CA - Corrente elétrica alternada para leigos

Outro dia postei um artigo a respeito de resistência de chuveiro: "Resistência de chuveiro e o ENADE", deixando em suspenso o caso da tal energia reativa, depois de abordar a potência em watts que na verdade é a potência ativa, aquela que realmente produz, esquentando a água.

Como exposto lá, resulta uma corrente ao aplicarmos uma voltagem numa resistência, melhor seria num circuito resistivo. O problema é que num circuito em corrente alternada aparecem complicadores, são os circuitos reativos. Eles são oriundos da passagem de corrente elétrica numa bobina no fenômeno da indutância e num capacitor no fenômeno da capacitância. E pasmem, atuam em sentidos opostos, um contra o outro.

Note que no caso do chuveiro, por ser somente um circuito resistivo, estes fenômenos não ocorrem, por isto não foram considerados no artigo citado.

Agora vem o pior, preparem-se: a corrente que realmente passa num circuito de corrente alternada, que é denominada aparente, é o resultado da somatória das três correntes: indutiva, capacitiva e ativa. Mas não pensem que se vai simplesmente somando as mesmas numa calculadora de bolso. Elas são somadas através de cálculo vetorial. Não se assustem, o negocio não é tão complicado, como se verá a seguir.

Por estranhos desígnios da natureza, elas se distribuem num sistema cartesiano, aquele que se representam valores nos eixos X na horizontal e Y na vertical da seguinte maneira:

As correntes são ali representadas por vetores que nada mais são que setas a partir do ponto central, zero. Infelizmente não tem como colocar figuras aqui, o que simplificaria as coisas, assim o jeito é tentar com palavras, mas pode-se visualizar em imagens do Google!

A corrente ativa (resistiva) vai no eixo X apontada para a direita, a corrente indutiva (bobina) no eixo Y apontada para cima e a capacitiva (capacitor) também no eixo Y, porem apontada para baixo; como disse, as duas são contrarias. Assim, as opostas tendem a se anular resultando num valor que é sua subtração numérica, por estarem num mesmo eixo. Como normalmente a capacitiva é muito baixa, até insignificante em alguns casos, resulta normalmente um valor positivo, ou um vetor para cima.

Agora temos um vetor no eixo X e outro no eixo Y. A sua soma vetorial, a corrente aparente, é o vetor que liga as pontas dos vetores citados, formando um triângulo retângulo.

Portanto, agora é só aplicar o Teorema de Pitágoras de que a hipotenusa (corrente aparente) é a raiz quadrada da soma dos quadrados dos catetos (corrente ativa e corrente reativa). Simples não.

O que se aplica às correntes se aplica às potências. Agora temos a Potência Ativa em watt, a Potência Reativa em VAR e a Potência Aparente em VA. Note as duas novas denominações de unidades de potência, sendo VA volts amperes e VAR volts amperes reativos.

Vamos nos aprofundar mais um pouco: o tal de fator de potência.

Pela trigonometria sabemos que o cosseno é a relação do cateto adjacente com a hipotenusa, ou a divisão dos mesmos. Este valor representa muito nos cálculos da corrente alternada sendo chamado de Fator de Potência e é fornecido nas placas dos equipamentos elétricos.

Transpondo os dados para a eletricidade, o FP é igual à potência efetiva em watt dividido pela potência aparente em VA: FP = Pw / Pva

Rearranjando a formula: Pva = Pw / FP

Daí se conclui que: tendo-se o valor em Watt e o FP, pode-se calcular a potência aparente e sua corrente. Esta é a que serve para o dimensionamento de uma instalação elétrica; tanto os condutores (fios e conectores), quanto aos equipamentos de proteção (fusíveis e disjuntores) e de manobra (chaves e interruptores) e também as fontes (transformadores e geradores).

Vamos ver um exemplo:

Se olharmos o soquete de uma destas lâmpadas compactas ditas econômicas compradas até nos supermercados, lá consta, por exemplo: 15W/127V e FP=0,5 Isto quer dizer que ela é de 15Watts em 127Volts, mas que esta realmente consumindo Pva = 15W/ 0,5 = 30VA ou seja o dobro da potência efetiva, idem para a corrente.

Isto não quer dizer que você esta pagando mais, a concessionária instala somente medidores de watts ou ativa (15watts), mas os circuitos estão suportando na verdade o dobro (30VA): a fiação desde a carga, o interruptor, o disjuntor ou fusível de proteção e até o transformador que fica no poste do outro lado da rua.

No caso de residências não é significativo, mas pense num prédio de escritórios com luminárias fluorescentes que tem reatores, como as das lâmpadas compactas. Da sede do Banco Central ou da Petrobrás por exemplo. Esta sobrecarga indesejada tem que se levar em conta no projeto da instalação elétrica para se evitar o pior...

Como dito, apesar de nas instalações pequenas (fornecimento em baixa tensão – 220v ou 127v), a concessionária não tomar conhecimento, assumindo a perda desta energia, mesmo assim, considere quantas lâmpadas tem na sua cidade nestas condições e pode verificar que é bastante significativa.

Já nas instalações maiores, fornecimento em alta tensão, 13.800 volts, por exemplo, além do medidor de watts, instala-se um de energia reativa e além de cobrar a mesma, aplica-se uma multa se o FP for inferior a 0,92; ai o bicho pega no bolso.

No caso de iluminação, uma alternativa é substituir os reatores de baixo fator de potência de 0,5 por de alto fator de potência de 0,95. Estes geralmente são duplos (para duas lâmpadas) e tem capacitores internos justamente para contrapor-se à indutiva (lembre-se dos opostos acima). Além de diminuir o desperdício, evitar a multa, alivia a instalação pela diminuição da corrente, podendo-se até aumentar a carga com novas unidades sem afetar o desempenho da mesma.

Já nas instalações industriais, uma das soluções é instalar banco de capacitores para contrapor à energia indutiva. Aliás, providência também tomada pelas concessionárias nas suas redes de distribuição, instalando bancos nos postes em pontos estratégicos, evitando-se diminuir suas perdas.

Tudo aqui exposto foi simplificado ao máximo possível para uma melhor compreensão sem complicar, se o leitor quiser um aprofundamento no assunto, pode usar um escafandro e se afundar nos livros ou quem sabe frequentar um curso técnico.

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