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Determinando o Consumo dos PCs (*) (ART1828)

Ao comprar um estabilizador de tensão ou uma nova fonte de alimentação é muito importante saber calcular o consumo do aparelho em que estes dispositivos serão usados. Uma fonte ou estabilizador “subdimensionados" não funcionam bem, podendo afetar os aparelhos alimentados, e mais que isso: sofrem sobrecargas que acabam por danificar a si próprios.

 

(*) Este artigo é de 1999, mas os conceitos abordados ainda são válidos em muitos casos, modificando-se apenas as tecnologias usadas, por exemplo, no caso dos monitores.

 

Quanto consome um computador ou um periférico é algo que todo o usuário deve saber, principalmente quando precisa comprar um estabilizador de tensão, um transformador, no-brake ou ainda dimensionar uma fonte.

Esse conhecimento também é fundamental para os integradores que precisam saber que fonte devem usar de acordo com os elementos que utilizarão na composição de um sistema.

No entanto, o que poucos conhecem e que vamos procurar explicar neste artigo, é que existe uma diferença entre a potência real e a potência aparente desses aparelhos, o que leva a confusões relacionadas à interpretação das especificações dos aparelhos.

Essas confusões são perigosas, pois um engano no dimensionamento de um estabilizador ou de uma fonte pode levar a problemas muito sérios de funcionamento, inclusive à queima do próprio dispositivo que deve fornecerá energia.

 

FATOR DE POTÊNCIA

A potência elétrica consumida por um equipamento elétrico ou eletrônico é normalmente expressa em watts (W).

Esse consumo está relacionado com a potência que tais aparelhos também podem fornecer na forma de algum tipo de efeito.

Uma lâmpada comum, por exemplo, tem potências na faixa de 5 a 300 W e parte da energia consumida se converte em luz.

A potência consumida nada mais é do que a quantidade de energia que o aparelho exige da rede de energia ou de outra fonte em cada segundo.

Para um aparelho alimentado que contenha somente resistências puras que convertam a energia em calor, ou seja, para uma carga resistiva, a potência é dada pelo produto da tensão pela corrente em cada instante.

Assim, multiplicando a tensão média pela corrente média temos a potência (também média) que nos permite calcular o gasto de energia do dispositivo.

Todavia, para o caso dos computadores e de muitos outros aparelhos eletrônicos ou eletrodomésticos que não são formados exclusivamente por resistores, a "coisa" não é tão simples.

O que acontece é que a tensão disponível numa tomada de energia é

senoidal numa frequência de 60 Hz, conforme mostra a figura 1.

 

 

   Figura 1 – A tensão senoidal da rede de energia
Figura 1 – A tensão senoidal da rede de energia

 

 

Isso significa que a corrente numa carga resistiva pura (uma lâmpada, por exemplo, acompanha as variações da tensão: quando a tensão aumenta nos semiciclos, a corrente também, na mesma proporção e com a mesma forma de onda.

Corrente e tensão numa carga resistiva pura, colocadas num mesmo gráfico estariam no mesmo compasso" ou na mesma “fase", veja a figura 2.

 

 

   Figura 2 – Corrente e tensão em fase
Figura 2 – Corrente e tensão em fase

 

 

Ora, nos circuitos eletrônicos como os dos computadores, que possuem

elementos indutivos e capacitivos com efeitos combinados, a corrente não

varia acompanhando a tensão.

O que pode acontecer nesses aparelhos é que quando a tensão está aumentando de valor num semiciclo, a corrente ainda não está no mesmo ponto, ou seja, está “atrasada” em relação a esta tensão, conforme o gráfico dado na figura 3.

 

 

Fig. 3 - Corrente
Fig. 3 - Corrente "atrasada" em relação à tensão.

 

 

Existem aparelhos em que o efeito é contrário, e a corrente pode estar adiantada” em relação à tensão, conforme verifique ilustração na figura 4.

 

 

Figura 4 – Corrente adiantada em relação à tensão
Figura 4 – Corrente adiantada em relação à tensão

 

 

Nos dois casos, dizemos que a tensão e a corrente não se encontram em fase, mas sim defasadas de um certo valor.

De qualquer maneira, se vamos determinar a potência que estes aparelhos consomem com base na corrente e na tensão, o simples produto dessas grandezas em cada instante não leva a um resultado exato.

Em outras palavras, volts x ampères não resultam em watts reais!

Para saber como calcular a potência consumida ou que deve ser entregue a um aparelho que se comporta dessa maneira, precisamos em primeiro lugar saber como medir a defasagem entre a corrente e a tensão.

 

ÂNGULO DE FASE E FATOR DE POTENCIA

O valor em um determinado instante de uma tensão ou corrente senoidal é dado pela sua amplitude (volts ou ampères conforme o caso), e pelo ponto a partir do início do ciclo em que ele é medido.

Esse ponto é dado por um ângulo.

Assim, o ciclo inteiro tem 360 graus, o que significa que esse ângulo pode ter valores entre 0 e 360 graus.

Isso se deve ao fato de que associamos a senóide (como função trigonométrica) ao movimento de um ponto em um círculo, conforme mostra a figura 5.

 

 

Figura 5 – Obtendo uma senóide a partir de um movimento circular
Figura 5 – Obtendo uma senóide a partir de um movimento circular

 

 

Para medir a fase de um sinal, usamos justamente ângulos, e o mesmo corre para a diferença de fase entre dois sinais tais como uma corrente e uma tensão, por exemplo.

Na figura 6 temos o caso em que a corrente e a tensão estão defasadas de 45 graus.

 

   Figura 6 – Corrente e tensão defasadas de 45 graus
Figura 6 – Corrente e tensão defasadas de 45 graus

 

 

Acontece na prática que, se num aparelho, uma corrente e uma tensão estiverem em fase, o produto de seus valores permitirá calcular diretamente o consumo de energia do aparelho.

No entanto, à medida que ocorre uma defasagem, esse produto não mais corresponde a uma potência real, mas sim a uma potência aparente, e essa potência pode cair a zero quando a corrente e a tensão estiverem defasados de 90 graus.

Isso significa que, para aparelhos em que a corrente não esteja em fase com a tensão, a potência em watts que seria real, não é a mesma aparente que seria calculada pelo produto dos Volts pelos Ampères, ou seja, em VA.

A diferença pode ser calculada levando-se em conta um fator que é dado pelo cosseno do ângulo de defasagem entre a corrente e a tensão.

Esse cosseno do ângulo (cos(φ) pode então variar de 0 a 1), e é denominado “fator de potência".

A fórmula seguinte relaciona o fator de potência com a potência em watts (real) e a potência em VA (aparente).

Potência em VA = Potência em W/Fator de potência

 

NA PRÁTICA

Mas, como influi isso na prática, na escolha de uma fonte para um computador, por exemplo?

Se considerarmos que os circuitos e dispositivos alimentados pelo PC não são resistivos, o dimensionamento de uma fonte ou a escolha de um estabilizador ou no-brake deve, obrigatoriamente, levar em conta o fator de potência (que varia conforme o caso).

Assim, um computador que tenha uma potência real de 200 W, mas que apresente um fator de potência de 0,5, precisa de um estabilizador com pelo menos 400 VA. Mas, não é somente o fator de potência que influi na escolha das fontes e estabilizadores.

Um estabilizador ou uma fonte não apresentam um rendimento de 100% na conversão de energia, mas menor.

Dessa forma, o rendimento também deve ser considerado, o que nos leva a dar uma margem de segurança na escolha de qualquer um desses dispositivos.

Uma margem de segurança de 2 a 2,5 vezes é mais do que suficiente para se garantir um bom desempenho para os aparelhos alimentados, supondo que seus fatores de potência sejam da ordem de 0,5.

Para fatores maiores, é admitida uma margem menor, de 1,2 a 1,5.

Para que o leitor tenha uma idéia da ordem de grandeza do consumo do computador e alguns periféricos, com as margens de segurança para as indicações em VA, damos uma tabela (1):

 

Obs.: Essa tabela é de 1999. Os computadores e periféricos mais modernos tem potências diferentes.
Obs.: Essa tabela é de 1999. Os computadores e periféricos mais modernos tem potências diferentes.

 

 

Exemplo: um sistema é formado por um computador de 250 W, um monitor de 40 W e uma impressora de 600 W. Que estabilizador usar para os três?

A soma das potências em watts é 890 W, o que, levando em conta os equivalentes em VA, nos dá aproximadamente 1800 VA.

Um estabilizador de 2 000 VA ou 2 kVA deve ser usado.

 

Obs.: a) 2 kVA é o mesmo que 2 quiIovolts-ampère onde quilo = 1 000 (k).

 

b) Observe que uma grande consumidora de energia é a impressora LASER.

Sem ela, o estabilizador poderia ter a metade da potência calcuIada.

 

c) Uma saída para o caso de equipamentos menos sensíveis, ou que sejam usados separadamente como a impressora Laser, seria a utilização de um estabilizador separado.

 

Obs: A margem de segurança dada no cálculo como exemplo leva em conta um fator de potência de 0,5 e rendimento acima de 90%.

 

No entanto, se o leitor tiver informações mais exatas sobre o fator de potência (que pode ser maior) e rendimento do dispositivo, os valores podem cair muito possibilitando fontes ou estabilizadores mais econômicos. Os valores indicados devem ser usados na falta de informações exatas sobre os dispositivos alimentados.

 

 

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