INVESTIGANDO O PADRÃO DE ENTRADA DE ENERGIA ELÉTRICA EM UMA RESIDÊNCIA
COMUM (MODELO DA ELETROPAULO)
Resumo
Esta investigação é motivada pela
relação pratico- teórico dos assuntos estudados no curso de eletricidade e
circuitos elétricos (ECE), visando assim, a aplicação e contextualização dos
conceitos estudados em sala de aula. Também serve como uma forma de encarar
alguns desafios encontrados em diferentes escolas, pois, algumas não possuem
laboratórios de física, impossibilitando assim do aluno associar a teoria com a
prática, tornando o assunto abstrato e desmotivador.
DA INVESTIGAÇÃO
Em um primeiro momento deste
trabalho, serão identificados somente os componentes e os caminhos que
percorrem os cabos elétricos da nossa casa, desde o momento em que eles
atravessam a linha que cruza nossa casa com a rua, até o momento em que eles estão prontos para entrarem "dentro" da residencia e serem distribuídos pelos diversos circuitos elétricos!
Em um segundo momento, será
realizado um esquema com todas as informações contidas na parte anterior, onde possa
ser possível olhar todas as informações como um todo.
Na terceira parte, estará
esboçado o esquema fornecido pela Eletropaulo, onde iremos comparar com o
modelo observado na fotos.
A parte final trata da
investigação teórica da questão do "porque inserir uma haste de aterramento a um
dos cabos de entrada de energia, o azul (neutro)".
Tentaremos ao final responder
qual a causa e a finalidade desta conexão do cabo neutro com a haste terra.
A resposta é surpreendente, e
revela como é feito este potencial neutro, que a Eletropaulo envia às nossas
casas.
PARTE 1 (COMPONENTES E CAMINHOS DOS CABOS DE ELETRICIDADE)
A primeira investigação será
observar como a energia chega a nossas residências.
Vemos na foto 1, que a energia
chega através de 3 condutores (fios ou cabos), que possuem cores distintas:
2 fios são pretos;
1 fio é azul;
foto 1
Logo após, este fio segue por uma
tubulação, e terá como destino a caixa onde fica o medidor de energia. A saída dos condutores dentro da caixa de
energia é registrado na foto 2, onde é possível verificar exatamente os 2 fios
pretos e 1 fio azul, os mesmos da foto 1:
foto 2
Esta caixa possui dois
compartimentos:
1º compartimento (superior), onde
fica o medidor da Eletropaulo.
2º compartimento (inferior), onde
fica o disjuntor geral (chave geral).
Na foto 3, verificamos que destes
3 condutores que chegam (2 pretos + 1 azul), dois deles (pretos) vão para o
compartimento superior, onde fica o medidor, e o fio restante (azul) vai para o
compartimento inferior, onde fica a chave geral. Observe:
foto 3
Na foto 3, também podemos
identificar mais dois fios pretos, que estão descendo por um buraco, para o
compartimento inferior (chave geral).
A foto seguinte vai nos mostrar
que os fios pretos que estão subindo estão conectados ao medidor, e os fios que
descem também estão conectados no medidor. Assim sendo, podemos inferir que os
2 fios pretos que chegam da rua entram no relógio, e logo após, saem do
relógio, indo para o compartimento inferior onde esta a chave geral ou
disjuntores. Observe que não existe cabo azul entrando no medidor, logo, o cabo
azul vindo da Eletropaulo não passa pelo medidor!!!
foto 4
Então, o compartimento superior é
formado por:
1 medidor de luz
2 fios de entrada (2 pretos),
vindos diretamente do poste
2 fios de saída (2 pretos), indo
para o compartimento inferior.
No compartimento inferior,
verificamos que os dois fios pretos entram na chave geral (disjuntor), de onde
saem mais dois fios pretos:
foto 5
foto 6
Antes de identificarmos para onde
os fios que saem do disjuntor geral vão, vamos agora percorrer o caminho feito
pelo fio azul, aquele que logo de inicio foi para o compartimento inferior (sem
passar pelo medidor de luz).
Logo após ele entrar no
compartimento inferior, ele é fixado a um parafuso, mantendo contato com mais
dois fios (um verde, e outro azul). Observe com atenção a foto 7:
foto 7
Logo após esta conexão, é
verificado que o fio azul se junta aos pretos que saíram da chave geral, e
entram em uma tubulação, onde seguirão para outra caixa, localizada geralmente
dentro da residência, que não iremos tratar neste trabalho.
Observe na foto seguinte a
representação da frase anterior:
foto 8
O foco de nossa investigação é
tentar descobrir o motivo da conexão do fio verde ao fio azul.
Podemos notar na foto 7 que o fio verde entra na caixa de luz através de uma
tubulação amarela.
Esta tubulação amarela está
conectada a outra caixa, que é chamada de caixa de inspeção de aterramento,
localizada no chão, logo abaixo da caixa de luz. Observe na foto seguinte a
localização desta caixa de inspeção, junto com a outra ponta da tubulação
amarela e a presença do fio verde:
foto 9
Vemos também que o fio verde está
conectado a uma peça. Esta peça é chamada de haste de aterramento, que nada
mais é que uma haste de cobre (metal condutor de eletricidade), que esta
fincada na terra.
Esta haste tem o comprimento de
2,40m.
Não foi possível a retirada desta
haste para mostra-la, pois eu já havia a colocado a cerca de 30 dias e já
estava muito presa à terra, correndo o risco de danifica-la se eu forçasse.
Porém, a próxima foto mostra a
ponta dela, desconectada do cabo verde:
foto 10
PARTE 2 (AGRUPANDO OS DADOS)
Agora que já temos descritos e
fotografados todos os elementos da entrada de energia na caixa de luz (caixa do
medidor), podemos fazer um esquema, que represente todos estes registros em uma
só montagem.
Segue o esquema que eu fiz,
utilizando o Power point:
PARTE 3 (COMPARAÇÃO DE DADOS)
No site da Eletropaulo:
WWW.eletropaulo.com.br, é possível
obter o esquema de entrada de energia para residências, afim de orientar o
eletricista na hora da montagem da caixa do medidor de energia.
Este esquema, representado a
seguir, tem o intuito de tentarmos estabelecer uma conexão com tudo que foi
registrado até o momento, com uma representação mais teórica.
Note, no esquema da Eletropaulo,
que a representação é exatamente a mesma, porém o cabo azul ao invés de descer
para a parte inferior vai para a parte superior onde está o medidor!
Porém, nota-se também que ele faz
a curva e volta para a parte inferior, sendo exatamente a mesma ligação que percebemos na observação
da caixa real, observada por fotos neste trabalho.
Nota-se também neste esquema, que
além do cabo verde estar conectado ao cabo azul, ele também este conectado em
um ponto da caixa. Isto acontece, devido a não existir somente caixas de
policarbonato, como no nosso exemplo, mas existem caixas de ferro e que são
condutores de eletricidade, tendo então que estarem aterradas para oferecer
segurança aos usuários da residência.
A próxima figura, também
fornecida pela Eletropaulo, ilustra a posição da caixa do medidor em relação à
caixa de inspeção do aterramento, onde esta localizada a haste terra.
Observe:
PARTE 4 (DISCUSSÃO DOS DADOS)
A parte investigativa deste
trabalho é entender o porquê da conexão de uma haste de aterramento no cabo
neutro, fornecido pela Eletropaulo.
Diante das discussões em sala de
aula, ficou claro que:
Existe uma diferença de potencial
entre os cabos pretos de 220v.
Existe uma diferença de potencial
entre um cabo preto qualquer + azul, de 110v.
Assim, cada cabo preto, contem
uma diferença de potencial de 110 volts em relação ao potencial da terra
(convencionado), com uma defasagem no tempo entre eles.
Podemos dizer então, que um dos
cabos pretos qualquer + cabo azul = 110 volts, em relação ao potencial da terra!
Se isto é verdade de fato, podemos
excluir o cabo neutro (azul), e fazer a seguinte hipótese:
Um dos cabos pretos qualquer +
cabo independente ligado à haste terra, terá 110 volts, em relação ao potencial
da terra, fazendo com que um rádio, por exemplo, funcione.
A seguir, relato as imagens e a
descrição do passo a passo (logo abaixo das fotos), que efetuei afim de tentar
comprovar a hipótese que foi criada acima:
O primeiro passo foi desconectar
os fios pretos que seguem após o disjuntor (chave geral). Assim, será possível
conectar um cabo da extensão que usaremos em um dos polos do disjuntor, tendo
então o primeiro fio que vai compor minha diferença de potencial com a haste de
aterramento.
Vale lembrar que se esta operação
for reproduzida, o disjuntor deverá estar na posição off (desligado), afim de o
operador não leve um choque elétrico!
Desconexão dos cabos de saída da chave geral, para
conexão da extensão de um dos fios da extensão
O próximo passo é realizado na
caixa de inspeção do aterramento. Lá, iremos desconectar o cabo verde da haste
terra, e conectaremos na haste a outra ponta da extensão:
após desconectar o cabo
verde da haste terra, conecta-se à haste o fio restante da extensão.
Agora, nossa tomada já esta com
seus dois fios conectados (Um fio no cabo preto fornecido pela Eletropaulo,
cuja diferença de potencial é 110 volts em relação à terra, e outro fio
conectado somente na haste terra).
extensão conectada ao
cabo preto da Eletropaulo + haste terra
A hipótese a que estamos a tentar
comprovar, é que a diferença de potencial entre os polos desta extensão é 110
volts, a mesma ddp que ela estaria submetida se estivesse conectada ao cabo
preto e o neutro fornecido pela Eletropaulo.
Como não tenho multímetro para
verificação da ddp exata, a verificação se dará através da conexão de um rádio,
que funciona em 110 volts nesta extensão.
conexão do rádio à tomada
ligando o disjuntor com o radio conectado á extensão
rádio ligado e funcionando, na extensão
Mas então, qual o motivo da
Eletropaulo enviar um cabo neutro, percorrendo milhares de quilômetros até
nossa residência, se cada casa poderia fazer seu próprio cabo neutro?
A resposta a esta questão está
relacionada com o fato de nem todos os pontos da terra serem bons condutores de
eletricidade, e assim, a diferença de potencial em cada residência seria
diferente.
Vamos supor, por exemplo, que uma
empresa que fabrique uma geladeira que funciona eletricamente com uma diferença
de potencial de 110 volts venda duas peças, uma para uma casa localizada na
região sul, e outra localizada na região norte.
É possível que estas geladeiras
não funcionem de forma igual, podendo até não funcionar em alguma delas, pois o
solo onde esta fincada a haste terra é diferente nos dois casos, uma com mais
poder de conduzir elétrons do que a outra.
Elas terão uma diferença de
potencial diferente, fazendo com que a geladeira possa ou não desfrutar da
potencia que ela tem.
Eis o motivo da haste de
aterramento conectada ao neutro fornecido pela Eletropaulo: Quem faz este potencial ser igual ao da
terra, são os milhares de hastes terras que estão conectadas ao longo do cabo
neutro que vem da Eletropaulo.
Em alguns pontos os aterramentos são mais fracos, mas em outros pontos
eles são mais fortes, resultando no final em um potencial muito próximo ao da
terra! Assim, todas as residências que possuem o aterramento conjunto (cabo
neutro fornecido pela Eletropaulo) podem desfrutar de uma diferença de
potencial comum entre todos, que é convencionado em 110 volts!
Talvez o rádio conectado a essa
extensão consiga funcionar com uma diferença de potencial menor que 110 volts,
que não foi o caso de uma plaina que conectei logo em seguida ao rádio, e não
obtive êxito no funcionamento.
A potência da plaina é muito
superior a do rádio, e talvez o motivo do não funcionamento possa ser explicado
matematicamente por:
POTENCIA(P) = TENSÃO(V) X
CORRENTE (A)
P = T x A ;
Para um equipamento cuja potencia
é alta, a tensão e a corrente também tendem a ser altas.
Para um equipamento cuja potencia
é baixa, como a do nosso rádio, a tensão e corrente também tendem a ser baixas.
Assim, talvez a tensão que estava
presente na extensão naquele momento variasse um pouco abaixo da tensão de
trabalho, fazendo com que o rádio funcionasse, mas a plaina elétrica não!
Logo adiante, quando conectei
tudo do jeito que estava antes, conectei a plaina elétrica em uma das tomadas
da residência (um fio preto = cabo neutro da Eletropaulo), ela funcionou
perfeitamente.
Plaina conectada à extensão, sem obtenção de êxito no funcionamento.
De fato, é notório que a
aproximação da teoria com a prática, principalmente no ato da investigação,
faça com que o ato da aprendizagem se torne mais agradável.
Porém, sabemos que não é só isso,
e que o ato de ensinar, principalmente no ensino médio, envolve a introdução de
exercícios e atividades idealizadas, sem contextualização com o mundo real, mas
que são exigidas em provas de vestibular e outros. Assim sendo, peço a todos
que gostaram desta investigação, que pode ser verificada nas nossas
residências, que contribua “aprimorando e colocando” novos elementos, para que seja
possível a introdução nas salas de aula, e possamos alcançar os objetivos do
ensino de física: promover a cidadania,
progredir no mundo do trabalho e prosseguir nos estudos.
Rodrigo
