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segunda-feira, 1 de abril de 2013

O que um bom técnico de informática (ou todas as pessoas) precisa(m) saber sobre Eletricidade

Parte IV – Falando de potências

Neste post trataremos de mais um conceito da eletricidade cujo conhecimento faz o diferencial para um técnico de informática que não pretende ser apenas formatador de HD e instalador de programas.

Os assuntos aqui abordados surgiram de papos com colegas que trabalham na área de informática quer como técnicos quer como instrutores.

Como o tema é um pouco extenso iremos dividi-lo em duas abordagens para não corremos o risco de torná-lo enfadonho.

Estamos preparando um livro de Eletricidade & Eletrônica para Técnicos de Informática com mais aprofundamentos inclusive com questões práticas. Aguardem.
 
Para quem não leu, na parte II introduzimos o conceito de potência, que em eletricidade pode ser calculada pelo produto da tensão pela corrente e apresentamossua unidade: - o watt. Já na parte III tratamos dos tipos de tensão e as consequentes correntes produzidas por cada “tipo”: - contínua ou alternada.

Bem, a pergunta agora é: - já que existem dois tipos de tensão/corrente será que existem também dois tipos potência?

Antes de responder vamos deixar mais uma pergunta no ar.



Por que fontes de computador, por exemplo, são especificadas em watt e os no breaks em kVA, ou melhor, o que significa kVA e como relacioná-lo com watt? Pergunta de prova, não é mesmo?

Voltando às potências, podemos dizer que na verdade existem três “tipos” de potência elétrica e embora todas sejam calculadas multiplicando-se o valor da tensão pela corrente cada “tipo” tem uma unidade de medida diferente, ou seja, existem mais duas unidades além do watt; são elas: o volt-ampère (VA) e o volt-ampère reativo (VAR).

Mas, por que essa confusão?

Calma, não criemos pânico, como diria o Chapolin.

Toda essa confusão existe principalmente por causa da tensão/corrente alternada, mas também porque existem três componentes (peças) básicos na eletricidade, a saber, resistor, capacitor e indutor ou bobina e que se comportam de forma diferente para cada tipo de tensão/corrente (alternada ou continua).

Figura 1


O primeiro componente, o resistor (que também costuma ser chamado de resistência) é o menos “encrenqueiro”, pois se comporta do mesmo modo quer seja esteja recebendo tensão continua ou alternada.

Alguns exemplos de “resistências” são as lâmpadas incandescentes, os chuveiros e os ferros de passar roupa.















E assim a potência dissipada em um resistor ou resistência será sempre medida em watt e calculada pela fórmula já apresentada: - potência = tensão x corrente.

Este tipo de potência produzida em um resistor pela tensão/corrente seja ela continua ou alternada é chamado mais especificamente de POTÊNCIA ATIVA, POTÊNCIA EFETIVA OU POTÊNCIA REAL e como é a mais comum, na prática, diz-se apenas potência e pronto. Aqui cabem duas observações antes de prosseguir.

A primeira delas é que esta potência que é medida em watt e resultado da transformação de toda a energia elétrica em calor ou “luz”.

A outra observação é quanto ao termo POTÊNCIA REAL. A palavra REAL aqui tem a conotação de VERDADEIRA.

Os fabricantes de fontes para PC se apropriaram deste termo, não sei se por má fé ou ignorância, para enfatizar que suas fontes fornecem realmente os watts que estão estampados na etiqueta o que nem sempre (ou quase sempre) não é verdade.

Isto, a meu ver, cria uma confusão na cabeça do leigo dando a impressão que existem dois tipos de fonte; uma ruinzinha que não oferece a potência que está estampada no rótulo e outra boazona, que tem potência REAL, mas que no fundo, nem a tal “fonte de potência real” fornece os watts que dizem o seu rótulo.

Continue lendo e você entenderá o porquê.

Um resistor, uma lâmpada incandescente, um chuveiro ou um ferro de passar quando submetido a uma tensão, seja ela continua ou alternada, oferece uma resistência a passagem da corrente.

E essa resistência que é medida numa unidade chamada ohm, cujo símbolo é a letra grega ômega (Ω), O nome da unidade de resistência é uma homenagem ao físico e matemático alemão George Simom Ohm (1789-1854) que descobriu uma importante lei que ficou conhecida como Lei de Ohm.

Segundo essa lei quando a tensão aplicada a uma resistência aumenta a corrente também aumenta ao mesmo tempo numa relação direta.

Tecnicamente diz-se que a corrente numa resistência segue a tensão o que quer dizer, mais ou menos, que tensão e corrente caminham juntas no tempo, seja ela continua ou alternada.

Mas os circuitos eletrônicos não são construídos apenas por resistores e é ai que entram os outros dois componentes (ou peças como se diz comumente): os capacitores e as bobinas (indutores).

Agora voltemos nosso olhar para a tensão alternada aplicada aos capacitores e indutores, pois é aí que o “bicho pega”.

Os resistores são chamados de componente resistivos e oferecem resistência a passagem da corrente, já o capacitores e indutores recebem a denominação de componentes reativos e embora também ofereçam dificuldade a passagem da corrente alternada há uma ligeira diferença.

Neste caso em vez deles oferecerem resistência como acontece com os resistores, diz-se que eles oferecem reatância.

Essa denominação foi criada porque eles têm um comportamento diferente dos resistores quando são alimentados por tensão alternada.

Na verdade a reatância não deixa de ser um tipo de resistência, só que o termo reatância é utilizado para capacitores e bobinas trabalhando com tensão alternada.

No caso dos componentes reativos (capacitores e indutores) alimentados com tensão alternada o comportamento da corrente será um pouco diferente daquele produzido pela corrente (contínua ou alternada) em um resistor, pois a corrente não seguirá a corrente no tempo surgindo um efeito chamado defasagem entre a tensão e a corrente que em palavras simples quer dizer que a corrente e a tensão não caminham juntas no tempo.

Mas, que qualquer maneira a corrente alternada ao “passar” num capacitor ou numa bobina também “produz” uma potência, só que essa potência não aparece como forma de calor ou luz e por isso, não será chamada de Potência Real nem será medida em watts.

Lembra que lá atrás dissemos que existam ou outros dois “tipos” de potência que não se mede em watts?

Então, e aí que entram estas outras duas potências medidas em volt-ampère (VA) e volt-ampère reativo (VAR).

Você já deve ter desconfiado que a potência produzida pelos componentes reativos será chamada de POTÊNCIA REATIVA, para diferenciar da POTÊNCIA REAL produzida pelos resistores.

Repare que o produto tensão (volt) vezes corrente (ampère) continua valendo, mas é preciso levar em conta o efeito da defasagem entre tensão e corrente o que faz mudar um pouco as contas.

Então, se prefere dizer volt ampere reativo (VAR) em vez de watt para deixar bem claro que watt é a potência dissipada num resistor ou resistência, enquanto VAR é a potência “dissipada” num componente reativo (capacitor ou bobina) onde tensão e corrente estão defasadas.

Na prática todo circuito eletrônico (fontes de computador, monitores, por exemplo) possui elementos reativos (capacitores e bobinas), mas também possui certa quantidade de resistência, logo teremos os dois “tipos” de potência convivendo juntas, ou seja, a Potência Real medida em watt e a Potência Reativa medida em VAR. Em resumo: - Potencia Real em fase – Potência Reativa defasada.

Isso vai nos conduzir a uma potência “geral” que será a soma das duas potências, a Real mais a Reativa.

Entretanto, por causa da tal defasagem entre tensão e corrente e consequentemente entre as potências esta soma de potências será um pouco diferente daquela com a qual estamos acostumados e será chamada de “soma vetorial”.

Não iremos entrar em detalhes sobre essa tal soma vetorial, mas apenas observar que coisas “estranhas” acontecem e, às vezes, até como diz Caetano Veloso “tudo certo como 2 mais 2 são 5” (só como curiosidade, Caetano não estava pensando em soma vetorial quando escreveu essa letra e sim, que estava tudo errado, afinal ele é um poeta e não um matemático).

A tal soma vetorial da Potência Real com a Potência Reativa nos dará como resultado a POTÊNCIA APARENTE assim chamada para diferenciar das outras 2 potências e terá como unidade o volt-ampère ou VA. Então, é aí que entra a potência dos no breaks e estabilizadores de tensão expressa em VA ou KVA (onde o K é o símbolo de quilo que em grego se escreve kilo e vale mil).

Figura 3
Para os mais curiosos vamos explicar como é uma soma vetorial, onde nem sempre, 2 mais 2 é igual a 4 Para representar esta defasagem entre tensão e corrente, que também acontece com as potências real e reativa, utilizamos um triângulo retângulo como mostrado na figura 3 onde as potências real e reativa serão representadas como os catetos e a potência aparente é a hipotenusa.



Tá confuso? Então dá uma olhada na figura 4 que você vai entender.
Figura 4

Vejamos um exemplo numérico. Suponhamos que a Potência Real seja 4 W e a Potência Reativa seja 3 VAR. A Potência Aparente não vai dar 7 VA (4 + 3) e sim 5 VA, por causa da tal soma vetorial. Será que o triângulo da figura 3 que representa as potências vai ser sempre um triângulo retângulo onde as Potências Reativa e Real serão os catetos formando um ângulo reto?

A resposta é sim, o triângulo será sempre retângulo porque a defasagem entre a tensão e a corrente num circuito de tensão alternada com componentes reativos é de 90º, logo um ângulo reto.

Não iremos entrar nos detalhes de cálculo aqui, mas quem sabe um pouquinho de matemática já deve ter percebido que para calcular a Potência Aparente usa-se o Teorema de Pitágoras.

Voltemos a Terra!

Finalmente o que interessa 

Olhando a figura 4 vemos que deveria prevalecer a Potência Real (o chopp), mas aí entra a tal Potência Reativa (o “colarinho”) que “rouba” um pouco de potência da Potência Real e faz com que a potência aparente fique menor.

Por isso, é que se define um parâmetro muito importante chamado FATOR de POTÊNCIA que é expresso pelo quociente (divisão) entre a POTÊNCIA REAL e a POTÊNCIA APARENTE.

                            FATOR DE POTÊNCIA = POTÊNCIA REAL / POTÊNCIA APARENTE

O ideal é que o fator de potência fosse igual a 1, pois aí Potência Real seria igual a Potência Aparente indicando que não houve perda na Potência Reativa (o famoso “chopp sem colarinho).

Voltemos a tal da “fonte de potência real”.

Ora uma fonte para ter potência Real teria que ter fator de potência igual a 1

Dá uma olhadinha nas etiquetas das fontes por aí e você verá que no máximo chega a 0,99 e assim mesmo naquelas fontes caríssimas chamadas PFC (Power factor correction) ativo. Essas sim podem ser chamadas de fonte (quase) real.

E aqui, cabe uma ressalva, não se deve confundir Fator de Potência com Eficiência.

No próximo post esclarecemos o conceito de eficiência da fonte e trataremos também das especificações dos no breaks.

Como já foi dito estamos preparando um livro com muito mais detalhes.

Isso foi só o aperitivo. Hum! Chopp, aperitivo. Sei não, é melhor não dirigir!

Até sempre

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