AS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE UM A RESIDÊNCIATexto retirado do livro Física para o ensino médio, página 302. Ed. Scipione.

Ligar aparelhos (TV, aparelho de som, luminária, etc.) é uma ação corriqueira na vida de todos nós. Entretanto, nem de longe lembramos que ao fazer isso estamos fechando um circuito elétrico, alimentado por uma tomada de 110 V ou 220 V.

A energia elétrica é comumente gerada em uma usina, passa por um transforma-dor, que eleva a tensão gerada (normalmente de 10 000 V até 300000 V), e é transportada através de grossos fios de ligação - cabos de alta tensão - a outro transformador na subestação rebaixadora de tensão. Da subestação, ela segue para os

transformadores dos postes e chega até as residências. Esta parte do circuito elétrico, em geral desconsiderada por nós, é fundamental para o funcionamento dos aparelhos elétricos de uma residência. Geralmente, estes transforma-dores abaixam a tensão de 13 800 V para 110 V ou 220 V.

O objetivo de elevar a tensão para transmiti-Ia é reduzir a perda de energia por efeito Joule na fiação que conduz a corrente elétrica. Ou seja, utiliza-se alta tensão e baixa corrente para que a potência dissipada (P = R.i2) seja pequena. O rebaixamento da tensão para 110 V e 220 V tem como propósito diminuir os riscos do consumidor.

A tensão gerada numa usina hidrelétrica é alternada. Note no gráfico (figura 61) que seu valor varia rapidamente, numa freqüência de 60 Hz; isto é, em 1/60 s, a tensão atinge o valor máximo, decresce, inverte de sentido, atinge outra vez o valor máximo e volta à situação inicial. Esse tipo de tensão gera nos circuitos uma corrente também alternada. Já a tensão gerada por pilhas e baterias origina uma corrente que se mantém constante em módulo e sentido, denominada contínua.

O que significam então os 110 V que consideramos como tensão gerada nas tornadas domiciliares?

Esse valor refere-se a uma tensão contínua que faria um resistor, por efeito Joule, dissipar a mesma potência caso estivesse submetido a uma certa tensão alternada. Ele é denominado valor eficaz da tensão alternada e é calculado em módulo da seguinte maneira:

Ueficaz = Ude pico / √2 ; Quando Ueficaz = 110 V → 110 = Ude pico / √2 → Ude pico = 156 V

Isso significa que a tensão na tomada varia de + 156 V a -156 V e provoca num resistor o mesmo aquecimento de uma tensão contínua e de 110 V.

Na maioria das instalações elétricas residenciais, três fios ligam o poste da rua à caixa de luz. Dois desses

fios passam pelo relógio medidor e, se tocados em sua parte metálica, provocam choque, o que não acontece com o terceiro. Os fios que dão choque são chamados fases e devem possuir fusíveis para proteger a instalação de sobrecargas externas. Ou seja, caso entre no circuito uma corrente elétrica muito elevada, ele será interrompido pela queima dos fusíveis. O terceiro fio é chamado neutro e, em geral, entra diretamente no circuito, sem passar pelo relógio.

Quando os três fios chegam à caixa de distribuição (figura 63), passam pela chave geral, que possui três pontos de contato e serve como interruptor de toda a instalação. Esta caixa geralmente fica dentro da casa.

Passando pela chave geral, esses fios se combinam (dois a dois) para fornecer as tensões eficazes (110 V e 220 V), originando um conjunto de chaves de distribuição. Repare, na figura 63, que três fios entram na chave geral e quatro saem da chave de distribuição para o forro ou a laje da residência. As chaves de 110 V e 220 V são separadas, para a instalação mais segura. No caso de ocorrer um curto-circuito no chuveiro, ente ligado em 220 V, o fusível desta chave queimará, não afetando o funcionando do resto da instalação.

Nas chaves de distribuição, costumam-se substituir os fusíveis por disjuntores cuja função também é proteger circuitos da instalação elétrica da residência, abrindo-os há uma sobrecarga elétrica na instalação.

Como determinamos o tipo de fio e de fusível que devem ser utilizados numa instalação elétrica?

A escolha da fiação adequada para uma instalação deve em conta a corrente que os fios suportam. A tabela 2 ao lado fornece a corrente máxima que pode ser estabelecida em fios de cobre de diferentes diâmetros sem danificá-Ios.

A corrente máxima num circuito pode ser determinada pela expressão i = P/U. Basta somar a potência dos aparelhos elétricos e dividir pela tensão eficaz, geralmente 110 V (no caso do chuveiro, a chave é independente, e a tensão eficaz é 220 V). Para aumentar a segurança do circuito da instalação, acrescentam-se ao valor dessa corrente 25% do resultado obtido. Com esse valor final, recorre-se à dada e escolhem-se o fio e o fusível adequados. O fusível deve fundir quando nele se estabelecer uma corrente menor que a máxima que o fio suporta. Ao fundir, ele abre o circuito e protege a instalação elétrica, a residência e as pessoas.

Como instalamos tomadas e lâmpadas na tensão eficaz 110 V Analisando o funcionamento das lâmpadas e aparelhos elétricos o de

resistência, é possível perceber que as ligações são independentes: se a lâmpadas da cozinha for desligada ou queimar, nada acontece no funcionamento da sala ou no aparelho de som. Isso significa que eles estão associados em paralelo.

Agora veja, nas figuras 65a e b, a forma correta e a incorreta de instalarmos uma lâmpada e seu interruptor. No primeiro caso (figura 65a), o fio neutro é ligado a um dos pontos de contato do soquete da lâmpada e o fio fase, a um de contato do interruptor. Depois, outro fio liga o segundo ponto de contato do interruptor ao segundo ponto do soquete.

Essa é a maneira correta de instalar a lâmpada e seu interruptor, uma vez que, com o circuito aberto, não há perigo de tomarmos choque no soquete da lâmpada.

A figura 65b mostra a maneira incorreta de instalar uma lâmpada e seu interruptor. Observe que o fio neutro é conectado ao interruptor e a fase, ao soquete. A lâmpada funciona normalmente, mas, se alguém tocar a parte metálica do soquete, tomará um choque, mesmo que o circuito esteja aberto, porque servirá de fio neutro e fechará o circuito no seu próprio corpo.

Por que em algumas residências as lâmpadas acesas passam a brilhar menos quando um ferro elétrico ou um aquecedor são ligados?

Apesar de as ligações numa residência serem independentes, o brilho das lâmpadas é menor ao ligarmos aparelhos de alta potência porque a resistência elétrica dos fios de ligação consome parte da tensão do circuito. Vamos analisar o que acontece numa instalação com fiação de cobre com 2,5 mm2 de área da secção transversal, 25 m de comprimento e resistividade 1,7 x 10-8 Ω.m. Fazendo os cálculos, descobre-se que a resistência elétrica dessa fiação é de 0,17Ω. Se a corrente elétrica nessa fiação for de 0,5 A, a tensão será de 0,085 V. Assim, os aparelhos que estiverem funcionando estarão submetidos à tensão 109,915 V (110 V - 0,085 V), uma vez que podemos considerar aparelhos e fiação associados em série. Neste caso, a tensão nos aparelhos não sofre alterações significativas, porque está muito próxima de 110 V.

E que acontecerá se um aquecedor de alta potência for ligado à tomada?

Se a corrente elétrica na fiação for 10 A, a tensão será de 1,7 V e a tensão nos aparelhos, de 108,3 V. Note que, à medida que a corrente no circuito aumenta, a tensão nos aparelhos diminui o que explica a diminuição do brilho da lâmpada. Isso também ocorre quando a máquina de lavar ou o motor do compressor da geladeira estão funcionando. Nesses casos, além da perda de brilho nas lâmpadas, a tensão nos outros aparelhos do circuito passa a ser menor que 110 V.

QUESTÕES

1. Por que os cabos de alta tensão devem ser grossos? 2. Qual é a tensão de pico para o valor eficaz de tensão alternada 220 V?3. Por que, numa residência, existem várias chaves ou disjuntores?

4. Suponha que numa residência exista um circuito em que estão associados em paralelo e submetidos à tensão eficaz de 110 V os seguintes aparelhos: duas lâmpadas de 150 W, quatro de 100 W, cinco de 60 W, três de 40 W, duas de 5 W, uma geladeira de 450 W, um rádio de 50 W, um televisor de 200 W e na máquina de lavar de 880 W.

a) Qual é a fiação adequada para esse circuito?b) Se houver fusíveis que suportem correntes elétricas máximas de 10 A, 20 A e 30 A, qual deverá ser usado nessa instalação?Observação: Para maior segurança, acrescente 25% do resultado obtido ao Jr final da corrente elétrica.

5. Faça um circuito mostrando como você instalaria uma lâmpada de 220 V. Você tem como evitar um choque elétrico ao tocar no soquete numa instalação de 220 V?

6. Numa residência foram utilizados dois benjamins para ligar cinco aparelhos elétricos. Colocando-os para funcionar ao

mesmo tempo, o fusível da instalação "queimou". Explique o que provocou a "queima".