A preocupação com a economia de energia elétrica é cada vez maior dados os seus custos e à própria disponibilidade. Os fabricantes já estão se adaptando aos novos tempos, atendendo as exigências dos consumidores, colocando de forma claro o consumo de seus aparelhos. No entanto, para os aparelhos antigos, ou mesmo para os modernos que possam estar com problemas, como saber se estão consumindo energia de uma forma satisfatória? Com o Wattímetro ou Medidor de Consumo de Eletrodomésticos que descrevemos neste artigo isso se torna simples.
O eletricista instalador, o reparador de eletrodomésticos ou mesmo o leitor que gosta de eletrônica e se preocupa com o que acontece em termos de consumo elétrico em sua casa, necessitam de um instrumento diferente: um wattímetro.
De fato, a potência elétrica exigida por um eletrodoméstico nos permite avaliar seu consumo, pois ele está diretamente ligado a esta potência e ao tempo que o equipamento é usado.
Muitos eletrodomésticos possuem a indicação direta de sua potência o que significa que seu consumo pode ser calculado com facilidade. No entanto, existem muitos dispositivos e mesmo eletrodomésticos que não possuem tal indicação, ou mesmo aqueles que, apresentando problemas podem passar a consumir mais energia do que deveriam.
O aparelho que descrevemos serve para medir a potência da maioria dos eletrodomésticos comuns e até ser intercalado numa tomada de prova numa bancada do reparador, conforme mostra a figura 2.
Eletrodomésticos com potências de até 500 watts na rede de 110V e o dobro na rede de 220V podem ser testados, com a medida da sua potência real.
Evidentemente, modificações podem ser feitas para se modificar a faixa de potências, conforme a aplicação.
Além da sua simplicidade de montagem, que o torna acessível mesmo aos leitores que sejam da área de eletrotécnica e que portanto não tenham muita experiência com a eletrônica, é a sua facilidade de uso.
CARACTERÍSTICAS
* Tensão de operação: 110/220 VCA
* Potência máxima medida: 500W (110V) ou 1 000W (220V)
* Tensão de alimentação: não necessita - a própria da rede
COMO FUNCIONA
Um microamperímetro, como o que normalmente é usado em instrumentos de provas eletrônicos ou mesmo como VU de amplificadores, é sensível demais para ser usado com as potências e tensões exigidas pelos eletrodomésticos.
Por outro lado, circuitos redutores diretos que usam diodos têm o inconveniente se precisarem de certa tensão para conduzir introduzindo assim uma distorção na escala.
De fato, se ligarmos um diodo comum para obter o acionamento de tais instrumentos, ele tem uma curva como a mostrada na figura 3, começando a conduzir com 0,6 V o que altera a linearidade de uma escala.
Uma maneira de se contornar a não linearidade da característica de um diodo, e que ao mesmo tempo isola o circuito indicador da rede da energia, é empregar um transformador invertido para o acionamento do circuito.
O que se faz é ligar em série com o eletrodoméstico, do qual desejamos saber a potência, o enrolamento de baixa tensão de um transformador, conforme mostra a figura 4.
A baixa resistência apresentada por este enrolamento praticamente não afeta a tensão aplicada ao eletrodoméstico em prova que poderá funcionar de maneira perfeitamente normal.
No entanto, aparece em consequência da corrente de primário, uma tensão no secundário de alta tensão (V1) que pode ser usada para acionar o sistema de medição.
Como esta tensão é alta, a colocação de um diodo comum de silício, não afeta a linearidade da indicação, pois o circuito não operará na região não linear.
O que precisamos neste caso é somente oferecer uma carga razoável para a corrente retificada por este diodo, no sentido de que ela não ultrapasse os limites admitidos pelo instrumento. Isso pode ser feito por meio de um resistor de carga, no caso R2.
Usamos como indicador deste circuito um microamperímetro com aproximadamente 200 uA de fundo de escala. Dizemos aproximadamente, pois microamperímetros de 50 uA a 400 uA podem ser empregados, bastando ajustar o trimpot para termos a deflexão de acordo com a faixa de potência que queremos medir.
A limitação principal quanto à potência a ser medida está na capacidade de corrente do fio do enrolamento de baixa tensão do transformador usado.
Para um enrolamento de 3A, a potência máxima indicada será de 600 watts na rede de 110V, e este é o valor que indicamos na lista de material. No entanto, podemos usar até mesmo um transformador menor, com 2A, bastando para isso, não deixar o aparelho ligado por muito tempo de modo a não haver aquecimento.
A finalidade do capacitor C1 no circuito é evitar as vibrações da agulha na indicação, pois o instrumento estaria trabalhando com uma corrente contínua pulsante, sem isso.
MONTAGEM
Começamos por dar o diagrama completo do wattímetro na figura 5.
A disposição dos componentes numa pequena placa de circuito impresso é mostrada na figura 6.
Na verdade, como são usados poucos componentes e suas ligações não são críticas dada as baixas correntes e baixas frequências envolvidas, pode-se até fazer uma montagem "pendurada" conforme mostra a figura 7, soldando-se os componentes de modo que os fixos segurem os demais.
O transformador usado tem enrolamento primário de 110V (independente da tensão da rede em que o aparelho vai operar) e secundário de 5 ou 6V com corrente de 2,5 ou 3A para a faixa original de potências.
Os resistores são de 1/8W com 5% ou mais de tolerância e o medidor é um microamperímetro de 50 uA a 300 uA, podendo ser empregado um instrumento do tipo VU-meter, como os encontrados nos aparelhos de som.
Uma nova escala deve ser feita para o instrumento, conforme a escala de potências. Uma sugestão de escala é mostrada na figura 8.
O capacitor C1 deve ter uma tensão de trabalho de pelo menos 25V e o fusível de proteção pode ser de 5 ou 10A. O fusível de ser instalado em suporte apropriado.
X1 é uma tomada de embutir que será montada na própria caixa em que ficará o aparelho. Uma caixa plástica ou de madeira serve perfeitamente para alojar o aparelho que terá então a aparência da figura 9.
PROVA E USO
Para provar, basta ligar o aparelho à rede de energia e o eletrodoméstico na tomada do medidor, conforme mostra a figura 10.
A agulha deve deflexionar de acordo com a potência consumida pelo eletrodoméstico. Para ajuste de escala, sugerimos utilizar uma lâmpada incandescente de 100 a 200 watts. Ligando-a a saída do instrumento, basta ajustar P1 para que a deflexão da agulha seja a correspondente à potência da lâmpada.
Para usar, basta conectar o eletrodoméstico na tomada. e acioná-lo.
Damos a seguir uma tabela com o consumo dos eletrodomésticos mais comuns, apenas observando que, dependendo do tipo e tamanho podem ocorrer sensíveis variações dentro das faixas especificadas.
(*) Na verdade, em lugar destes aparelhos terem as potências indicadas em termos de watts (W) é preferível falar em VA (Volts x Ampères) já que eles são formados por cargas tipicamente indutivas. Isso significa que os valores são de potências aparentes, porque neles a tensão e a corrente não estão em fase.
(**) Também é interessante observar que os eletrodomésticos e eletrônicos atuais possuem selos que atestam o seu grau de consumo, dentro dos padrões que visam maior economia de energia.
O QUE É A POTÊNCIA
A potência de um eletrodoméstico não nos indica apenas a "força" que ele pode fazer, a "quantidade" de luz ou calor que ele pode gerar ou ainda o "volume" sonoro, no caso de um amplificador.
Como na natureza nada se cria, nada se perde, o que um eletrodoméstico fornece em termos de potência, ele consome e você paga por isso.
Numericamente, a potência "consumida" por um aparelho equivale a quantidade de energia que ele recebe pela rede de alimentação em cada segundo. A energia é medida em Joules (J) e o tempo em segundos (s). Assim, a potência é medida em Joules por segundo, havendo para isso uma unidade própria que é denominada watt (W).
Nem toda potência que um eletrodoméstico recebe da rede de energia ele fornece em forma de alguma coisa que podemos aproveitar (luz, no caso de uma lâmpada, ou força, no caso de um motor). Sempre existem perdas.
Uma lâmpada comum, por exemplo, converte em luz apenas 25% da energia que ela gasta. Assim, se a potência de uma lâmpada incandescente é 100W, essa lâmpada "fornece" apenas 25% de luz. Uma lâmpada de maior rendimento, como uma fluorescente, é mais econômica por este motivo: ela pode fornecer mais luz "gastando" menos energia.
Na nossa conta de luz pagamos então pelos milhares de watts hora que consumimos, ou seja, pelo potência consumida multiplicada pelo tempo em que isso ocorre.
Por exemplo, se uma lâmpada de 100 watts ficar acesa por 5 horas, ela "consome" 5 x 100 = 500 Wh (watts-hora) ou 0,5 kWh.
Somando as potências dos aparelhos que você tem em casa multiplicadas pelo tempo que você usa cada um você pode calcular o seu consumo de energia.
POTÊNCIA REAL E POTÊNCIA APARENTE
Na nossa lista de consumos de eletrodomésticos, colocamos em alguns a indicação (*), explicando posteriormente que se tratavam de consumos em VA (Volts x Ampères) e não em watts (W).
Qual é a diferença se aprendemos nos nossos cursos de eletricidade que Watts = Volts x Ampères (P = V x I)?
A diferença está no fato de que, em aparelhos com características puramente resistivas, como aquecedores, lâmpadas, ferros de passar, chuveiro, a tensão e a corrente estão em fase, ou seja, a corrente aumenta quando a tensão aumenta, conforme mostra a figura 11.
No entanto, em aparelhos indutivos ou capacitivos como os que fazem uso de motores, indutores e outros componentes, a corrente não está em fase com a tensão, o que quer dizer que o produto tensão x corrente resulta num valor diferente daquele que seria obtido em média para um aparelho resistivo. Assim, na realidade, os aparelhos indutivos e capacitivos, operam com correntes médias menores que os equivalentes resistivos para a mesma potência.