers, são utilizadas em aplicações nas quais se exige a afinação ou a variação continuada do valor nominal de uma resistência. Exemplos da aplicação de resistências variáveis são o controlo do volume de som de um rádio, o controlo do brilho ou contraste de um monitor TV, o ajuste do período de oscilação em circuitos temporizadores, etc. Na Figura 3.12 representa-se o símbolo, o esquema de ligações e um croqui do mecanismo de controlo utilizado. Existem resistências com controlo por tubo rotativo, manípulo ou ranhura, com escala linear ou logarítmica, simples ou em tandem, multivoltas ou de volta única, de carvão ou de metal, encapsuladas ou desprotegidas, etc. Na base da Figura 3.12 encontrará algumas das soluções actualmente comercializadas. ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação Características Técnicas das Resistências A selecção e utilização de resistências em circuitos nos quais a precisão é um dos factores decisivos do desempenho, deve ser acompanhada de precauções técnicas, quanto: (i) à tolerância do valor nominal e à sua estabilidade em função das condições de armazenamento e de funcionamento (por exemplo, as resistências mais estáveis são as de fio bobinado, seguindo-selhes, por ordem, as de película fina metálica, de carvão e as aglomeradas); (ii) à potência máxima dissipável; (iii) ao coeficiente de temperatura; (iv) à tensão máxima aos terminais; (v) ao ruído de fundo; (vi) à gama de frequências recomendada, fora da qual se tornam significativas as capacidades e as indutâncias parasitas associadas, seja ao corpo, seja aos terminais de acesso; (vii) à linearidade. A não consideração de algumas destas características, em particular a tolerância, a máxima potência dissipável e o coeficiente de temperatura, pode conduzir a desempenhos bastante diferentes daqueles previstos no projecto. ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação Termistores NTC Termistores são controladores de modo térmico resistores sensíveis cuja função principal é exibir uma mudança grande, previsível e precisa em resistência elétrica quando um equipamento ou produto sofrer uma mudança na temperatura de corpo. Coeficiente de Temperatura negativo (NTC) (Negative Temperature Coefficient) exibem uma diminuição em resistência elétrica quando submetido a um aumento em temperatura do equipamento e Coeficiente de Temperatura Positivo (PTC) (Positive Temperature Coefficient) exibem um aumento em resistência elétrica quando quando acontece a um aumento da temperatura do equipmento que está contido o termistor. Os termistores são capazes de operar em temperatura abaixo de -100 ° a mais de +600 ° Fahrenheit. Por causa das características muito previsíveis deles e a excelente termo estabilidade longa deles, os termistores são os mais recomendados para medida de temperatura e controle de qualquer equipamento. A característica mais importante de um termistor é, sem dúvida, seu coeficiente de temperatura extremamente de resistência alta. Tecnologia de um termistor moderno resulta na produção de dispositivos com resistência extremamente preciso contra características de temperatura, lhes fazendo o sensor mais vantajoso para uma variedade larga de aplicações. O processo de fabricação dos NTCs é semelhante ao de fabricação das ceramicas. Depois de uma mistura intensiva e do acrescimo de um agregante plastico, a massa é moldada na forma desejada, or extrusão ára obter tarugos ou por pressão para obter discos e aquecida a uma temperatura suficientemente alta, para sinterizar os óxidos constituintes. Depois, os contatos são colocados queimando-se os elementos e utilizando-se pasta de prata.Muitos tipos de encapsulamentos são utilizados conforme a figura 2, dependendo da aplicação final do componente. Os tipos miniaturas, de menor capacidade termica e maior prontidão são usados na medidas de temperatura (NTCs termoeletricos) , enquanto que os maiores são usados no controle de dispositivos diversos, por exemplo em alarmes e termostatos. ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação Dicas dos Melhores Termistores do Mercado: Ja utilizei diversos tipos de termistores existentes no mercado, mas muitos deles não correposderam muito bem as minhas expectativas, muitos por serem imprecisos, muitos variam muito de temperatura, e muitos não tinham muita durabilidade, ocasionando prejuizos muitos grandes , pois devido sua importancia num equipamento, ocorria a paralização da produção inteira. Procure sempre Termistores de empresas confiaveis , que entendam tecnicamente do produto, pois muitas empresas do mercado apenas revendem o produto nao sabendo o que está vendendo, que tipo de termistor é necessario para sua aplicação e etc, fazendo que você acabe comprando um produto nao adequado para seu equipamento. A empresa brasileira que vem se destacando muito nesse ramo é a Add-Therm Sensores Especiais de temperatura , que além produzir sensores de ótima qualidade , eles produzem sensores encapsulados especiais de temperatura para diferentes aplicações que você necessita , seja para um projeto novo de um novo equipamento ou a subtituição de um sensor de uma aplicação. Possuem uma linha completa de Termistores NTC e PTC com otima qualidade e baixo custo, otimizando seus custos. No exterior , existem otimas empresa no ramo, mas a dificuldade de conseguir fazer a importação de termistores acabam encarecendo muito o custo do termistor, são elas: http://www.thermometric.com/ http://www.thermodisk.com/ www.microtherm.com Se você tiver alguma duvida sobre termistores e seus fabricantes entre em contato comigo : [email protected] Boa Sorte!! ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação Links sobre Termistores: http://www.add-therm.com.br/ http://www.thermistor.com/ http://www.sensormag.com/ Atualizado em 17-01-05 ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação TRANSFORMADOR A energia elétrica produzida nas usinas hidrelétricas é levada, mediante condutores de eletricidade, aos lugares mais adequados para o seu aproveitamento. Ela iluminará cidades, movimentará máquinas e motores, proporcionando muitas comodidades. Para o transporte da energia até os pontos de utilização, não bastam fios e postes. Toda a rede de distribuição depende estreitamente dos transformadores, que elevam a tensão, ora a rebaixam. Nesse sobe e desce, eles resolvem não só um problema econômico, reduzindo os custos da transmissão a distância de energia, como melhoram a eficiência do processo. Antes de mais nada os geradores que produzem energia precisam alimentar a rede de transmissão e distribuição com um valor de tensão adequado, tendo em vista seu melhor rendimento. Esse valor depende das características do próprio gerador, enquanto a tensão que alimenta os aparelhos consumidores, por razões de construção e sobretudo de segurança, tem valor baixo, nos limites de algumas centenas de volts (em geral, 110 ou 220). Isso significa que a corrente, e principalmente a tensão fornecida, variam de acordo com as exigências. ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação Nas linhas de transmissão a perda de potência por liberação de calor é proporcional à resistência dos condutores e ao quadrado da intensidade da corrente que os percorre (P = R.i2). Para diminuir a resistência dos condutores seria necessário usar fios mais grossos, o que os tornaria mais pesados e o transporte absurdamente caro. A solução é o uso do transformador que aumenta a tensão, nas saídas das linhas da usina, até atingir um valor suficientemente alto para que o valor da corrente desça a níveis razoáveis (P = U.i). Assim, a potência transportada não se altera e a perda de energia por aquecimento nos cabos de transmissão estará dentro dos limites aceitáveis. Na transmissão de altas potências, tem sido necessário adotar tensões cada vez mais elevadas, alcançando em alguns casos a cifra de 400.000 volts. Quando a energia elétrica chega aos locais de consumo, outros transformadores abaixam a tensão até os limites requeridos pelos usuários, de acordo com suas necessidades. Existe uma outra classe de transformadores, igualmente indispensáveis, de potência baixa. Eles estão presentes na maioria dos aparelhos elétricos e eletrônicos encontrados normalmente em casa, tais como, por exemplo, computador, aparelho de som e televisor. Cabe-lhes abaixar ou aumentar a tensão da rede doméstica, de forma a alimentar convenientemente os vários circuitos elétricos que compõem aqueles aparelhos. ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação O princípio básico de funcionamento de um transformador é o fenômeno conhecido como indução eletromagnética: quando um circuito é submetido a um campo magnético variável, aparece nele uma corrente elétrica cuja intensidade é proporcional às variações do fluxo magnético. Os transformadores, na sua forma mais simples, consistem de dois enrolamentos de fio (o primário e o secundário), que geralmente envolvem os braços de um quadro metálico (o núcleo). Uma corrente alternada aplicada ao primário produz um campo magnético proporcional à intensidade dessa corrente e ao número de espiras do enrolamento (número de voltas do fio em torno do braço metálico). Através do metal, o fluxo magnético quase não encontra resistência e, assim, concentra-se no núcleo, em grande parte, e chega ao enrolamento secundário com um mínimo de perdas. Ocorre, então, a indução eletromagnética: no secundário surge uma corrente elétrica, que varia de acordo com a corrente do primário e com a razão entre os números de espiras dos dois enrolamentos. ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação A relação entre as voltagens no primário e no secundário, bem como entre as correntes nesses enrolamentos, pode ser facilmente obtida: se o primário tem Np espiras e o secundário Ns, a voltagem no primário (Vp) está relacionada à voltagem no secundário (Vs) por Vp/Vs = Np/Ns, e as correntes por Ip/Is = Ns/Np. Desse modo um transformador ideal (que não dissipa energia), com cem espiras no primário e cinqüenta no secundário, percorrido por uma corrente de 1 ampère, sob 110 volts, fornece no secundário, uma corrente de 2 ampères sob 55 volts. Perdas no transformador Graças às técnicas com que são fabricados, os transformadores modernos apresentam grande eficiência, permitindo transferir ao secundário cerca de 98% da energia aplicada no primário. As perdas - transformação de energia elétrica em calor - são devidas ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação principalmente à histerese, às correntes parasitas e perdas no cobre. 1. Perdas no cobre. Resultam da resistência dos fios de cobre nas espiras primárias e secundárias. As perdas pela resistência do cobre são perdas sob a forma de calor e não podem ser evitadas. 2. Perdas por histérese. Energia é transformada em calor na reversão da polaridade magnética do núcleo transformador. 3. Perdas por correntes parasitas. Quando uma massa de metal condutor se desloca num campo magnético, ou é sujeita a um fluxo magnético móvel, circulam nela correntes induzidas. Essas correntes produzem calor devido às perdas na resistência do ferro. ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação PILHAS Todos nós a conhecemos e a utilizamos no dia –a-dia, elas estão nas lanternas, rádios, controle remoto de tv, brinquedos , mas afinal como funcionam as pilhas? A história das pilhas é antiga , já em 1600 Otto von Guericke inventou a primeira máquina para produzir eletricidade.Galvani na segunda metade do século XVIII, começou a pesquisar a aplicação terapêutica da eletricidade, após dez anos de pesquisa publicou : "Sobre as forças de eletricidade nos movimentos musculares." Onde concluía que os músculos armazenavam eletricidade do mesmo modo que uma jarra de Leiden, e os nervos conduziam esse eletricidade. Os trabalhos de Galvani influenciaram Volta que após muitos pesquisas desenvolveu um dispositivo formados por prata e zinco ou prata e chumbo ou prata e estanho ou por cobre e estanho , cada par metálico era separado por um disco de material poroso embebida em uma solução de sal, o disco inferior era sempre de prata e o superior de zinco, essas placas terminais eram ligados fios metálicos para conduzir a eletricidade produzida. Davy em 1812 produziu um arco voltaíco usando eletrodos de carvão ligados a uma bateria de muitos elementos. A pilha de Volta foi uma ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação grande invenção , apesar da errônea interpretação que seu autor deu ao seu funcionamento. Então ,como explicaríamos o funcionamento da pilha? Suponhamos, por exemplo, que separemos fisicamente a barra de zinco de uma solução de sulfato de cobre . O zinco é imerso numa solução de sulfato de cobre, assim como uma barra de cobre. As duas barras encontram-se interligadas eletricamente mediante um fio. Este dispositivo forma uma pilha. As barras de zinco e de cobre são denominadas eletrodos e fornecem a superfície na qual ocorrem as reações de oxidação e de redução. Se os eletrodos de zinco e cobre forem ligados entre si, por meio de um circuito externo, haverá um escoamento de ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação elétrons através desse circuito, do eletrodo de zinco para o de cobre, em cuja superfície serão recebidos pelos íons Cu+2. (lembra-se da fila de reatividade !!!) E esses íons serão reduzidos e os átomos de cobre se depositaram na superfície do eletrodo de cobre (eletrodeposição). Nesta célula o eletrodo de zinco é denominado ânodo. O ânodo é um eletrodo no qual ocorre a oxidação. Zn(s) Zn+2 + 2e- (reação anódica) O eletrodo de cobre é o cátodo, um eletrodo no qual se realiza a redução. 2e- + Cu+2 Cu(s) (reação catódica) ânodo = local onde ocorre oxidação cátodo = local onde ocorre redução À medida que se vai realizando a reação da célula, os íons de zinco migram afastando-se do ânodo de zinco, em direção ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação do eletrodo de cobre, à semelhança do que ocorre com os íons de cobre. A pilha pode conter um parede permeável ou uma ponte salina ( com cloreto de potássio, os íons Cl- migram em direção ao ânodo e os íons K+ migram em direção ao cátodo ) que fazem o contato entre as duas células. As reações de eletrodo e a reação da célula são : Ânodo : Zn (s) Zn 2+ + 2 e- Cátodo : 2 e- + Cu 2+ + Cu (s) Célula: Zn(s) + Cu 2+ Zn 2+ + Cu(s) Essa descrição corresponde a pilha de Daniel. Diagramas de célula Diagramas de célula são anotações simplificadas para células galvânicas. A pilha de Daniel tem o seguinte diagrama de célula Zn(s) | ZnSO4(aq) | | CuSO4(aq)|Cu(s) Ânodo ou pólo negativo Cátodo ou pólo positivo Do lado esquerdo da célula encontra-se a representação da semi-reação de oxidação (a que ocorre no ânodo ) ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação Do lado direito da célula encontra-se a representação da semi-reação de redução ( a que ocorre no cátodo) A ponte salina é representada pelas duas barras centrais. Eletrodos = os elétrons saem da pilha e nela entram através dos eletrodos , no caso da pilha de Daniel, os eletrodos são as barras de metais. Pólos = em linguagem comum eletrodos e pólos são sinônimos. Semipilha = eletrodo + solução de cátions ( do metal do eletrodo) Semireação = a cada semipilha corresponde uma semireação sendo ela de oxidação ou de redução. Agora as fotos de uma pilha feita de limão!!! Tensão e espontaneidade Diferença de potencial de uma pilha O valor da diferença de potencial de uma pilha pode ser obtido por um voltímetro, que deve ser instalado entre os dois eletrodos da pilha, porque cada eletrodo tem um potencial, os elétrons fluem devido a diferença de potenciais de cada eletrodo. ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação A maior valor de diferença de potencial que se pode obter de uma pilha galvânica é chamado de força eletromotriz . que corresponde ao início do funcionamento dessa pilha. Pela fila de reatividade de metais podemos ver a diferença de potencial, quanto mais distante um metal estiver do outro , maior será a facilidade para fornecer ou receber elétrons e, portanto, maior a diferença de potencial. Convencionou – se escolher o eletrodo de hidrogênio como tendo potencial zero ( a nível do mar), assim os potenciais dos outros eletrodos pode ser determinado ligando –se ele ao eletrodo de hidrogênio Nesta comparação pode ocorrer duas coisas: O eletrodo em estudo fornece elétrons ao eletrodo padrão de hidrogênio, seu potencial será indicado com sinal positivo O eletrodo em estudo recebe elétrons do eletrodo padrão de hidrogênio, seu potencial será indicado com sinal negativo. Organiza-se uma tabela de potenciais – padrão de redução Sendo que: Os eletrodos que fornecem elétrons ( ânodo) são colocados acima do hidrogênio , ficando com o sinal negativo. Os eletrodos que recebem elétrons ( cátodo ) são colocados abaixo do hidrogênio, ficando com o sinal positivo. TABELA DE POTENCIAIS DE REDUÇÃO ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação Li+ + e- Li -3,05 K+ + e- K - 2,92 Ba+2 + 2e- Ba -2,90 Ca+2 + 2 e- -2,76 Ca Na+ + e- Na -2,71 Mg +2 + 2e - Mg -2,38 Al+3 + 3e- Al -1,67 Mn +2 + 2e- Mn -1,03 2 H2 O + 2e- H 2 + OH - - 0,83 Zn +2 + 2e- Zn -0,76 Cr +3 + 3e- Cr -0,74 Fe +2 + 2e- Fe -0,44 PbSO 4 + 2e- Pb + SO4 2- -0,36 Ni +2 + 2e- Ni -0,25 Sn +2 + 2e- Sn -0,14 Pb +2 + 2e- Pb -0,13 Fe +3 + 3e - Fe -0,04 2H+ + 2e- H2 -0,00 AgCl + e- Ag+ + Cl- + 0,22 Hg2Cl2 + 2e- +0,27 2 Hg + 2Cl- ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação Cu+2 + 2e- Cu +0,34 Cu+ + e- Cu +0,52 I 2 + 2e- 2I - +0,54 2H+ + O2 + 2e - Fe +3 + e - H2O2 +0,68 Fe+2 +0,77 Ag+ + e- Ag +0,80 Br 2 (aq) + 2e - 2Br - +1,09 O2 + 4 H 2 + 4e- +1,23 MnO2+ 4 H+ + 2e- 2 H 2O Mn2+ + 2 H2O Cr2O72 -+14 H+ + 6e - 2 Cr3+ + 7H2O Cl2 + 2e- 2 Cl2 ClO3 - + 12 H+ + 10 e 8H+ + MnO4- + 5e - Cl2+ 6 H2O Mn+2 + 4 H2O +1,28 + 1,33 + 1,36 +1,47 +1,49 PbO2 + SO4- 2 + 4 H+ + 2e2H2O PbSO4 + +1,68 H2 O2 + 2H+ + 2e- 2 H2O +1,78 S2 O8- + 2e- 2 SO4-2 F 2 + 2e- 2F- +2,00 +2,87 Outra pilha de Daniel !! ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação Para facilitar uma série de exercícios resolvidos!! Agora gostaríamos que vocês fizessem alguns exercícios !! ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação MOTOR ELÉTRICO Todos os motores elétricos valem-se dos princípios do eletromagnetismo, mediante os quais condutores situados num campo magnético e atravessados por correntes elétricas sofrem a ação de uma força mecânica, ou eletroímãs exercem forças de atração ou repulsão sobre outros materiais magnéticos. Na verdade, um campo magnético pode exercer força sobre cargas elétricas em movimento. Como uma corrente elétrica é um fluxo de cargas elétricas em movimento num condutor, conclui-se que todo condutor percorrido por uma corrente elétrica, imerso num campo magnético, pode sofrer a ação de uma força. Num motor há dois eletroímãs em que um impulsiona o outro. O eletroímã tem algumas vantagens sobre um ímã permanente: 1) Podemos torná-lo mais forte. 2) Seu magnetismo pode ser criado ou suprimido. 3) Seus pólos podem ser invertidos. Um ímã permanente tem os pólos norte-sul definidos. Um eletroímã também os tem mas a característica de cada pólo (norte ou sul) depende do sentido da corrente elétrica. Quando ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação se altera o sentido da corrente, a posição dos pólos também se altera; do norte para o sul e de sul para norte. Um dos eletroímas de um motor tem uma posição fixa; está ligado à armação externa do motor e é chamado campo magnético. O outro eletroímã está colocado no eixo de rotação e tem o nome de armadura. Quando se liga o motor, a corrente chega à bobina do campo, determinando os pólos norte e sul. Há, também, o fornecimento de corrente ao ímã da armadura, o que determina a situação norte ou sul dos seus pólos. Os pólos opostos dos dois eletroímãs se atraem, como acontece nos ímãs permanentes. O ímã da armadura, tendo movimento livre, gira, a fim de que seu pólo norte se aproxime do pólo sul do ímã do campo e seu pólo sul do pólo norte do outro. Se nada mais acontecesse, o motor pararia completamente. Um pouco antes de se encontrarem os pólos opostos, no entanto, a corrente é invertida no eletroímã da armadura, (com o uso de um comutador), invertendo, assim, a posição de seus pólos; o norte passa a ser o que está próximo ao norte do campo e o sul passa a ser o que está próximo ao sul do campo. Eles então se repelem e o motor continua em movimento. Esse é o princípio de funcionamento do motor de corrente contínua. Os motores elétricos modernos, utilizados em eletrodomésticos e em máquinas industriais, possuem um conjunto de espiras, que são ligadas e desligadas, mantendo o motor sempre impulsionado. ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação Multímetros Digitais Fluke da Série 80 V Precisão e funções de diagnóstico para a máxima produtividade industrial O novo modelo Fluke 87V dispõe de funções melhoradas de medição, detecção de avarias, resolução e precisão, que lhe permitem resolver mais problemas em transmissões de motor, em sistemas automatizados de fábricas, na distribuição de energia e em equipamento electromecânico. A nova série 80 é constituída pelos seguintes modelos: • • • Fluke 83 V DMM Industrial Fluke 87 V DMM Industrial True RMS Fluke 87 V/E Kit Combinado para Electricistas Industriais A série 80 V tem um funcionamento muito semelhante ao da série 80 clássica, mas apresenta maior capacidade de resolução de problemas, segurança, conveniência e protecção contra impacto. Os multímetros da nova série 80 V são testados de forma independente, em relação ao cumprimento da 2ª edição das normas ANSI/ISA S82.01 e EN61010-1 CAT IV 600V/CAT III 1000V. Resistem a impulsos superiores a 8.000 V e reduzem riscos relacionados com picos e espigões. ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação RELÉ O relé é um interruptor controlado magneticamente. Liga-se / desliga-se quando o electroíman é excitado por uma tensão aplicada aos seus terminais. Esta operação provoca o contacto entre os terminais do relé. Processa-se com a atracção de um pequeno braço chamado armadura pelo electroíman. Este braço liga/desliga os terminais do relé. Se o electroíman está activo, o braço conecta os pontos C e D. Se o electroíman estiver desligado, conectam-se os pontos C e E. É importante saber qual a impedância da bobina do electroíman (entre os pontos A e B) para calcular a corrente que este necessita para funcionar bem. É importante também saber a tensão para activar o relé. A corrente necessária é dada por: Irelé= Urelé / Rrelé É importante também saber a tensão e corrente máximas admitidas nos terminais do interruptor do relé, para se saber o que se lhe pode ligar ao seu circuito de potência. ESCOLA PROFISSIONAL GUSTAVE EIFFEL Informática de Manutenção de Equipamento Módulo 1.3 – Tecnologia Eléctrica e Instrumentação Vantagens do relé: Permite controlar um dispositivo à distância, permite isolar o circuito de potência do de comando, permite controlar dispositivos de potência através de comandos de baixa potência, permite proteger o circuito de comando de problemas e avarias na parte de potência.