CEL18702 AULA05

Técnicas Utilizadas na Análise de Circuitos

Análise de Malhas

O método de análise das malhas só é aplicado às redes planares. Se for possível desenhar o diagrama de um circuito numa superfície plana, sem que haja cruzamento dos ramos, então o circuito é dito planar. Na Figura 1 temos um exemplo de rede planar e não planar.

Figura 1 - Rede planar (a) e Rede não planar (b).

Um circuito é uma rede que contém pelo menos um caminho fechado por onde possa fluir corrente. O nome oficial para esse caminho é laço. Assim, se iniciarmos por um determinado nó e traçarmos pela rede uma linha fechada contínua, passando uma vez em cada nó e terminando no nó de partida, este caminho é um laço. A malha é uma propriedade de circuitos planares e é definida como sendo um laço que não contém nenhum outro por dentro.

A técnica de análise de malhas envolve o conceito de corrente de malha que definiremos como sendo a corrente que flui apenas no perímetro de uma malha. Vamos utilizar o exemplo da Figura 2 para melhor entendimento do método.

Figura 2 - Exemplo de aplicação do método de malhas.

Solução

1. Arbitramos as correntes de malhas dando a designação de $i_{1}\,$ para a malha 1, $i_{2}\,$ para a malha 2 e assim por diante;
2. O sentido arbitrado para as correntes de malha pode ser qualquer um, mas para facilitar a obtenção das equações adotamos sempre o sentido horário;
3. Escreve-se as equações de malha em termos das tensões utilizando a lei de Ohm $V=RI\,$
4. Simplifica-se as equações e resolve-se o sistema obtido.

Malha 1

$-6+2(i_{1}-i_{2})+1(i_{1}-i_{3})=0\quad \to \quad -6+2i_{1}-2i_{2}+1i_{1}-2i_{3}=0$

Malha 2

$4i_{2}+3(i_{2}-i_{3})+2(i_{2}-i_{1})=0\quad \to \quad 4i_{2}+3i_{2}-3i_{3}+2i_{2}-2i_{1}=0$

Malha 3

$-12+2i_{3}+1(i_{3}-i_{1})+3(i_{3}-i_{2})=0\quad \to \quad -12+2i_{3}+1i_{3}-1i_{1}+3i_{3}-3i_{2}=0$

Arrumando...

$3i_{1}-2i_{2}-i_{3}=6\,$

$-2i_{1}+9i_{2}-3i_{3}=0\,$

$-i_{1}-3i_{2}+6i_{3}=12\,$

$\Delta ={\begin{vmatrix}3&-2&-1\\-2&9&-3\\-1&-3&6\end{vmatrix}}\,.\,{\begin{vmatrix}6\\0\\12\end{vmatrix}}$

$det\Delta ={\begin{vmatrix}3&-2&-1\\-2&9&-3\\-1&-3&6\end{vmatrix}}\,=\,90$

$det\Delta \,i_{1}={\begin{vmatrix}6&-2&-1\\0&9&-3\\12&-3&6\end{vmatrix}}\,=450$

$det\Delta \,i_{2}={\begin{vmatrix}3&6&-1\\-2&0&-3\\-1&12&6\end{vmatrix}}\,=222$

$det\Delta \,i_{3}={\begin{vmatrix}3&-2&6\\-2&9&0\\-1&-3&12\end{vmatrix}}\,=336$

$i_{1}={\frac {\Delta \,i_{1}}{\Delta }}\,\qquad i_{1}={\frac {450}{90}}=5A$

$i_{2}={\frac {\Delta \,i_{2}}{\Delta }}\,\qquad i_{2}={\frac {222}{90}}=2,47A$

$i_{3}={\frac {\Delta \,i_{3}}{\Delta }}\,\qquad i_{3}={\frac {366}{90}}=4,07A$

Exercício de Fixação

Determine o valor da corrente $i_{3}\,$ no circuito:

Solução
Malha 1 $5(i_{1}+i_{3})+0.5(i_{1}+i_{3})+13(i_{1}-i_{2})=0\,\to \,5i_{1}+5i_{3}+0.5i_{1}+0.5i_{3}+13i_{1}-13i_{2}=0$ Malha 2 $-26+1i_{2}+2(i_{2}-i_{3})+13(i_{2}-i_{1}-i_{3})=0\,\to \,-26+1i_{2}+2i_{2}-2i_{3}+13i_{2}-13i_{1}-13i_{3}=0$ Malha 3 $4i_{3}+0.5(i_{3}+i_{1})+13(i_{3}+i_{1}-i_{2})+2(i_{3}-i_{1})=0\,\to \,4i_{3}+0.5(i_{3}+i_{1})+13(i_{3}+i_{1}-i_{2})+2(i_{3}-i_{1})=0$

Referências

[1] http://www.feng.pucrs.br/~virgilio/Circuitos_Eletricos_I/Capitulo3_ckt1.pdf

[2] http://www3.fsa.br/localuser/Eletronica/mario.garcia/Circuitos%20el%C3%A9tricos%20I/Determinantes.PDF

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