Montagem e Uso de um Volt-Amperímetro Analógico Artesanal.

Autoria: Alberto Federman Neto, AFNTECH, 2019. Atualizado em 3 de Maio de 2019.

A imagem que ilustra o Artigo é o aparelho montado:

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Painel Superior do Volt-Amperímetro Analógico Artesanal, Montado.
Fonte da Imagem: AFNTECH, 2019. Todas as fotos novas e o vídeo deste Artigo, foram capturados com uma câmera digital portátil, marca Kodak, modelo Easyshare C195.

1. INTRODUÇÃO:

Observações: 

A) O termo “Wattímetro” é aceito em Português do Brasil, embora, em língua Portuguesa, se devesse, mais propriamente, escrever “Vatímetro”.

B) Artigo totalmente escrito em computador com sistema operacional Sabayon Linux, Software Livre, e usando Navegador Mozilla Firefox experimental, Nightly, Versão 67, alfa 1.

Wattímetro é um instrumento de medição que fornece a medida da potência elétrica total, gasta ou dissipada, por um aparelho elétrico ou eletrônico. Em outras palavras, seria para você medir, por exemplo, se realmente seu aquecedor de 1000 W,  realmente é de 1000 W.

Nestes tempos atuais, de Eletrônica Digital, existem vários wattímetros digitais de baixo custo no mercado. Inclusive, muitos Alicates Wattímetro, Amperímetro e Volt-Amperímetro.

Mas quem me conhece sabe. Gosto muito desse visual Retro, Vintage… Por isso, resolvi montar um antecessor do wattímetro, um Volt-Amperímetro, totalmente analógico e artesanal.

2. VOLTÍMETROS, AMPERÍMETROS E WATTÍMETROS.

O componente eletrônico principal dos voltímetros, amperímetros, wattímetros e multímetros, é o galvanômetro de ponteiro.

Foi inventado pelo  Físico Francês André-Marie Ampère, em 1824, aperfeiçoando os primeiros  aparelhos “de tangente” do Físico e Químico (o primeiro a obter o alumínio em quantidade) Dinamarquês Hans Christian Ørsted (1820).

O nome “galvanômetro” é uma homenagem ao Filósofo Natural e Fisiologista Italiano Luigi Aloisio Galvani.

Na realidade, o invento foi muito aperfeiçoado no correr do tempo, por vários Cientistas, resultando no galvanômetro  de ferro móvel e depois, no moderno galvanômetro  analógico de bobina móvel (Galvanômetro D’Arsonval, Jacques-Arsène D’Arsonval, Físico Francês).

Com o galvanômetro tipo  D’Arsonval são  feitos os voltímetros, amperímetros, multímetros e wattímetros  modernos.  A maioria dos amperímetros  atuais são, portanto, de bobina móvel, mas nas aplicações de alta corrente, onde um enrolamento da bobina móvel queimaria (exigiria uma bobina mais grossa e pesada), usa-se instrumentos de ferro móvel, como este.

Embora wattímetros (voltímetro e amperímetro conjugados) que medem direto a potência em Watts, já sejam bem antigos, como este wattímetro Alemão:

Wattmeter
Um Wattímetro Analógico de Fabricação Alemã.
Fonte da Imagem: Audrius MeškauskasDubendorf museum of the military aviation e Wikipedia.

Antigamente se empregavam volt-amperímetros, instrumentos aonde o voltímetro e o amperímetro são separados, como este:

voltamp3
Antigo Volt-Amperímetro com Lâmpada Série. Fonte da Imagem: Etsy.

Em um outro exemplo, nesta imagem, vários instrumentos e peças elétricas antigas foram reunidas nesta painel de controle antigo.  Pode-se ver um Amperímetro e um Voltímetro antigos e separados. Fonte da Imagem é Livre, Licença Creative Commons, PXHere Link 2 .

Para obter a potência em Watts, multiplica-se a DDP, Diferença de Potencial, Tensão Elétrica (vulgo, mas errôneo, “voltagem”) lida, pela corrente medida (vulgo, mas errôneo, “amperagem”) Lei de Ohm,(outro Link)  descoberta pelo Físico Alemão George Simon Ohm, em 1827.

Foi justamente um aparelho tipo esse, Volt-Amperímetro, mas mais sofisticado, para trabalhar na rede elétrica e com eletrodomésticos, que resolvi construir, montar, e descrevo neste Artigo.

3. FERRAMENTAS NECESSÁRIAS:

Para reproduzir e testar meu aparelho, você vai precisar das seguintes ferramentas:

Ferro de Soldar de 40 a 100 W Também solda para eletrônica com núcleo de fluxo de resina. Eu uso a que tem 63% de estanho e  37 % de chumbo.

Chaves de fenda simples e Phillips, pequenas e médias; alicate universal isolado; alicate de bico chato, Meia-Cana (alicate de bico fino). alicate de corte diagonal , Furadeira e brocas.

Ferramentas acessórias (não obrigatórias, mas se tiver…) : serra copo (se você tiver) e multímetro (se você tiver). Também lâmpada série. Aqui, outra lâmpada série, esta bem sofisticada.

4. COMPONENTES E MATERIAIS NECESSÁRIOS:

Componentes que você precisa adquirir:

O ponto de partida é comprar um voltímetro e um amperímetro , analógicos e para corrente alternada (existem para corrente contínua, mas não servem neste projeto). Existem com o invólucro quadrado ou redondo.

Há várias marcas nacionais e importadas, como Renz , Kron, Siemens, SibratecMinipa, Hikari, Icel, CELSA, (Itália), Yokogawa (Japão), Sanwa, (Japão), Simpson, Kiotto (marca da emprêsa Portuguesa Niposom),  Salzer, Alemanha (fabrica e distribui na China, grupo ETW),  HUA (China), Wenzhou (China), Sfim (China)

Como é para trabalhar em corrente alternada, em 127 ou 220 V, com aparelhos eletrodomésticos, escolhi um:

a) voltímetro com fundo de escala para 300 V e um amperímetro para 30 A.

Comprei-os (ou melhor, pedí de presente a minha irmã! kkkk!), de boa qualidade, da marca Sibratec. Redondos, mostrador de 52 mm.

Agora, uma caixa para alojar a montagem. Fica ao gosto do freguês, cada um monta de um jeito…

b) Eu usei uma caixa plástica hermética, cinza, padronizada, de 250x200x80 mm,

Marca Multitoc (distribuidora), do tipo das usadas para instalar roteadores em ambiente externo. É uma solução  bem econômica, em relação a comprar uma cara caixa Patola  , especial para Eletrônica.

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Fonte da Imagem: Greentech Distribuidora.

c) Disjuntor Bipolar de 32 A. Usei um de norma alemã DIN, DJ-3K2-C32, de marca Margirius. Desliga as duas fases do aparelho, em caso de sobrecarga.

d) Uma Chave de Alavanca, de 2 polos e duas posições. 20 A. Para ser a chave geral, usei uma Margirius CS301A.

e) Outra Chave de Alavanca, 2 polos, 2 posições, 10 ou 15 A. Para desligar a lâmpada piloto e carga fantasma. Pode ser a STA 30613, ou Margirius CS301B ou  Margirius CS301C

f)  Mais 2 Chaves de Alavanca, 1 polo, duas posições,  6 A, 10A ou 15A, para ligar e desligar o voltímetro e/ou o amperímetro. Pode ser a Margirius CS301D. Ou Brasiltec KN-1021Carling (México) SW-11263. Sibratec CCA-1021. Também serve a Allsemi KNH-1S  (outro Link). Caso você não ache a chave com um polo e duas posições, pode usar de 2 polos e duas ou três posições e adaptar. Veja por exemplo, aqui,

g) 1 chave de alavanca, reversora, 2 polos, 3 posições, Melhor se tiver  terminais com parafusos,   Por exemplo, pode ser uma Margirius 14201, Mas eu usei uma Brasiltec KN-1322.

h) Um soquete de porcelana comum, E-27, tipo terminal protegido. Usei um Lorenzetti 1451-N. O tipo terminal protegido (aquele “abauloado” na base) é melhor para ser colocado na caixa (veja montagem). Para encaixar a lâmpada piloto e carga fantasma.

i) Uma lâmpada incandescente “bolinha” de 7 ou de 15 W, 127 ou 220 V. A rosca da lâmpada é padrão Internacional Edison E-27. Você não terá nenhuma dificuldade em reconhecer a rosca, são as lâmpadas mais comuns na sua casa. Será a própria lâmpada piloto e carga fantasma. Usei uma Sadokin BG-45, clara, azul. Se for usar o aparelho tanto em 127, como em 220 V, essa lâmpada precisa ser para 220 V.

j)  O cabo de força, para ligar o aparelho na tomada, e as conexões do disjuntor, deverão ser feitos com fio paralelo de 300 V, 4 mm, branco. Pode comprar 1,5, ou 2 m. Compre também o pino macho para tomada, melhor se 20 A. Pode ser tipo este.

k) Duas tomadas comuns. Usei duas de padrão antigo,   tipo Perlex, que eu tinha em estoque. Se preferir, ou não quiser usar padrão antigo, pode usar 2 tomadas  de padrão novo, brancas, tipos estas. Observe que será necessário modificar a furação da caixa (veja abaixo, Ítem 5).

l) Fios para fazer as conexões. Comprar 1 ou 2 metros (de cada cor) de fio flexível de 4 mm, isto é, 6 AWG. Comprar cores diferentes: preto, branco, vermelho, azul, amarelo e verde.

m) Terminais Soldáveis. Compre alguns terminais soldáveis. Tipo Anel  M5 ou M6, isolados, para fios de 4 a 6 mm.  Você os identificará porque eles são circulares e o isolamento é amarelo. Compre também alguns terminais maioresanel de latão, sem isolamento para fio 1,5-4,5 mm. Caso não queira terminais anel, pode substituir por terminal “Olhal” 4 a 6 mm, Se preferir, use terminais garfo para 4 a 6 mm, ou terminais garfo grandes.

n) Parafusos. De máquina, para metal, com rosca, arruela e porca.  Cabeça chata, fenda simples ou Phillips. Conversão polegada milímetro.  2.5 mm de diâmetro por  15 mm de comprimento. E/ou:  3 mm por 15 mm.  Eu comprei os dois tamanhos. Se quiser comprar parafusos em polegadas, use os de 1/8 por 1/2 ou de 1/8 por 5/8. Precisará também de um único parafuso autoatarraxante,  de fenda simples e de cabeça panela, de 4,8 mm por 19 mm ou 4,8 mm por 22 mm.

5. MONTAGEM NA CAIXA:

Você pode começar com a furação da caixa. Cada montador escolhe um “jeito” para montar, disposição etc…Na realidade, eu não tenho serra copo.

Os furos maiores foram feitos pela Oficina de Precisão  da Prefeitura do Campus da USP de Ribeirão Preto (Agradecimentos, e à Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, FCFRP, onde trabalho)

Para servir de guia, eu fiz (em computador com sistema operacional Sabayon Linux, programa de desenho, Software Livre, Inkscape) um desenho. Este simples esquema  mostra a furação (como eu fiz) e as peças, componentes, como encaixar. Naturalmente que pode modificar e adaptar para as peças que comprou:

 

esquema2m

 

Atenção para o código de cores que fiz:

Verde é o furo para a tomada ativa (no circuito) e Azul, o furo para a Tomada Normal (fora do circuito) Ambos os furos, 36 mm. Cada tomada é fixada por 4 parafusos com porca e arruela, de 3 mm X 15 mm. Os furos para os parafusos (indicados em Preto), estão respectivamente, a 1.35 cm e 2,30 cm da borda da tomada. Se preferir, use as próprias tomadas para medir.

Para todas as chaves de alavanca, os furos são de 13 ou 14 mm. Elas encaixam e são fixadas através de um eixo com porca, que vem junto com a chave.

Encaixe cada chave em seu local. Vermelho será a chave que desliga  a lâmpada piloto/carga fantasma (deve desligar as duas fases, por isso precisa ser de 2 polos). Laranja é o furo para a chave geral. Deve ser de alta corrente (20 A) e dois polos (para desligar e ligar as duas fases). Amarelo e Rosa, são os furos das chaves para ligar e desligar o voltímetro e o amperímetro, podem ser ambas simples, um polo e duas posições. Azul Claro é o furo da chave reversora, que controlará o circuito ou fará um “Bypass” para a tomada comum.

Furos de 53 mm, são os furos aonde encaixarão o voltímetro e o amperímetro (ambos 52 mm de diâmetro). Eles são fixados na caixa, por 3 pequenos parafusos com porca, 2,5 mm x 12 ou 15 mm (veja indicação no desenho, em Preto). o Furo grande Verde Claro é para o amperímetro e o Marrom, para o Voltímetro.

O furo central Violeta, de 40 mm, é para “passar” a borda do soquete de porcelana, a base do soquete fica dentro da caixa. Não usei um “Olho de Boi“, propositalmente. Foi para ficar com aparência “Vintage”, “Retro” e para que a lâmpada ficasse externa.

Se preferir, monte a lâmpada internamente na caixa, com “Olho de Boi” ou  use lâmpada sinalizadora (lembre que ela não será carga fantasma, porque a corrente é muito baixa). O valor ideal para essa lâmpada, piloto e carga fantasma, é  de 7 ou 15 W, porque consomem cerca de 0.1 A, e não provocam deflexão da agulha do amperímetro, não falseando o resultado. Na dúvida, você pode desligar a carga fantasma na chave correspondente.

6. MONTAGEM. CONEXÕES E FIAÇÃO:

Dicas Técnicas: Os terminais de ligação do voltímetro e do amperímetro, estão na parte de trás deles:

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Mostrando os Terminais de um  Voltímetro,

É preciso, antes de ligar, você saber ou lembrar, que voltímetros são sempre conectados em paralelo e os amperímetros, em série. Assim, em um esquema básico. Fonte da informação e da imagem: Instrumentos de Medida, Electrônica-PT:

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Como Ligar o Voltímetro e o Amperímetro.

Nunca ligue um amperímetro direto na tomada, ele certamente vai “torrar”! Mesmo feitos para ligar em série, alguns necessitam inclusive de resistor limitador de corrente ou deShunt“.

No caso do que eu usei, o Sibratec, ele é de leitura direta e  ele já vem  com o Shunt montado internamente (informação pessoal passada pelo departamento técnico da Sibratec).

Para facilitar para o montador do Volt-Amperímetro, fiz este esquema, contendo as ligações, as conexões dos fios:

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Esquema, tipo “Vista Explodida”, Mostrando como são Ligadas as Peças que Compõe o Volt-Amperímetro.
Fonte da Imagem: AFNTECH, 2019. O desenho feito em Sabayon Linux, com Software Livre LibreOffice Draw. Salvo em formato ODG (“Open Document Graphics“, padrão no LibreOffice) e convertido para imagem PNG (“Portable Network Graphics” ) com este programa online. Observe que ODG e PNG são formados Livres e não proprietários.

Acompanhe as ligações:  Do pino da tomada e cabo de força, vai para a entrada do disjuntor. Da saída do disjuntor, vai para a chave geral (2 fases). Da chave geral, aos terminais centrais da  chave reversora.

Na  primeira saída da chave reversora, as duas fases  vão para a tomada comum, e o circuito não atua, a tomada comum funciona como se fosse uma extensão.

Na segunda saída,  uma fase vai para o voltímetro e a outra,  vai para a chave em série, de desligar o voltímetro. Da chave, vai para o outro polo do voltímetro.

Em paralelo com o voltímetro, devemos ligar uma fase diretamente à tomada ativa. A outra fase vai passar pela chave de ligar-desligar  o amperímetro e à este.

Portanto, amperímetro em série. A saída do amperímetro (uma só fase) é ligada à tomada ativa.

Em paralelo com a tomada ativa (2 fases), ligaremos a chave que liga-desliga a carga fantasma , e o soquete da lâmpada, com ela inserida no soquete.

Padrão de cores que usei na fiação: Fase, vermelho. Neutro (127 V) ou Fase (220 V), preto. Ligações gerais, cabo de força, disjuntor,  tomada comum etc… branco. Ligações do Voltímetro, verde. amperímetro e série, amarelo. Ligações da lâmpada piloto e carga fantasma, azul.

Com base nesse esquema,  preste bastante atenção para não ligar errado. Faça as ligações e conexões.

O disjuntor, montei externamente. Ele foi fixado pelas presilhas da base, com dois parafusos com porcas e arruelas, de 3 mm por 15 mm. A outra extremidade do disjuntor, foi fixada com uma alça feita com fio rígido de 1.5 mm, e presa no interior da caixa:

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Se você usar outra tipo ou marca de disjuntor, poderá ter de fixá-lo de outra maneira. Também pode montar internamente, dentro da caixa. O cabo de força entra pela lateral da caixa, vai ao disjuntor, e da saída dele, vai para o painel e a chave geral., através de um conector “Sindal” tamanho, modelo 212. Assim:

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Sempre que possível (parafusos das chaves, terminais do voltímetro e amperímetro etc…) usei terminais, tipo anel, soldados, o que garante boa fixação, sem faltas de contato e sem o fio “escapar”:

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Terminais Soldáveis. O Amarelo é Para Fio 4 mm, Como os que Usei.
Fonte da Imagem:  Autorizado domínio público, por Depósito Spina.

Aqui, uma foto da caixa, painel, do aparelho (aberta, antes de fechar), mostrando como ficou toda a fiação interna, depois de montado:

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Vista Interna da Tampa, Painel de Controle do Volt-Amperímetro, Montado.

Dê uma última olhada, se ligou tudo  certo!

7. LIGANDO E TESTANDO, TUDO OK:

Após montar, verifique cuidadosamente as ligações, Não feche a caixa ainda.

Chegou a hora de ligar para experimentar!

Para sua segurança e do circuito, recomendo que ligue com uma lâmpada em série. Só servem as lâmpadas incandescentes  ou halógenas, porque nas fluorescentes e nas LED, a corrente é muito baixa. Eu usei uma incandescente de 40 W.

Ligue na lâmpada série e ligue a chave geral. A lâmpada série deve acender fracamente e a lâmpada piloto do volt-amperímetro  também deve acender. O voltímetro deve funcionar normal e o amperímetro fica zerado, porque não há carga. Ligue algum aparelho na tomada ativa.

Cheque o funcionamento de cada uma das chaves, se não há parafusos soltos, nem faltas de contato, e se não há curtos (isso é evidenciado porque a lâmpada série brilhará ao máximo, como se fosse um abajur).

Checou tudo? Remova o aparelho da lâmpada série e ligue na tomada de 127 ou 220 V. Tudo funcionando? Não toque nas partes energizadas, porque a caixa está aberta. Experimente com vários aparelhos seus (TV, som, forno, abajur etc… )

Você montou seu Volt-Amperímetro, igual ao meu!

Chegou na hora de fazer medições…. Só serão possíveis se você tiver multímetro. Eu usei meu multímetro analógico Instrutherm, Modelo MA-100. Se nunca usou um multímetro, consulte este tutorial.

O que você verificará, com suas medidas, é que as tensões em cada ponto do circuito estarão corretas, idênticas às da rede. Também checará o funcionamento de cada chave e poderá medir por continuidade (aparelho desligado da tomada!) cada ponto do circuito, e como será percorrido pelo sinal elétrico.

Pode fechar a caixa. Dobre a tampa sobre o fundo, e prenda manualmente as presilhas de fixação. Para reforçar o fechamento, existe em um dos lados, uma aba circular. Coloque um único parafuso auto atarraxante, de 4,8 por 19 ou 22 mm. (Veja Item 4). Ficará assim:

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Parafuso que Reforça a Fixação.

A partir deste ponto, a caixa é hermética, não será mais necessário abrir, a não ser para  reparo do aparelho.

Seu Volt-Amperímetro está Pronto para uso!

8. USANDO o VOLT-AMPERÍMETRO:

Ligue-o na tomada de energia de 127 ou 220 V.  Insira na tomada ativa do volt-amperímetro, um aparelho para teste. certifique-se de que as chaves do voltímetro, amperímetro e carga fantasma esteja ligadas e a chave reversora na posição “ativa”. Ligue a chave geral.

Eu usei: Abajures, torradeira, sanduicheira, geladeira, máquina de lavar roupa, ebulidor, churrasqueira elétrica, TV de tubo, furadeira, ferro de soldar, estufa de laboratório etc… etc…

Quando o aparelho consome corrente razoável, 2 A ou mais, notará a deflexão da agulha do amperímetro. Faça a leitura e anote. Anote a leitura do voltímetro.

Este exemplo mostra como se calcula a potência. Por exemplo, para meu ebulidor de 1000 W, 127 V, marca Titanium (por falar nisso, excelente ebulidor, forte, resistente, a prova de choque, niquelado e de alta durabilidade, o meu tem 4 anos):

V medida: 130 V (leitura do voltímetro). A medida: 7,7 A (leitura do amperímetro)

Cálculo da potência, W = 130 X 7.7 =1001 W

Teórico: 1000 W

A pequena diferença se deve principalmente à leitura da escala do voltímetro e do amperímetro (pois são analógicas) e um pouco, à resistência elétrica dos fios (MANTECON, V.S,. 2005) e das chaves e histerese (CARVALHO, M. C.; SCHUINA, C.; BARBOSA, C. R. H., 2015) das bobinas (apesar disso tender a diminuir o valor medido, e não aumentar).

No caso dos aparelhos com resistência de aquecimento, há outras maneiras de medir a potência útil, por calorimetria ( UFMS, GONÇALVES, A. J.; PLAÇA, L. F., 2010)

Testei e usei com muitos aparelhos. Destaco dois exemplos interessantes.

Com geladeiras, nota-se um rápido pulso de corrente, de até 13 A, que logo cai. Isto é devido à atuação do capacitor de partida do motor da geladeira. Nesta imagem, a deflexão da agulha, ao ligar a geladeira.

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Agulha do Amperímetro, Indicando Alta Corrente, Ao Ligar uma Geladeira.

Com máquinas de lavar roupa, há variação de corrente quando o motor da máquina está funcionando. Veja neste pequeno vídeo, na minha área Livre do Site Vimeo.

Nesta Imagem, o aparelho, funcionando na minha cozinha, usando para medir a potência de uma sanduicheira de 750 W.

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Medindo a Potência de uma Sanduicheira Elétrica, Marca Mondial.

Espero que este  Artigo lhe seja útil, para você montar seu próprio Volt-Amperímetro, analógico e Artesanal.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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