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Sobre o consumo de energia em instalações elétricas!

Boa tarde, professor Lang!

Ao me deparar com este exercício que tem como gabarito a alternativa B, tive o seguinte questionamento:
É possível generalizar este fato, considerando que cada instalação teria uma estrutura de fios adequada a elas (pela 2 lei ohm) ?
Além disso, posso dizer então que o chuveiro no 110V gasta mais?
Isto me causou um pouco de dúvida, pois o consumo de energia é dado pelo kWh, de modo que teríamos usando a expressão P = UI não consigo notar diferença no consumo de energia. Em resumo, não consigo perceber alteração no consumo da energia elétrica ao mudar a Tensão, o que me faz pensar que o gabarito (B) está errado.
Peço seu auxílio para elucidar este fato.
Obrigado!

Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/

Em Niterói não mais existem instalações elétricas alimentadas em 110V pois há décadas foram alteradas para 127V. Vide mais em Tensão nominal (fase-neutro) nas cidades brasileiras, por estado.

Mas esta informação equivocada sobre a tensão nominal em Niterói é de menor importância frente a outro problema de formulação na raiz da questão.

Se a potência elétrica de dois aparelhos condicionadores de ar que operam em 127V e 220V é igual, a intensidade da corrente eficaz será maior no aparelho alimentado em 127V.

Conforme discutido em Potência elétrica dissipada em linhas de transmissão parte da potência elétrica de entrada em uma instalação elétrica é dissipada por efeito Joule nos próprios condutores que conectam a entrada da instalação ao equipamento (neste caso o o condicionador de ar). Sendo i o valor da corrente elétrica eficaz na instalação, a potência p dissipada nos condutores é p=i².r, onde r é o valor da resistência elétrica dos condutores (fios) da instalação.

Então para compararmos as potências dissipadas nas duas instalações elétricas não basta sabermos que o aparelho que opera em 127V  demanda uma corrente maior do que aquele alimentado em 220V a menos que as instalações elétricas de ambos tivessem a mesma resistência elétrica. Ou seja, a comparação somente é possível se fosse dada alguma informação sobre as próprias instalações.

Como bem foi notado “cada instalação teria uma estrutura de fios adequada” à intensidade da corrente eficaz: de um modo geral se utilizam condutores de cobre (ou alumínio) mais grossos, com menor resistência elétrica por unidade de comprimento do fio, na instalação que demanda maior corrente. O dimensionamento de instalações elétricas segue as normas NBR 5410, sendo uma da variáveis importantes para tal a intensidade da corrente elétrica.

Então a raiz da questão está mal posta pois falta uma informação importante para que se possa comparar as potências dissipadas por efeito Joule.

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“Docendo discimus.” (Sêneca)


7 comentários em “Sobre o consumo de energia em instalações elétricas!

  1. Hamilton Klimach disse:

    Típica questão elaborada por alguém que tem conhecimento básico de teoria de circuitos elétricos, mas não tem conhecimento ou experiência com instalações elétricas residenciais.

    • Kaique disse:

      Se você tiver o correto entendimento da teoria de circuitos você não erra nem na instalação. Tem muita gente experiente em instalação que até estudou e erra no básico. Tem gente que cisma em dizer que quanto maior a corrente menor a tensão e pior ainda, quanto mais bem dimensionado menor o consumo o que não é verdade quando estamos falando de resistência da instalação. A pessoa confunde economia com eficiência (inclusive engenheiros e técnicos) e também confunde aparelhos de diferentes impedâncias com transformadores, pois só em um transformador se você tiver uma tensão maior fornecida em uma bobina que terá menor corrente por uma consequência do Eletromagnetismo. No caso da lei de Ohm, sabemos que quanto maior a tensão fornecida, então maior a corrente elétrica e maior é a potência. Porém para usar dispositivos em tensões diferentes como os projetados a fim de diminuir a corrente em condutores se tá necessário fabricar dispositivos que tem sua impedância cada vez maior.

  2. Kaique disse:

    Uma outra consideração também além dessas já citadas, é que a intenção da questão também errou em supor uma diminuição no consumo ao diminuir por exemplo a corrente no circuito com um aparelho projetado para suportar tensão maior, simplesmente porque quando a perda por efeito Joule é menor, na realidade o que se têm é um aumento da eficiência do circuito e não diminuição do consumo. Se a eficiência é maior, o consumo também acaba sendo até maior, porém é melhor aproveitado, pois tem maior consumo de energia útil que de energia dissipada nos condutores da instalação. Então um circuito com maior resistência equivalente tenderá a ter mais perda por efeito Joule, que por sua vez tenderá a diminuir o consumo total pela própria diminuição do consumo útil final. Quando bem dimensionanos os circuitos não queremos só economizar energia (na realidade não nem a proposta principal no dimensionamento de baixa tensão), muitas vezes queremos apenas aumentar a eficiência do circuito com menos perdas por efeito Joule. A consequência de se ter em um circuito um bom dimensionamento, é que na realidade o consumo é até maior que quando subdimensionado porque todo circuito em instalação por mais simples que seja, na realidade é um circuito misto, série-paralelo, série pelos condutores e dispotivos a montante e a jusantes e paralelo pelos aparelhos consumindo.

  3. Kaique disse:

    Uma outra consideração além da que citei:
    O consumo de um circuito de instalação é maior quanto maior for a eficiência do circuito devido sua característica naturalmente mista de associação na instalação. Porém as perdas são menores e a consequência disso é que em termos de economia de energia só há economia claro no consumo final (quando se dimensiona bem os circuitos para aumentar eficiência, diminuir perdas e obviamente aumentar o consumo de potência tanto no aparelho elétrico por uma menor queda de tensão quanto do próprio circuito por uma menor residência equivalente) quando o aparelho precisa de menos tempo para se realizar um mesmo trabalho, ou seja, por exemplo. Se em uma instalação onde houver uma máquina existir uma queda de tensão relevante a ponto de o circuito ser caracterizado como subdimensionado então ele necessitará trabalhar aos tempo para realizar um mesmo trabalho enquanto a instalação consome energia além do próprio a parelho. Então em termos de economia, a eficiência maior do circuito tratará apenas economia de forma indireta na instalação quando considerado o tempo necessário de trabalho elétrico anser efetuado por um receptor elétrico como em uma máquina. Quanto menor menor a tensão do equipamento em relação a sua tensão nominal, mais forçado ele ficará mesmo que não haja forcamento de um determinado tipo de receptor elétrico, haverá a necessidade desse receptor trabalhar mais tempo quanto maior for a queda para compensar a perda de potência útil.

  4. Luis disse:

    A título de curiosidade, a questão mencionada é da UFF 2007

  5. Igor Luis Diehl disse:

    Considerando uma instalação doméstica, existem dois modelos de conectores/tomadas que são os mais usuais, sendo eles para correntes até 10 A e para correntes até 20 A. Portanto, a estrutura da rede elétrica em uma residência é independente da tensão. Se bem elaborado, o projeto da rede elétrica vai considerar a carga máxima em cada tomada e dimensionar a fiação para a corrente, comprimento do condutor, tipo de conduíte/leito, quantidade de vias num mesmo conduíte etc. Então neste caso, a alternativa B estaria parcialmente correta, a disperção por efeito joule seria menor, já que a corrente seria menor e o condutor seria o mesmo para os dois casos. Além disso a escolha pela tensão de 220 V pode se dar justamente adequar a corrente elétrica do aparelho ao limite de 20 A e, assim, o aparelho poder utilizar um conector comum ao invez de uma conexão especial ou industrial (faltam informações na questão para poder afirmar isso).

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