Fórmulas de Cálculo de Queda de Tensão Explicadas

Fundamentos: Lei de Ohm

Todos os cálculos de queda de tensão são baseados na Lei de Ohm, uma das relações mais fundamentais em engenharia elétrica. Descoberta por Georg Ohm em 1827, esta lei estabelece uma relação direta entre tensão, corrente e resistência em um circuito. Compreender esta base é crucial antes de mergulhar nas fórmulas mais complexas de queda de tensão usadas no projeto elétrico profissional.

No contexto da queda de tensão, aplicamos esta lei ao próprio condutor. O condutor atua como um resistor (embora muito pequeno), e a corrente que flui através dele cria uma queda de tensão ao longo de seu comprimento. É por isso que podemos calcular a queda de tensão multiplicando a corrente pela resistência total do condutor.

Fórmula de Queda de Tensão Monofásica e CC

Para circuitos CA monofásicos e circuitos CC, a fórmula de queda de tensão considera que a corrente flui tanto pelo condutor de ida quanto pelo de retorno. É por isso que multiplicamos por 2 — o comprimento total do circuito inclui dois condutores.

O fator 2 representa o caminho de ida e volta da corrente. A corrente flui da fonte através de um condutor até a carga e depois retorna através de outro condutor. Ambos os condutores contribuem para a queda de tensão total. Dividir por 1000 converte as unidades de resistência de ohms por 1000 pés para corresponder ao nosso comprimento em pés.

Fórmula de Queda de Tensão Trifásica

Os sistemas trifásicos usam um multiplicador diferente devido à relação de fase de 120° entre os condutores. Em vez de multiplicar por 2, usamos √3 (aproximadamente 1.732). Este fator leva em conta as relações vetoriais entre fases em um sistema trifásico equilibrado.

Em um sistema trifásico equilibrado, as correntes nos três condutores são iguais em magnitude, mas defasadas em 120°. O fator √3 vem da soma vetorial de tensões na configuração trifásica. Para cálculos de tensão linha a linha, este fator leva em conta corretamente a relação entre quantidades de fase e de linha.

Queda de Tensão Percentual

Embora a queda de tensão absoluta em volts seja útil, a queda de tensão percentual fornece uma forma padronizada de avaliar o desempenho do circuito independentemente da tensão do sistema. As recomendações do NEC são expressas em percentagens, tornando esta a forma mais prática de verificação de conformidade.

Uma queda de 3% a 120V equivale a 3.6 volts, enquanto 3% a 480V equivale a 14.4 volts. A expressão percentual permite comparações diretas e verificação de conformidade independentemente dos níveis de tensão envolvidos.

Valores de Resistência: NEC Capítulo 9, Tabela 8

Os valores de resistência do condutor usados nos cálculos de queda de tensão são retirados do NEC Capítulo 9, Tabela 8. Esta tabela fornece valores de resistência CC para condutores de cobre e alumínio a 75°C. Para a maioria dos cálculos práticos de queda de tensão usando fórmulas simplificadas, estes valores de resistência CC fornecem precisão aceitável.

Estes valores representam a resistência CC. Para circuitos CA, especialmente com condutores grandes ou altas frequências, a resistência efetiva pode ser ligeiramente maior devido ao efeito pelicular e ao efeito de proximidade. No entanto, para circuitos de distribuição típicos abaixo de 600V, estes efeitos são mínimos e os valores do Capítulo 9, Tabela 8 fornecem precisão de projeto adequada.

Fatores de Correção de Temperatura

A resistência do condutor varia com a temperatura. Os valores da Tabela 8 do NEC são dados a 75°C, mas se a temperatura de operação real diferir significativamente, pode ser necessária uma correção. Para o cobre, a resistência aumenta aproximadamente 0.393% para cada 1°C de aumento de temperatura.

Para ambientes de temperatura extrema (sótãos quentes, instalação externa em climas frios, etc.), a correção de temperatura torna os cálculos de queda de tensão mais precisos. Para instalações internas padrão, o valor de 75°C fornece precisão suficiente.

Considerações Avançadas: Resistência e Reatância CA

Para cálculos mais precisos de queda de tensão CA, tanto a reatância quanto a resistência dos condutores devem ser consideradas. A reatância surge da indutância e torna-se significativa para condutores grandes ou circuitos longos.

Esta fórmula leva em conta o ângulo de fase entre corrente e tensão. Quando o fator de potência está próximo de 1.0 (cargas puramente resistivas), a fórmula simplificada fornece precisão suficiente. Para cargas de motores grandes com fator de potência baixo, comuns em equipamentos industriais, o termo de reatância melhora a precisão do cálculo.

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