Cálculo da Tensão, como fazer?

Quando o assunto é energia elétrica, eletricidade e afins o termo tensão elétrica é muito comum, afinal é uma das grandezas elétricas fundamentais para qualquer equipamento elétrico ou eletrônico e seus valores são considerados desde o início dos projetos até a execução dos mesmos. É de extrema importância sabermos os valores nominais da tensão elétrica para dimensionarmos condutores, transformadores e disjuntores por exemplo.

O que é a tensão elétrica?

DDP (diferença de potencial) também muito conhecida como tensão elétrica é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos, ou seja é força que impulsiona os elétrons livres, consequentemente gerando a corrente elétrica. A tensão elétrica também pode ser entendida como a quantidade de energia gerada para movimentar uma carga elétrica.

Leia também

• Como calcular queda de tensão nos condutores?
• Tipos de circuitos elétricos, quais são?

Pra entender melhor o que é a tensão elétrica, iremos usar como exemplo um pneu sobre uma superfície madeira, onde o pneu representa a corrente elétrica e a inclinação da madeira é a tensão elétrica .

Neste momento a madeira esta sobre uma superfície reta com as suas extremidades niveladas, nesse casso não existe diferença na altura entre as extremidades da madeira, logo, o pneu continuará parado no mesmo ponto. Isso significa que a diferença de potencial gravitacional entre as extremidades é igual a zero, ou seja, não terá pneu passando pela superfície da madeira.

Diferença de potencial é zero.

Agora imagine que uma dessas extremidades da madeira foi suspensa deixando de ter suas extremidades niveladas, assim temos uma extremidade da madeira mais alta que outa, fazendo com que o pneu se movimente saído do seu ponto de origem. Agora temos diferença de potencial gravitacional entre as extremidades da madeira, fazendo com que o pneu saia do seu ponto de origem. A diferencia entre as extremidade mais alta da e mais baixa da madeira é uma analogia a diferença de potencial elétrico que existe em um circuito.

Diferença de potencial entre dois pontos.

Queda de Tensão Elétrica

A queda de tensão elétrica é uma irregularidade causada tanto pelas distâncias percorridas pela corrente elétrica em um circuito elétrico, quanto a demanda da tensão elétrica por parte dos componentes do circuito. Outro fator que influência a queda de tensão elétrica é a reatância indutiva, causado por cargas não resistivas. Porém, considera-se para pequenos consumidores e pequenas cargas que a corrente elétrica se distribui de forma homogênea pelos condutores apesar do campo magnético gerado.

Segundo a NBR 5410, devemos nos atentar no dimensionamento para fatores como a queda de tensão elétrica nos condutores, de tal forma que devem ser tomadas precauções para evitar que uma queda de tensão elétrica ou uma falta total de tensão elétrica, associada ou não ao posterior restabelecimento da energia elétrica venha oferece perigo para as pessoas ou danos a uma parte da instalação, equipamentos de utilização e bens em geral.

Demonstração visual da queda de tensão elétrica:

Na figura abaixo temos uma bateria de 9V que fornece energia elétrica para o circuito, permitindo que o LED de aproximadamente 2V e 20mA acenda. Neste exemplo o resistor 350 ohms é um elemento resistivo, responsável pela queda de tensão elétrica, para evitar que o LED seja danificado. Ao passar corrente elétrica pelo resistor o LED  acende, demandando assim uma quantidade de tensão elétrica que a bateria deve ser capaz de fornecer.

Nota-se que nas baterias e pilhas existem sinais de (+) e um de (-), os quais representam a diferença de potencial, onde o (+) representa um potencial elétrico maior em relação ao outro polo da bateria, sendo que o potencial mais elevado é por onde a corrente elétrica sai da fonte. O polo (-) da bateria representa um potencial menor, que é por onde a corrente elétrica retorna, dessa forma fazendo um ciclo, que neste caso permanece até a fonte descarregar e não suportar fornecer mais energia elétrica para a carga.

Circuito em série, bateria e LED.

O circuito acima é um circuito em série, pois se trata de um circuito cujo os componentes estão ligados sequencialmente numa única malha. A corrente elétrica flui por todo o circuito, passando por cada resistor ou elemento em sequência, ou seja, a corrente elétrica é a mesma em todos os pontos do circuito.

Uma maneira de calcular a queda tensão elétrica causada pelo resistor para não danificar o LED é aplicando a lei de ohm. Sabendo que a corrente elétrica máxima que pode fluir por todo o circuito é 20mA e a resistência do resistor é 350 ohms é possível calcular a diferença de potencial no resistor.

Lei de ohm, queda de tensão elétrica.

A queda de tensão elétrica causada pelo resistor foi de 7V, assim mantendo a integridade do LED, restando apenas 2V para alimentá-lo.

No caso dos circuitos em paralelo é um pouco diferente, como podemos observar o esquema do circuito na imagem abaixo.

Demonstração do circuito em paralelo.

A análise para tensão elétrica é ainda mais simples, porque a tensão elétrica que os resistores (cargas) “enxergam” é a mesma que a tensão elétrica nominal da bateria, portanto possuem o mesmo valor, devido todas as cargas estarem conectas ao mesmos pontos. Existem também algumas fórmulas para encontrarmos o valor da tensão elétrica, que vai depender de cada análise.

Além dos circuitos série e do circuito em paralelo temos o circuito misto, que é a junção do circuito em série com paralelo, como podemos observar a imagem ilustrada abaixo:

Circuito misto ligação de LED’s.

O resistor está em série com o LED e existe três associações de LED’s com resistores que estão em paralelo entre si e também a paralelo com a bateria, caracterizando um circuito de associação série paralelo.

Fórmulas para o cálculo da tensão elétrica:

Um campo elétrico proveniente da interação das cargas presentes nas pilhas ao interagir com as cargas nos condutores provocam o movimento destas cargas, que se configuram num fluxo o que origina a corrente elétrica. Com isso, pode-se concluir que a tensão elétrica é análoga a quantidade de energia que um gerador fornece para movimentar uma carga elétrica através de um condutor.

Este conceito permite que nós possamos entender a fórmula a baixo:

Cálculo da tensão elétrica em relação ao campo elétrico e a carga.

Lei de Ohm

Existe uma relação muito simples entre corrente elétrica, tensão elétrica e resistência. Anote essa fórmula em um papel para memorizá-la, pois você vai precisar dela para resolver problemas referentes a diversos cálculos de elétrica:

Lei de Ohm no cálculo da tensão elétrica.

Também é possível calcular tensão elétrica através da potência elétrica, como podemos observar na imagem abaixo:

Forma de cálculo da tensão elétrica.

Segunda Lei de Kirchhoff

Na segunda lei de Kirchhoff fala que em uma malha, a soma das tenções elétricas é sempre igual a zero. A malha é todo circuito fechado por onde flui uma corrente elétrica, em alguns casos um circuito pode ter mais de uma malha e usando a lei de ohm com a segunda lei de Kirchhoff é possível determinar a corrente que passa por determinada malha e quedas de tensão nas nas cargas.

Analise de um circuito em série.

As equações acima são algumas das formas que possibilitam o cálculo desta grandeza (tensão elétrica). Existem ainda mais possibilidades, devemos avaliar o problema que temos e escolher qual das formas é a que melhor serve no processo de cálculo e assim encontrar o valor da tensão elétrica.

Para complementar o estudo fornecemos o vídeo abaixo que trata da tensão elétrica, DDP, voltagem e suas unidades de medidas. Abordaremos também sobre tensão elétrica contínua e alternada, sua relação com a corrente elétrica e com a resistência elétrica de um circuito.

Esperamos que tenham entendido as diferentes formas de calcular tensão elétrica. Se tiver permanecido alguma dúvida sobre este assunto, deixe nos comentários que vamos responder!

Sobre o autor

Eletricista desde 2006, Henrique Mattede também é autor, professor, técnico em eletrotécnica e engenheiro eletricista em formação. É educador renomado na área de eletricidade e um dos precursores do ensino de eletricidade na internet brasileira. Já produziu mais de 1000 videoaulas no canal Mundo da Elétrica no Youtube, cursos profissionalizantes e centenas de artigos técnicos. O conteúdo produzido por Henrique é referência em escolas, faculdades e universidades e já recebeu mais de 120 milhões de acessos na internet.

Veja a biografia completa

Veja também

Ligação em série ou ligação em paralelo?

Lei de ohm – Grandezas e aplicações!

Diferenças entre circuito série e paralelo.

Eletricidade básica, tudo que precisa saber!