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