Flash News
No posts found

Eletricidade e Sonorização – Parte 3 – 110V ou 220V?

Já conhecemos uma das Leis de Ohm:

Potência (Watts) = Amperagem x Voltagem

Agora, vamos conhecer o “Efeito Joule”. Toda corrente elétrica passando por meio de um condutor* (o fio), sofre perdas de energia (na forma de calor). Quanto maior a distância e/ou menor a bitola do fio, maiores as perdas serão.

* uma dos campos de maior pesquisa e investimento no mundo todo são os supercondutores, materiais que conduzem corrente elétrica com um mínimo de perda.

Em eletricidade, essa é sempre uma questão preocupante. Se usarmos fios finos demais, haverá muita energia perdida, o fio vai esquentar, e se esquentar demais o isolante de borracha/PVC vai derreter, e se derreter teremos um belo curto-circuito, e um curto-circuito pode gerar um incêndio. Já fios grandes demais podem fazer com que desperdicemos grande parcela da  corrente elétrica pelo caminho. 

Em sonorização, é a mesma coisa. É por isso que uma das regras da sonorização é usar os cabos de bitola o maior possível, e fios de menor comprimento possível, exatamente para evitar perdas. É por isso que existem inúmeras tabelas de dimensionamento de cabos de ligação entre amplificadores e caixas acústicas, como as existentes no documento já citado no artigo anterior. Tudo isso para minimizar perdas.

Mas voltando ao assunto 110V ou 220V, vamos direto à fonte da energia, vamos até uma usina hidrelétrica. A energia que uso na minha casa é produzida em um usina situada há centenas, milhares de quilômetros de distância. Como fazer para transportar uma enorme quantidade de energia (uma grande potência, centenas de KiloWatts ou mesmo alguns MegaWatts) por uma grande distância?

Uma solução seria usar fios de bitola grande. Algo como “alguns metros” de bitola. Infelizmente, impraticável, não só pelo custo quanto pela dificuldade de manejo de um fio dessa bitola.

Outra solução seria usar metais mais nobres, com menos perdas. Ouro e prata são condutores melhores que o cobre. Além do custo proibitivo, os ladrões adorariam essa idéia.

Então, a solução é aplicar a lei de Ohm. Para uma mesma potência, quanto maior for a Voltagem, menor será a corrente elétrica (a Amperagem, a quantidade de elétrons percorrendo o fio). Menos elétrons percorrendo o fio significa menos chance de um deles esbarrar no núcleo do átomo, menos perdas.

As usinas costumam entregar a sua energia em até 750.000 Volts (isso mesmo, 750 mil Volts, o suficiente para “vaporizar” qualquer um que encoste nele). Nessas condições, uma corrente de 5A (que pode passar tranqüilamente por um fio de 1 mm²) significa:

Potência = V x A = 750.000 x 5A = 3.750.000 Watts = 3,75MW

O suficiente para abastecer uma grande cidade.

Essa é a tensão que encontramos naquelas enormes torres de transmissão que vemos ao longo das estradas, atravessando todo um Estado.

Ao chegar nas cidades, essa enorme quantidade de energia é direcionada para as subestações, onde elas são reduzidas para “apenas” 13000 Volts por grandes transformadores, e distribuídas por grandes “ramais”, cada ramal abastecendo uma determinada região da cidade (bairros). Essa é energia que podemos encontrar nos fios mais altos de um poste, em geral os fios que ficam na horizontal. A tensão continua alta para a corrente elétrica ser levada por quilômetros de fios dentro das cidades.

Essa energia, em 13 KVolts, alimenta os transformadores, que estão espalhados por toda a cidade. Estes transformadores reduzem as tensões para valores mais “normais”, algo como 110V e/ou 220V, e é esta a energia que utilizamos no nosso dia-a-dia.

Aliás, se pararmos para observar um poste, veremos que é assim. Na maioria dos casos, veremos uma linha de alta tensão com três cabos elétricos, na parte superior, na horizontal. São as chamadas fases R, S e T. A tensão entre uma fase e outra 13kV. Esse circuito não possui neutro, pois o tipo de ligação é chamado “Delta”. Mais a frente entenderemos essas ligações através de ilustrações.

Já mais embaixo no poste, veremos quatro cabos paralelos na vertical. Geralmente de cima para baixo, é o Neutro, Fase 1, Fase 2 e Fase 3. A tensão entre uma fase e outra é  geralmente de 220V, e a tensão entre fase e neutro é 127V. Só que esses valores podem variar de acordo com a cidade e a concessionária. A figura do “Neutro” existe pois este circuito está na configuração “Estrela”.

Porque a tensão entre uma fase e outra fase não seria 254V (o dobro de 127V)? Ou porque a tensão fase-neutro não seria 110V (metade de 220V)?

Falamos nas configurações “Delta” e “Estrela”? É essa configuração que vai determinar esses níveis de tensão. Observe a ilustração abaixo:

No circuito em vermelho temos a ligação da parte primária do transformador, que recebe os 13.000V das fases de alta tensão. O circuito azul é a parte secundária, que nos disponibiliza tensão de 127V e 220V. Estes valores são assim pois existe uma fórmula que diz que as tensões de linha (por exemplo, se você medir entre F1 e F3) será igual a tensão de fase (por exemplo, entre F2 e o Neutro) vezes a raiz quadrada de 3 (que é aprox. 1,73). Experimente: multiplique 127 por 1,73 e teremos os 220V, ou divida 220 por 1,73 e teremos 127V.

Mas, e 110V? Esta tensão existe quanto você tem uma bobina e dela tira um circuito (um cabo elétrico) exatamente do meio dela. Existem transformadores onde entram dois cabos elétricos e saem três. O esquema elétrico básico é este:

Finalmente, chegamos às tomadas elétricas da nossa casa ou igreja, onde vamos ligar os nossos equipamentos. Mas porque  falamos 110V e 220V se o que encontramos nas tomadas é 127V e 230V? Ou ainda 115V e 208V? Ou mesmo 120V e 240V?

Na verdade, tudo depende das tensões utilizadas em todo esse trajeto e do tipo de transformadores instalados nas ruas pelas concessionárias. Podemos encontrar um dos seguintes conjuntos de tensão:

110V / 220V; 115V/ 230V; 120V/240V; 120V / 208V; 127V/ 220V. 

A escolha do tipo de tensão depende da vontade da concessionária, da distância da usina hidrelétrica, da tensão utilizada na rede de distribuição, vários fatores. A concessionária do meu Estado, por exemplo, padronizou tensão 127V/220V Ou seja, em todo o meu Estado, espera-se encontrar em qualquer tomada de energia as voltagens 127V e/ou 220V. Em outros Estados, outras concessionárias, os padrões podem ser outros. O Estado de São Paulo, que tem várias concessionárias de energia, pode apresentar padrões diferentes entre municípios.

 

Além disso, a voltagem encontrada em uma tomada varia de acordo com distância do local em  relação ao transformador da rede elétrica. A tensão nominal da minha cidade, por exemplo, é de 127V, mas a própria concessionária informa que poderá variar de 133V (muito próximo ao transformador) a até 116V (muito longe do transformador). A tensão cai a uma taxa de 1V a cada 50m, aproximadamente, de distância. A carga instalada (quantidade de equipamentos elétricos) na região também influencia no valor da tensão.

Nas cidades, as concessionárias colocam transformadores a cada espaço de  algumas centenas de metros, de forma que a tensão não caia muito além da tensão nominal. Mas na zona rural ou em cidades menores a situação pode ser bem complicada. Não raro, os 220V viram 190V, 180V…

Note que não há problemas em encontrar 110V, 115V, 120V ou 127V, assim como não há problemas em encontrar 208V ou 240V. Praticamente todos  os equipamentos do mundo são fabricados para suportar essa faixa de voltagens, de 110V a 127V e/ou de 208V a 240V. Na verdade, o mais comum é que eles vão além disso, suportando por exemplo de 105V a 132V, de 200V a 250V. Alguns fabricantes chegam a  fazer fontes que suportam trabalhar com qualquer tensão entre 90V e 250V.

Aliás, é bom citar a diferença do 110V “e” 220V para o 110V “ou” 220V. Quando um fabricante globalizado (que vende para o mundo inteiro) produz um aparelho, ele adequa a alimentação para a energia que encontrará no local onde o produto pretende ser comercializado. Por exemplo, existem equipamentos que aceitam uma única tensão. Aqui no Brasil, vemos às vezes os Behringer que são apenas 220V, feitos para o mercado europeu, onde 220V é a tensão mais comum. Já os equipamentos comprados por aqui mesmo em geral são 110V, que é a tensão mais comum em todo o país. Mas a maioria dos equipamentos possui uma chave seletora de tensão de trabalho, 110V ou 220V. São os chamados aparelhos bivolts. É sempre bom conferir as tensões de trabalho ANTES de comprar, para não ter uma “infeliz surpresa” depois.

E também é bom deixar um alerta: bons projetos suportam melhor grandes variações de voltagens. Maus projetos suportam menos variações. Por exemplo, existem amplificadores áudio que não funcionam quando a tensão cai abaixo de 205V, enquanto outros de melhor projeto costumam agüentar trabalhar com até 185V. Evidente que isso trará conseqüências (isso influenciará na potência deles),  mas pelo menos eles não desarmam e ficamos sem som.

As construções (casas, lojas, prédios) podem ser monofásicas, bifásicas ou trifásicas. Mono (1), bi (2) e tri (3) se referem à quantidade de fases (fios positivos – os que dão choque) que chegam à construção (e sempre um único fio neutro – o negativo). A maioria das residências e comércios são bifásicos, enquanto as indústrias geralmente são trifásicas, mas isso depende da carga e do tipo de equipamento instalado, e pode ser solicitado à concessionária converter um sistema para outro. Já sistemas monofásicos são mais comuns em residências muito antigas, casas de baixa renda ou na zona rural.

Qualquer local que seja bifásico ou trifásico 127V (ou 110V ou 115V ou 120V) pode também ter  tomadas 220V (ou 208V ou 230V ou 240V). Isso porque os aparelhos 220V podem funcionar em duas configurações:

Ou funcionam com Fase (220V), Neutro e Terra (F, N, T), como o encontrado nas cidades cuja tensão nominal é 220V, ou com F (127V), F (127V) , Terra (duas fases e o neutro/terra), nas cidades onde a tensão nominal é 110V. A figura acima mostra exatamente estas duas ligações.

É muito comum, em locais onde eventos que precisam de sonorização são constantes,   encontrarmos tomadas padrão 110V e outras padrão 220V. Há um motivo para isso, pois muitos sistemas de sonorização, principalmente os de altas potências, só funcionam em 220V.

Aqui, cabe mais um alerta. Um aparelho com tensão ajustada para 220V, quando ligado em 110V, “parece” funcionar, mas terá desempenho insuficiente. Já um aparelho ajustado em 110V, quando ligado em 220V, costuma soltar faíscas e fumaça, e depois o dono vai gastar um bom dinheiro no conserto. Ligações mistas (onde existem tomadas 110V e 220V) precisam ser sempre identificadas, muito bem identificadas (cada tomada acompanhada de uma placa indicativa da tensão), para evitar esse tipo de problema. Na dúvida, teste com o multímetro ANTES de conectar os aparelhos.

A maioria dos equipamentos de áudio, como mesas, consoles e periféricos, trabalham tanto com 110V ou 220V. Os amplificadores de baixa potência também, mas à medida que a potência (e o consumo elétrico) sobe, os amplificadores bivolts começam a ficar raros e só encontramos aparelhos 220V.

Grandes sistemas de sonorização geralmente tem amplificadores ligados em 220V, de forma a minimizar os gastos com cabos, disjuntores. Como já vimos, subindo a voltagem, estamos reduzindo a corrente elétrica, e os fios poderão ser mais finos, as tubulações menos grossas, etc.

Vamos agora voltar ao nosso exemplo, do nosso sistema de sonorização que precisa de um disjuntor de 50A e cabos de 10mm² (10mm² na fase e 10mm² no neutro). Isso para ligação em 110V. Para ligação em 220V, ou seja, onde temos duas fases, vamos utilizar cabos de 6mm² em cada uma das fases. Cabos menores, mais baratos, mais fáceis de manejar.

Para uma locadora de equipamentos de som, que carrega seus equipamentos de um lado a outro, imagine além do custo do cabo de AC de 10mm², também o peso (muito maior) e a dificuldade para trabalhar com o cabo (manobrar, enrolar, etc), sempre muito mais difícil que cabos de 6mm². Os profissionais preferem trabalhar com 220V.

Por isso tudo, e também pensando em reduzir os fios internos e simplificar os seus equipamentos, os amplificadores de alta potência acabam sendo fabricados apenas em 220V.

Sistemas em 220V só não são bons para quem toma choque! O choque é muito mais forte, causa mais danos à saúde. Para evitar isso, as locadoras fazem assim: eles montam todo o sistema de som primeiro (todo mesmo) e só por último, depois que tudo já está conectado e conferido, é que conectam os seus fios à rede elétrica. O AC é sempre o último a entrar em funcionamento, exatamente para evitar riscos de choques durante a montagem.

Para igrejas pequenas, onde as potência envolvidas não são grandes, talvez 110V – que é o mais comum de encontrar – seja o mais prático. Para grandes eventos, potências grandes, 220V traz vantagens. O mais importante é atentar para tal informação antes de se adquirir aparelhos, para evitar problemas depois. E também prestar atenção antes de ligar o aparelho na tomada. Aferir a voltagem antes é uma prática sempre bem vinda.

  1. Spurgeon:
    Oi Fernando,

    Muito bom o texto. É na verdade uma aula básica de sistemas de transmissão de energia elétrica. Gostaria de fazer a seguinte observação:

    [quote:21quj1h0]Isso quer dizer que, se fizermos 100 elétrons passarem por um fio, do outro lado sempre chegarão menos de 100. Quanto maior a distância ou menor a bitola do fio, maior a chance dos elétrons se chocarem com os núcleos, e maior as perdas serão.

    Em eletricidade, essa é sempre uma questão preocupante. Se usarmos fios finos demais, muitos elétrons se perderão, o fio vai esquentar, e se esquentar demais o isolante de borracha/PVC vai derreter, e se derreter teremos um belo curto-circuito, e um curto-circuito pode gerar um incêndio.[/quote:21quj1h0]

    Entendo que ninguém aqui precisa saber teoria dos materiais, mas quando dizemos que ocorrem perdas estas perdas é de energia unicamente.

    Os elétrons não são destruídos, eles não desaparecem, assim, se vc medir 100 elétrons em um lado do condutor, vai medir a mesma quantidade do outro lado, todavia com um conteúdo de energia diferente.

    Em Engenharia Elétrica existem práticas em laboratório que te permite medir estas perdas energéticas, afinal, transmitir com alta eficiência ainda é um gargalo para os engenheiros eletricistas, assim, eles estão sempre pesquisando o tema.

    No mais o texto esta muito bom. Ensina bastante coisa. Parabéns!

    Abraços,
  2. bersan:
    Spurgeon,

    texto corrigido. Inclusive mudei alguma coisa no início. Se puder corrigir novamente...

    Fernando.
  3. edlopessilva:
    É comum ouvir de alguns o seguinte: liga em 220V que o consumo diminui....... O chuveiro 220V gasta menos luz ..................

    Esses achismos populares...................

    Grande texto do Bersan, ajudando a elucidar as dúvidas dos operadores.
  4. bersan:
    Eduardo,

    [quote:317pwqsc]liga em 220V que o consumo diminui....... O chuveiro 220V gasta menos [/quote:317pwqsc]

    Na verdade, tem lógica.

    O que se cobra nas contas de energia é a corrente elétrica. E o valor da corrente elétrica é dado pela fase de maior consumo. O "relógio de luz" mara o consumo de energia pela fase que está gastando mais.

    Pela Lei de Ohm, quanto maior a voltagem, a corrente é menor.

    Um chuverio costuma ter 4.000 Watts de potência. Em 127V, isso dá uns 30A, em uma única fase. Em 220V, a amperagem cai para 18A, ou 9A por fase (já que para 220V precisaremos de 2 fases).

    Note as situações: em 127V, o relógio marcará os 30A (a fase de maior consumo). Em 220V, o relógio marcará apenas 9A (as duas fases tem consumo igual).

    Logo, tem uma tremenda lógica. É bem compen$ador.

    Mas porque 220V então não é adotado em larga escala? Entre outras coisas, por questão de padronização e também porque um choque de 220V é muito mais perigoso que um 110V.

    Um abraço,

    Fernando
  5. ls.bastos:
    Na verdade, Bersan, o "relógio" é um Wattímetro, ou seja, um Medidor de Potência Ativa.

    Em 220V a corrente cai, entetanto, a potencia consumida é a mesma. O que diminui são as perdas nos cabos.

    Curiosidade:

    Lembra quando falamos tanto em impedância dos alto falantes? Que é formada por uma parte resistiva mais uma reatância (indutiva ou capacita)?

    Isso acontece em alguns equipamentos, como motores elétricos, luz fluorescente (por causa do reator), liquidificadores, fontes de computador, etc...

    Esses equipamentos, quando em funcionamento, também possuem uma parte resistiva, e outra parte de reatância. Diferente de um chuveiro ou uma lâmpada incandescente, que são puramente resistivas.

    Nesse caso, nos equipamentos que citei, eles consomem dois tipos de potência:

    1. Potência ativa: potência útil que realiza trabalho, que é a potência consumida pela parte resistiva
    2. Potência reativa: potência que não realiza trabalho. É a energia necessária para manter o campo magnético de indutores ou campo elétrico de capacitores.

    Essas duas potências somadas (vetorialmente) dá a Potência Aparente, que é a potência TOTAL consumida pelo aparelho.

    Para o bem do nosso bolso, pelo menos aqui no Rio, a concessionária mede apenas "Potência Ativa".

    Se você pegar sua conta de luz, pelo menos a minha aqui da concessionária do Rio, a "Light", ela tem dois campos: "Energia Ativa", e "Energia Reativa".

    Mas para indústrias e afins, é cobrado a energia reativa.

    O valor da potência ativa pela potência aprente (total) é chamado Fator de Potência, que mostra a eficiência da sua Instalação.

    Por norma aqui no Rio esse valor tem que ser no mínimo 0,92. Ou seja, apenas 8% da energia gasta da sua instalação pode ser usada para energia reativa, para alimentar campos magnéticos de motores, etc.

    Abraços!
  6. ls.bastos:
    Outro comentário:

    No-breaks são dimensionados em VA (Volt-Ampère) e não em Watts (pelo menos a grande maioria).

    Isso significa que, um no-break de 1000VA, se você ligar um motor elétrico de 1.000W, o no-break trabalhará com sobre carga. Isso vale também para fontes de computadores, mesas de som, amplificadores, etc.

    Um motor elétrico de 1.000W com fator de potência 0,92, consumirá 1.086VA, ou seja, o no-break trabalhará com uma sobrecarga de 8,6%.

    Abraços.
  7. bersan:
    LS Bastos,

    o engenheiro que revisou os artigos também me disse que o consumo em 220V é mais baixo, e a conta é realmente menor.

    Ele mostrou no papel mais ou meno o seguinte. O relógio (wattímetro) mede pela amperagem da maior fase. Havendo 3 fases e podendo-se balancear melhor a carga entre elas 3, o consumo será menor. Por exemplo, um consumo total de 270 A de um local dividido por 3 fases dá 90 A por fase, e este será o consumo medido: 90A por hora. Se o sistema fosse bifásico (2 fases), teríamos um consumo de 135A por hora.

    Mas não é todo mundo que consegue um sistema trifásico. As concessionárias tem várias normas.

    Talvez não tenha ficado bem claro isso no artigo, ou talvez eu tenha simplificado demais.

    [quote:2gywauoi]No-breaks são dimensionados em VA (Volt-Ampère) e não em Watts (pelo menos a grande maioria). [/quote:2gywauoi]

    Acho que no 5º artigo da série está lá que os no-breaks são especificados em VA e que o fator de potência (a potência deles em Watts é Volts x Amperes x Fator de Potência) deles está ligado ao tipo de carga (resistiva ou reativa ou capacitiva). Então, antes de usar um no-break para áudio, é obrigatório consultar o fabricante, indicando o tipo de equipamentos que serão ligados, e a potência útil que o no-break (ou estabilizador) terá.

    Um abraço,

    Fernando
  8. Tiago A. Iunghans:
    Olá,
    Tenho visitado o site e sido abençoado pelo conteúdo disponibilizado.
    Vocês estão de parabéns, muito bom mesmo !!!

    Sugestão:
    ali onde diz: Potência (Watts) = Amperagem x Voltagem
    que fosse alterado para:
    Potência (Watts) = Corrente (Ampères) x Tensão (Volts)
    Pois pela Física temos:
    Corrente: fluxo de carga elétrica através da seção transversal de um condutor. Unidade no SI: Ampère.
    Tensão: direfença de potencial entre dois pontos. Unidade no SI: Volt

    Abraço,
    TIAGO
  9. cleclipse:
    Saudacoes! ola pessoal sempre pesquisei sites para um melhor entendimento para o termo "liga em 220v que paga menos" . Bom eu concordo com o Bersan pois menos corrente no condutor menor a possibilidade dele esquentar , sendo que nao ha perda excessiva de eletrecidade, por exemplo uma realidade aki em Belem-Para a maioria das casas so tem dois fios chamados de fio geral de onde dessem os fios pra tomadas.agora imaginem que nessa tomada ainda exista um benjamim onde uma geladeira e um ventilador sao ligados ao mesmo tempo , humm, nem precisa dizer o disperdicio. Vejo vcs daqui a pouko
  10. Deluna:
    seja bem vindo! :mrgreen:

Deixe seu comentário no fórum