DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES ELTRICOS COM FOCO NA SUSTENTABILIDADE

Caio Araujo da Silva Leo, Instituto Federal de Educao Cincia e Tecnologia Licenciando em Fsica. caio_170@yahoo.com.br.

1. RESUMO

Esse texto tem por objetivo alertar para um aumento do consumo de energia eltrica, apenas, pelo mau dimensionamento do fio (condutor eltrico). As demonstraes sero feitas com o conceito de eletricidade da Fsica ensinada em colgios do ensino mdio brasileiro.

2. INTRODUO

Quando, em operao, devido sua resistncia hmica, os condutores eltricos aquecem (efeito joule) e dissipam uma parte da energia transportada, de modo que essa perda resulta na gerao de uma energia adicional que contribuir para o acrscimo da emisso de gases de efeito estufa na atmosfera, notadamente o dixido de carbono (CO2). Como resultado, possvel ento reduzir as perdas nos cabos eltricos e as suas emisses de CO2 atravs do aumento da seo nominal dos condutores eltricos.

3. RESISTNCIA E RESISTIVIDADE

Quando ligamos fios condutores diferentes a um mesmo gerador, em geral, obtemos correntes diferentes. Isso significa que esses fios oferecem dificuldades diferentes passagem da corrente eltrica. Para medir essa dificuldade definida uma nova grandeza: a resistncia de um condutor.

3.1. EFEITO JOULE

A resistncia eltrica tem como consequncia a dissipao de calor, dissipao esta, conhecida por efeito Joule. O efeito tem a seguinte explicao; quando um condutor aquecido ao ser percorrido por uma corrente eltrica, ocorre a transformao de energia eltrica em energia trmica, esse fenmeno ocorre devido o encontro dos eltrons livres da corrente eltrica com as partculas do condutor. Os eltrons sofrem colises com tomos do condutor, parte da energia cintica (energia de movimento) do eltron transferida para o tomo aumentando seu estado de agitao, conseqentemente sua temperatura. Assim, a energia eltrica transformada em energia trmica (calor). Apesar de soar prejudicial, o efeito joule tem importes aplicaes para sociedade, como por exemplo, a lmpada incandescente, que tem um filamento de tungstnio em seu interior que aquecido com a passagem de corrente eltrica tornando-se incandescente, emitindo luz.

3.2. RESISTNCIA

Um Fio condutor ligado entre os terminais de um gerador ideal, que mantm entre seus terminais uma tenso (ou diferena de potencial) V, figura 1. O fio percorrido por uma corrente de intensidade I , cujo o sentido est assinalado na figura. As linhas tortuosas definem uma resistncia R.

Figura 1. Circuito eltrico

Definimos a resistncia eltrica R, pela relao:

(1) No sistema internacional, a unidade de resistncia o ohm, cujo o smbolo .

4. RESISTIVIDADE

A resistncia de um fio est relacionada com as colises entre os eltrons que constituem a corrente eltrica e os tomos de que o material feito o fio. Assim podemos dizer que: quanto maior o comprimento L do fio, maior sua resistncia, pois o nmero de colises sofridas por cada eltron tanto maior quanto mais longo o fio.

Por outro lado, quanto maior a rea (A), figura 2, da seo reta do fio, maior a quantidade de eltron que passam por ela, na unidade de tempo, isto , maior a intensidade de corrente (.mantendo-se constante a tenso U). Como por definio da equao 1, mantendo se fixo o valor de U, quanto maior o valor de i, menor a resistncia R. Assim devemos esperar que quanto maior a parea A da seo reta do fio, menor a sua resistncia. Implica na equao que vlida somente para um fio homogneo e istropo:

(2)

Ou seja, a resistncia R de um fio proporcional ao seu comprimento L e inversamente proporcional rea (A) de sua seo reta. A constate de proporcionalidade p dependo do material que feito o fio e chamada de resistividade do material.

Tabela1: coeficiente de resistividade (p)MaterialResistividade (.m) S.I

Cobre1,68 . 10-8

Prata1,59 . 10-8

4.1. RESISTIVIDADE E TEMPERATURA

Quando a temperatura de um material se eleva, aumenta a velocidade de agitao do tomo, o que dificulta a passagem dos eltrons. Assim, devemos esperar que uma variao de temperatura altera a sua resistividade. Suponhamos que um material tenha resistividade po temperatura o e resistividade p temperatura . As experincias realizadas mostram que temos:

(3)Substituindo p por R temos a variao da resistividade com a temperatura.

5. DISJUNTOR

Os disjuntores um sistema de segurana de um circuito eltrico, contra sobrecargas eltricas ou curtos-circuitos, que tem a funo de cortar a passagem de corrente eltrica no circuito, caso a intensidade da corrente ultrapassar a intensidade limite que, normalmente, vem especificada nos prprios disjuntores.

6. POTNCIA DISSIPADA NUM RESISTOR

Voltando a figura 1, o resistor percorrido por uma corrente eltrica de intensidade i, que transporta energia do gerador U para o resistor. A energia eltrica recebida pelas cargas eltricas transformada em energia trmica no resistor, temos ento, uma potncia dissipada que a energia transforma em calor por unidade de tempo. Podendo ser calculada pela equao:

(4)

7. ERROS NA INSTALAO E AUMENTO DE CONSUMO DE ENERGIA

O maior erro em instalaes eltricas residenciais a no observao da rea seo transversal L, que tem seu dimetro conhecida como bitola. O exemplo clssico o chuveiro eltrico, composto basicamente de uma caixa acumuladora de gua que, em seu interior, contm uma resistncia. Quando o chuveiro comprado, existem especificaes fornecidas pelo fabricante, em basicamente deve conter; tenso, corrente nominal e bitola recomendvel. A maioria das casas irregulares tem sua instalao eltrica executada sem o acompanhamento de um profissional e com a falta de um projeto que, por consequncia, pode ocorrer um mau cabeamento. Esta instalao amadora pode resultar em condutores com mesma seo transversal para toda casa; tomadas, lmpadas, micro-ondas e chuveiro. Mas para cada seo transversal existe, calculada, uma determinada corrente mxima suporta para o seu bom uso.Tabela 2: Dimetro de um condutor e correte mxima suportada

Dimetro do condutor (mm)Corrente suportada (A)

3,66530

2,58815

Um chuveiro com potncia 5500w a uma tenso de 220 v, qual o disjuntor que deve-se usar para proteger a instalao? E o dimetro do fio?

Equao (4) temos:

Dever ser usado um disjuntor no muito acima de 25 A, entre os dados da tabela 2 o fio correto ser o de 3,665 mm, para o bom uso da instalao.

Se for usado o fio 2,5 mm para a mesma situao mas sem o disjuntor acarretar em um grande perigo; toda a instalao ira aquecer bastante devido ao efeito joule e isso acarretar em um alto consumo de energia, que em larga escala, poder trazer impactos ao meio ambiente, aumento de emisso do gs CO2 se a matriz for uma termoeltrica de carvo, mas no somente essa matriz, as outras, devido o aumento da solicitao, aumentaro suas emisses desse gs j no prpria gerao ou na transmisso e distribuio. Alm da segurana, pois pode ocorrer um curto circuito e eletrocutar o indivduo que esteja utilizando o chuveiro, ou ainda ocorrer um incndio em toda a instalao eltrica e por consequncia em toda casa.

8. CONCLUSO:

O bom dimensionamento, nem a mais ou a menos, de fios condutores ajuda a evitar o desperdcio de energia eltrica, alm de garantir segurana, aliado a um dispositivo interruptor de corrente que o disjuntor. Com os conceitos bsicos do ensino mdio um indivduo pode perceber falhas durante a instalao eletrica, mas o recomendo que esse servio seja feito por um profissional habilitado mediante a um projeto de instalao de acordo com NBR 5410 que estabelece condies para instalaes de baixa tenso.

9. REFERNCIAS:

FUNDACENTRO. 22 Mar. 2012, < http://www.fundacentro.gov.br/dominios/ctn/anexos/cdNr10/Manuais/M%C3%B3dulo01/666_5%20-%20NORMAS%20T%C3%89CNICAS%20BRASILEIRAS%20NBR%20DA%20ABNT.pdf>

Info escola. 22 Mar. 2012, < http://www.infoescola.com/eletricidade/disjuntor/>

Yahoo respostas. 23 Mar. 2012, < http://br.answers.yahoo.com/question/index?qid=20101007094253AAhmhJK>

Eletrnica.org. 23 Mar. 2012, < http://www.eletronica.org/modules.php?name=News&file=article&sid=112>..Universo da Fsica 3