Aula prática Materiais e instrumentação eletroeletrônica

Aula prática Materiais e instrumentação eletroeletrônica

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 1
NOME DA DISCIPLINA: MATERIAIS E INSTRUMENTAÇÃO ELETROELETRÔNICA
Unidade: U2_PROPRIEDADES_DOS_MATERIAIS_E_SISTEMAS_DE_MEDICAO
Aula: A3_EQUIPAMENTOS_DE_MEDICAO
OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Aprender como manipular o multímetro. Compreender como ajustar escalas e realizar medições.
Analisar os resultados medidos. Diferenciar as categorias de emprego dos multimetros.
Reconhecer e saber utilizar um alicate amperímetro.
SOLUÇÃO DIGITAL:
Laboratório Virtual Algetec
EXATAS > PRÁTICAS ESPECÍFICAS DE ENG. ELÉTRICA > MEDIDAS ELÉTRICAS:
MULTÍMETRO – ID 987
Os Laboratórios Virtuais Algetec possuem práticas roteirizadas associadas ao plano pedagógico
da instituição de ensino, que passam por todos os laboratórios das engenharias e saúde e
seguem com alto grau de fidelização os experimentos realizados nos equipamentos físicos da
ALGETEC. Nesta plataforma, o aluno poderá́ aprender, através de uma linguagem moderna,
todos os conceitos das aulas práticas de uma determinada disciplina.
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Multímetro
Atividade proposta: Aprender a utilizar o multímetro de forma correta e segura para realização
de medições de resistência, tensão e corrente e conhecer o alicate amperímetro.
Procedimentos para a realização da atividade:
1. Acesse o Laboratório Virtual Algetec por meio do link disponibilizado no seu AVA. Uma
janela abrirá com o caminho para realização do experimento.
Público3
2. É recomendado acessar as etapas prévias do experimento.
O item apresentação contempla os objetivos da prática, observe:
O sumário teórico apresenta uma teoria adicional sobre o multímetro e alicate
amperímetro; observe:
No roteiro estão descritas algumas diretizes para acesso ao laboratório virtual e para a
realização da prática; confira:
Público4
O pré-teste apresenta umas questões preliminares com o conteúdo já visto em aula.
Confira!
3. Acesse o Laboratório. Basta clicar sobre o multimetro e posteriormente sobre o sinal
laranja de reprodução. O ambiente de simulação será aberto. Acompanhe!
Público5
4. Realize o experimento conforme as orientações que serão apresentadas. Não se
preocupe, pois o simulador direcionará você em cada etapa como se fosse um professor
auxiliando no decorrer do experimento. Ao finalizar as etapas, deve-se clicar no botão
AVANÇAR no canto inferior direito.
5. Deve-se tomar nota de cada etapa, pois ela deverá ser reportada no relatório do
experimento. Faça capturas de tela de cada resultado.
6. Realize o teste pós experimento.
Público6
Avaliando os resultados:
Elabore um relatório do experimento relatando as etapas desenvolvidas, os resultados obtidos e
os pontos mais importantes que forem apresentados pelo simulador
Checklist:
✓ Acessar o site do simulador.
✓ Acessar o experimento multímetro.
✓ Realizar pré-teste.
✓ Realizar o experimento.
✓ Tomar notas.
✓ Realizar pós-teste.
RESULTADOS
Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações
obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito
das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Referências bibliográficas ABNT (quando houver).
Resultados de Aprendizagem:
O uso de equipamentos de medição elétrica é fundamental em muitas áreas, como eletrônica,
automação e elétrica. O multímetro e o alicate amperímetro são dois exemplos de equipamentos
que possibilitam a realização de medições precisas de grandezas elétricas como tensão, corrente
e resistência. Em um experimento didático, é possível demonstrar a utilização desses
equipamentos, proporcionando uma experiência prática e enriquecedora. Por meio deste
experimento, você poderá entender melhor os conceitos teóricos vistos na aula sobre
equipamentos de medição e irá adquirir habilidades práticas, preparando-se para o mercado de
trabalho e para a vida acadêmica.
Público2
ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 2
NOME DA DISCIPLINA: MATERIAIS E INSTRUMENTAÇÃO ELETROELETRÔNICA
Unidade: U3_SENSORES_E_MEDIDORES
Aula: A2_MEDICAO_DE_PRESSAO
OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Compreender o funcionamento de um sensor piezorresistivo. Desenvolver o circuito que
implementa um sensor piezorresitivo. Analisar os resultados fornecidos pelo circuito
implementado .
SOLUÇÃO DIGITAL:
LTspice
LTspice é um software simulador SPICE poderoso, rápido e gratuito, captura esquemática e
visualizador de forma de onda com melhorias e modelos para melhorar a simulação de circuitos
analógicos. Sua interface de captura esquemática gráfica permite sondar esquemas e produzir
resultados de simulação, que podem ser explorados ainda mais através do visualizador de forma
de onda integrado.
O download do software pode ser feito no seguinte endereço:
https://www.analog.com/en/resources/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html
Após o download, a instalação é rápida e intuitiva. A própria desenvolvedora do software fornece
um tutorial básico de utilização que pode ser acessados em:
https://www.analog.com/en/resources/media-center/videos/series/ltspice-getting-startedtutorial.html
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Sensor piezoresistivo
Atividade proposta: Projetar o circuito de um sensor piezorresistivo.
Procedimentos para a realização da atividade:
Caro aluno, para a realização dessa aula prática você precisa fazer o download e instalar o
Público3
software LTspice. Feito isso, siga os seguintes procedimentos:
1. Para criar um novo esquemático de circuito clique no local indicado.
2. Começe adicionando uma fonte de tensão contínua, que representará o nível de força,
exercido no material piezorresistivo. Ajuste o valor da tensão ‘DC value[V]’ em 5 V.
Público4
3. O resistor e a referência estão nos locais indicados a seguir. Para configurar o valor do
resistor, clique sobre ele com o botão direito.
4. Para criar a estrutura de um resistor controlado por tensão, monte o arranjo a seguir,
colocando um ‘Label Net’ para a trilha da fonte e colocando o valor do resistor como
‘R=V(VCC)*1k’, para que o resistor possua uma variação de 1 kΩ/V.
Público5
5. Agora, insira um amplificador operacional, que amplificará o sinal de entrada. Para isso,
selecione o componente ‘opamp’.
Depois disso, adicione uma diretiva de simulação para que ele funcione (‘SPICE directive’)
utilizando o atalho na barra de ferramentas ou a tecla ‘.’ do teclado e insira o texto ‘.inc
opamp.sub’.
Público6
6. Monte o circuito completo, conforme ilustrado a seguir. Não se esqueça de ajustar os
valores dos resistores (todos são de 1kΩ) e das fontes de tensão.
7. Configure a simulação simulação como ‘DC op pnt’.
Público7
8. Para realizar a simulação clique no botão indicado a seguir. O resultado irá aparecer em
um log com todos os valores de tensão e corrente dos circuitos ou você pode acessa-los
posicionando o mouse sobre os componentes após fechar a janela de log.
9. Registre o valor da tensão obtida na saída. Sabendo que 1 V equivale a 1kPa, e que essa
relação é linear, determine o valor da pressão medida.
10. Agora, realize o mesmo procedimento, mas alterando a tensão da entrada, que representa
a força exercida sobre o sensor, ligada ao material piezorressitivo, para 2 V. Registre o
valor da saída e converta para um valor de pressão.
Avaliando os resultados:
Entregue um relatório com os circuitos simulados, para o caso de 5 V e 2 V. Junto ao relatório
adicionar uma tabela com as tensões medidas na saída e a respectiva conversão para pressão.
Checklist:
✓ Acessar o tutorial de instalação e uso do LTspice;
✓ Criar um novo circuito no LTspice;
✓ Selecionar os elementos necessários ao circuito simulado;
✓ Realizar a devida ligação entre os elementos, sem esquecer das referências de terra;
✓ Coletar a tensão da saída;
✓ Converter a tensão da saída em pressão.
Público8
RESULTADOS
Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações
obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito
das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Referências bibliográficas ABNT (quando houver).
Resultados de Aprendizagem:
Existem diversas maneiras de se medir pressão, podendo ser utilizados sensores capacitivos,
piezorressitivos, piezoelétricos e medidores mecânicos. Nesta aula focaremos nos sensores
piezorresistivos, isto é, a pressão é medida pela alteração da resistência do material. Tipicamente
um material chamado strain gauge, que varia sua resistência de acordo com a pressão, é
empregado, aonde para diferentes pressões, a resistência produz um diferente sinal elétrico,
podendo assim associar os devidos valores pressão com o sinal elétrico obtido na saída.
Público2
ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 3
NOME DA DISCIPLINA: MATERIAIS E INSTRUMENTAÇÃO ELETROELETRÔNICA
Unidade: U4_SISTEMAS_DE_AQUISICAO_DE_DADOS_E_ATUADORES
Aula: A1_CONDICIONAMENTO_DE_SINAIS
OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Compreender o funcionamento e as características de um filtro RC. Conhecer os princípios e as
aplicações de um amplificador de instrumentação. Analisar a resposta em frequência de um filtro
RC e identificar sua frequência de corte. Calcular e medir o ganho de um amplificador de
instrumentação no LTspice.
SOLUÇÃO DIGITAL:
LTspice
LTspice é um software simulador SPICE poderoso, rápido e gratuito, captura esquemática e
visualizador de forma de onda com melhorias e modelos para melhorar a simulação de circuitos
analógicos. Sua interface de captura esquemática gráfica permite sondar esquemas e produzir
resultados de simulação, que podem ser explorados ainda mais através do visualizador de forma
de onda integrado.
O download do software pode ser feito no seguinte endereço:
https://www.analog.com/en/resources/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html
Após o download, a instalação é rápida e intuitiva. A própria desenvolvedora do software fornece
um tutorial básico de utilização que pode ser acessados em:
https://www.analog.com/en/resources/media-center/videos/series/ltspice-getting-startedtutorial.html
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Filtro RC e amplificador de instrumentação
Atividade proposta: projetos de um filtro RC e um amplificador de instrumentação no LTspice.
Público3
Procedimentos para a realização da atividade:
Projeto 1: Filtro RC
Passo 1: Introdução teórica
– Caro aluno, revise os conceitos de filtro RC, suas aplicações e como ele funciona, com base no
material didático fornecido.
– Familiarize-se com a fórmula de cálculo da frequência de corte (f) de um filtro RC: f = 1 / (2 * π
* R * C).
– Entenda as características do filtro RC, como atenuação, fase e resposta em frequência.
Passo 2: Configuração do circuito no LTspice
– Abra o LTspice e crie um novo esquemático.
– Selecione os componentes necessários para construir o filtro RC, como resistor e capacitor,
adicionados pelas teclas ‘R’ e ‘C’ do teclado, respectivamente.
– Conecte-os de acordo com o diagrama de circuito do filtro RC disponibilizado no material
didático.
– Insira uma fonte de tensão e a configure para um sinal alternado senoidal (‘SINE’) com os
seguintes valores:
Passo 3: Definir os valores dos componentes
– Calcule os valores adequados para o resistor (R) e capacitor (C) com base nas características
desejadas do filtro. Deseja-se um filtro com a frequência de corte de 10 kHz.
– Considere a frequência de corte desejada e a faixa de frequência de interesse para a aplicação.
Público4
– Utilize a fórmula f = 1 / (2 * π * R * C) para determinar os valores de R e C necessários. Para
isso, escolha um valor para o resistor e calcule o valor para o capacitor.
– Seu circuito será semelhante ao apresentado a seguir. Para editar os valores dos componentes
clique sobre eles com o botão direito do mouse e inclua as informações.
Passo 4: Simulação do circuito
– Nas configurações de simulação, selecione a opção ‘AC Analysis’ e ajuste os parâmetros
conforme indicado na figura a seguir.
– Execute a simulação (Run) e adicione a curva da tensão sobre o capacitor para avaliar a
resposta do filtro.
Público5
– Analise os resultados obtidos, observando a atenuação em diferentes frequências e a resposta
em fase do sinal. Para adicionar um cursor ao gráfico e procurar o valor da frequência de corte,
clique com o botão direito do mouse sobre ele.
– Compare os resultados com as expectativas teóricas, considerando as características do filtro
RC.
Projeto 2: Amplificador de Instrumentação
Passo 1: Introdução teórica
– Caro aluno, revise os conceitos de amplificador de instrumentação, suas aplicações e como ele
funciona, com base no material didático fornecido.
– Entenda as características de um amplificador de instrumentação; como o ganho e as
impedâncias de entrada e de saída.
Passo 2: Configuração do circuito no LTspice
– Abra o LTspice e crie um novo esquemático.
– Selecione os componentes necessários para construir o amplificador de instrumentação, como
amplificador operacional (‘opamp’), inserindo a diretiva de simulação necessária no circuito, os
resistores e o terra.
– Conecte-os de acordo com o diagrama de circuito do amplificador de instrumentação fornecido
no material didático.
Passo 3: Definir os valores dos componentes
– Determine os valores adequados para os resistores de realimentação e de entrada,
considerando o ganho desejado e as características do amplificador operacional utilizado. Nesse
exemplo de projeto, espera-se um ganho de tensão próximo a 10. Portanto, use a fórmula do
Público6
ganho que relaciona com as resistências e obtenha valores adequados para a resistência. As
equações são fornecidas no material didático.
– Monte o circuito, conforme mostra figura abaixo, ajustando os valores de resistência conforme
o projeto que você realizou.
Passo 4: Simulação do circuito
– Configure as fontes de sinal de entrada no amplificador de instrumentação. Use, por exemplo,
uma fonte de tensão alternada com 1 V de pico e frequência de 60 Hz.
– Realize a configuração e simulação do circuito e verifique o ganho do amplificador de
instrumentação.
Público7
– Meça a amplitude do sinal de entrada e sinal de saída, adicionando corretamente as curvas no
gráfico.
– Compare a amplitude do sinal de saída com a amplitude do sinal de entrada para determinar o
ganho do amplificador.
– Analise os resultados obtidos, verificando se o ganho está de acordo com o esperado
teoricamente.
– Avalie a resposta em frequência e a distorção do sinal, observando possíveis variações ou
distorções indesejadas.
– Registre os valores dos componentes utilizados, os resultados das medições e qualquer
observação relevante.
Público8
Avaliando os resultados:
Entregar um relatório com o passo a passo dos projetos realizados e os circuitos simulados.
Explique detalhadamente os circuitos e o seu funcionamento, além de apresentar prints dos
resultados obtidos na simulação.
Checklist:
Projeto 1: Filtro RC
✓ Revisar os conceitos de filtro RC, suas aplicações e como ele funciona.
✓ Calcular os valores do resistor (R) e capacitor (C) com base na frequência de corte
desejada.
✓ Configurar o circuito no LTspice, selecionando os componentes adequados.
✓ Conectar os componentes de acordo com o diagrama de circuito do filtro RC.
✓ Configurar as fontes de sinal de entrada e de alimentação no LTspice.
✓ Realizar a simulação do circuito e verificar a resposta em frequência do filtro RC.
✓ Analisar os resultados obtidos, observando a atenuação em diferentes frequências e a
resposta em fase do sinal.
Projeto 2: Amplificador de Instrumentação
✓ Revisar os conceitos de amplificador de instrumentação, suas aplicações e como ele
funciona.
✓ Determinar os valores dos resistores de realimentação e de entrada com base no ganho
desejado.
✓ Configurar o circuito no LTspice, selecionando os componentes adequados.
✓ Conectar os componentes de acordo com o diagrama de circuito do amplificador de
instrumentação.
✓ Configurar as fontes de sinal de entrada e de alimentação no LTspice.
✓ Realizar a simulação do circuito e verificar o ganho do amplificador de instrumentação.
✓ Medir a amplitude do sinal de entrada e de saída para determinar o ganho do
amplificador.
✓ Analisar os resultados obtidos, verificando se o ganho está de acordo com o esperado
teoricamente, avaliando a resposta em frequência e a distorção do sinal.
RESULTADOS
Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações
obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito
das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
Público9
• Referências bibliográficas ABNT (quando houver).
Resultados de Aprendizagem:
Utilizar amplificadores e filtros em conjunto para condicionar e processar sinais. Através do uso
desses circuitos, poderemos amplificar sinais de interesse, filtrar frequências indesejadas e obter
um sinal de saída adequado para a aplicação desejada. Durante a atividade, teremos a
oportunidade de projetar, montar e testar circuitos de condicionamento com amplificador e filtro,
aplicando os conceitos teóricos aprendidos. Isso nos permitirá entender melhor o funcionamento
desses componentes, suas características e limitações, além de adquirir habilidades práticas na
implementação desses circuitos.
Público2
ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 4
NOME DA DISCIPLINA: MATERIAIS E INSTRUMENTAÇÃO ELETROELETRÔNICA
Unidade: U4_SISTEMAS_DE_AQUISICAO_DE_DADOS_E_ATUADORES
Aula: A4_DIAGRAMAS_DE_INSTRUMENTACAO
OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Compreender os elementos e símbolos presentes em um diagrama de instrumentação (P&ID).
Identificar os componentes de uma malha de controle industrial em um P&ID. Interpretar o fluxo
de sinal e as interações entre instrumentos no diagrama. Elaborar um diagrama simples, seguindo
normas e padrões da instrumentação industrial.
SOLUÇÃO DIGITAL:
Diagrams.net
O diagrams.net pode ser acessado diretamente no seguinte link: https://app.diagrams.net/
Essa ferramenta online permite a elaboração de diagramas e fluxogramas de áreas variadas, de
forma totalmente gratuita, permitindo o compartilhamento e armazenamento dos projetos na
nuvem.
Para elaborar diagramas de P&ID, é necessário adicionar a biblioteca de formas Engenharia de
Processos. Para isso, utilize o botão “+ mais formas” na barra de seleção de formas a esquerda
da tela. Então, na lista, procure pela seção “Outros” e marque a caixa de seleção “Engenharia de
Processos”. Para confirmar, clique em aplicar.
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Elaboração de diagrama de P&ID
Atividade proposta: Conhecer e identificar os tipos de vidrarias, instrumentos e equipamentos
presentes em um laboratório de química, bem como o uso adequado para cada situação,
estabelecer o processo de medição de massa e volume dos líquidos.
Público3
Procedimentos para a realização da atividade:
Compreender e montar o diagrama P&ID de um determinado processo industrial é fundamental
para o profissional que trabalha com instrumentação. Assim, considere a malha de controle de
pressão apresentada na figura a seguir, que possui diversos elementos sensores e de controle.
Fonte: Franchi (2011, p. 55).
Utilizando a simbologia e terminologia padrão, você deve montar o diagrama P&ID da malha de
controle apresentada na figura. Se assegure de utilizar a simbologia correta para cada
dispositivo atuador, elemento sensor e de controle, bem como para os sinais presentes no
sistema. Garanta também a utilização da terminologia correta para os elementos, indicando que
todos fazem parte da mesma malha de controle.
Montado o diagrama P&ID, você deve apresentar também um descritivo da malha de controle,
explicando o seu funcionamento e justificando as terminologias utilizadas.
Avaliando os resultados:
Elabore um relatório contendo o descritivo completo da malha de controle e apresentado o
diagrama P&ID elaborado. Não se esqueça de detalhar o funcionamento do sistema,
justificando as terminologias utilizadas.
Público4
Checklist:
✓ Identifique os elementos que fazem parte da malha de controle;
✓ Obtenha o símbolo correto a ser utilizado para cada elemento presente no sistema;
✓ Faça a ligação entre os elementos utilizando a representação correta para as linhas;
✓ Aplique a nomenclatura correta para cada um dos elementos, conforme as siglas padrão
de um diagrama P&ID.
✓ Crie o descritivo para cada um dos elementos e ligação, justificação a sua simbologia e
nomenclatura.
RESULTADOS
Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações
obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito
das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Referências bibliográficas ABNT (quando houver).
Resultados de Aprendizagem:
Com a realização da prática o aluno deve ser capaz de interpretar e elaborar um diagrama de
P&ID, compreendendo e aplicando corretamente a simbologia e terminologia dos elementos.
Além disso, ele deve ser capaz de utilizar corretamente softwares e outras ferramentas
computacionais que permitam a elaboração desse tipo de diagrama.