Características de uma bobina que não coloque em curto-circuito a rede elétrica?
22 de abril, 2021 às 18:18 | Postado em Corrente contínua e alternada, Eletricidade, Eletromagnetismo
Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/Olá amigos, tem alguma formula e um exemplo pra se determinar a “menor” resistência ôhmica de uma bobina que podemos ligar em paralelo na tomada 110 VAC-40A, para que não seja considerado um curto-circuito?
Em bobinas, especialmente aquelas com núcleo de ferro, a característica dominante em corrente alternada não é a resistência elétrica mas a reatância indutiva. Mesmo quando a resistência elétrica (R) é desprezível (portanto pode ser considerada para fins práticos como nula) em relação à reatância indutiva (ΧL), a corrente eficaz é limitada (I).
A reatância indutiva da bobina depende de sua autoindutância (L) e da frequência da rede de alimentação. A sua autoindutância (ou simplesmente indutância) é uma característica da bobina definida pelo número de espiras, comprimento da bobina, área de cada espira e do material do núcleo da bobina. O fabricante da bobina informa sua indutância e a sua resistência elétrica, além de preconizar um valor máximo para a corrente a fim de não danificar a bobina. Caso se desconheça os valores da indutância e da resistência elétrica é possível medi-las com auxílio de um multímetro que possua as funções adequadas para tal.
Exemplifica-se com uma bobina (com núcleo de ferro) com indutância L=60mH=0,060H, e resistência elétrica R=2,5Ω. A sua reatância indutiva (ΧL=2π.f.L), quando alimentada com tensão alternada na frequência f=60Hz, vale
ΧL= 2π.60.0,06 ≅ 22,6Ω.
Conforme notado anteriormente, a reatância indutiva (22,6Ω) é muito maior do que a resistência elétrica (2,5Ω) da bobina.
Rigorosamente a característica que é importante para decidir o valor da corrente eficaz em uma bobina, além do valor eficaz da tensão alternada de alimentação (que, segundo o questionamento do perguntante da cidade do Porto é 110V; aqui no Brasil há muito não há mais 110V mas 127V), é a impedância elétrica (Z) da bobina.
A impedância elétrica da bobina é uma composição da reatância indutiva com a resistência elétrica dada pela seguinte equação:
Substituindo-se os valores da resistência elétrica e da reatância indutiva da bobina na equação 1 encontra-se que a impedância da da bobina é
É importante notar que a impedância da bobina é quase igual à reatância indutiva pois a resistência elétrica é pequena comparada com a reatância. E se a resistência elétrica fosse nula, a impedância permaneceria praticamente a mesma.
O valor da corrente eficaz na bobina (I) é a razão entre a tensão eficaz (V) pela impedância da bobina. Supondo que a tensão eficaz tenha o valor de 110V (conforme indicado pelo perguntante), resulta
I = V/Z = 110/22,7=4,8A.
Este valor de corrente é muito menor do que 40A e portanto não representa um curto-circuito. Entretanto este valor de corrente é prejudicial para a bobina pois o fabricante informa que a bobina não deve operar com mais de 2,0A.
Este exemplo numérico deixa evidente que o cálculo da corrente somente pode ser feito caso se conheça a reatância indutiva e não apenas a resistência elétrica da bobina pois são necessárias ambas para se obter a impedância elétrica.
Adicionalmente é importante notar que correntes com valores muito abaixo do valor máximo permitido pela rede elétrica (portanto longe de serem consideradas como curto-circuito para a rede) podem danificar a bobina pois para cada bobina existe um valor máximo permitido para a corrente.
“Docendo discimus.” (Sêneca)
Prof. Fernando Lang da Silveira
Muito obrigado pela sua explicação
Excelente explicação para um tema que parece complexo. O professor esclareceu muito bem o assunto