No ensaio do transformador em curto-circuito, a partir da tensão nominal do primário e da tensão no primário necessária para fazer circular a corrente nominal secundária, estando o secundário em curto-circuito, determina-se o parâmetro:
a) fator de potência.
b) impedância do circuito magnético.
c) reatância do circuito magnético.
d) impedância percentual.

Passo 1

O enunciado diz: no ensaio (ensaio) de curto-circuito de um transformador, parte-se da tensão nominal do primário e mede-se a tensão no primário necessária para fazer circular a corrente nominal do secundário com o secundário em curto-circuito. A partir desses dados deve-se determinar qual parâmetro entre as opções abaixo:
a) fator de potência.
b) impedância do circuito magnético.
c) reatância do circuito magnético.
d) impedância percentual.
Dados fornecidos explicitamente pelo enunciado:
  • A tensão nominal do primário V_{1N}.
  • A tensão aplicada no primário que faz circular a corrente nominal do secundário, com o secundário em curto-circuito — chamo aqui essa tensão de V_{SC}.
  • O secundário está em curto-circuito durante o ensaio.
    O enunciado pede identificar qual parâmetro é determinado por esse ensaio (entre as alternativas).

Passo 2

O que é o ensaio de curto-circuito e o que ele mede (explicação didática):
  • No ensaio de curto-circuito, fecha-se o secundário (curto elétrico) e aplica-se ao primário uma tensão reduzida (menor que a nominal) suficiente para que a corrente no transformador atinja o valor nominal. Mede-se essa tensão aplicada V_{SC} e a corrente que circula (normalmente a corrente nominal I_N).
  • Importante física por trás: a tensão aplicada é muito pequena (tipicamente alguns por cento da tensão nominal) durante esse ensaio. Como a tensão é pequena, o fluxo magnético no núcleo também fica muito menor que no regime normal; portanto a corrente de magnetização (corrente que cria fluxo no núcleo) é desprezível. Assim, o ensaio não ativa significativamente os efeitos do circuito magnético (perdas no ferro, reatância de magnetização). Em vez disso, o que predomina é a impedância série do transformador associada aos enrolamentos: resistência de enrolamento e principalmente a reatância de fuga (leakage reactance).
  • Conclusão física: o ensaio de curto-circuito determina a impedância série equivalente do transformador (referida ao primário ou secundário), não a impedância do circuito magnético (magnetização).

Passo 3

Definição e fórmula da impedância equivalente série (curto-circuito):
  • Seja V_{SC} a tensão RMS aplicada ao primário durante o ensaio de curto, que faz circular a corrente nominal I_N. A impedância equivalente referida ao primário é dada por:
Z_{eq}=\frac{V_{SC}}{I_N}.
  • Explicação das variáveis:
    • Z_{eq} tem unidades de ohms ( \Omega) e representa a impedância série (resistência + j·reatância) vista pelo primário quando o secundário está em curto.
    • V_{SC} é a tensão RMS (em volts) aplicada no primário no ensaio de curto que produz I_N.
    • I_N é a corrente nominal RMS (em ampères) do transformador.
  • Observação prática: em muitos manuais usa-se apenas a magnitude |Z_{eq}| porque durante o ensaio a tensão é pequena e a resistência é pequena comparada à reatância de fuga, mas o ensaio em si determina essencialmente a magnitude da impedância série.

Passo 4

Definição e cálculo da impedância percentual (o que é normalmente obtido no ensaio):
  • A impedância percentual (também chamada de tensão de curto-circuito percentual) é a porcentagem da tensão nominal necessária para produzir a corrente nominal com o secundário em curto. Ela é definida por:
Z_{\%}=\frac{V_{SC}}{V_{1N}}\times 100\%.
  • Explicação das variáveis:
    • Z_{\%} é adimensional (expressa em \%).
    • V_{SC} é a tensão de curto medida no primário no ensaio (em volts).
    • V_{1N} é a tensão nominal do primário (em volts).
  • Interpretação física simples: se Z_{\%}=10\%, significa que bastam 10\% da tensão nominal aplicada no primário (com secundário em curto) para gerar a corrente nominal — isso reflete a impedância série do transformador em relação à sua tensão nominal.

Passo 5

Por que as outras alternativas estão erradas (explicação didática e comparativa):
  • a) Fator de potência: o fator de potência é relação entre potência ativa e aparente ( \cos\varphi). O ensaio de curto-circuito não tem por objetivo medir o fator de potência nominal do transformador; além disso, durante o ensaio a tensão é pequena e as correntes estão dominadas pela impedância de fuga, não sendo uma medida direta do \cos\varphi da operação normal.
  • b) Impedância do circuito magnético: o “circuito magnético” normalmente refere-se ao ramo de magnetização (reatância de magnetização e resistência de perdas no ferro) que é obtido no ensaio a vazio (open-circuit). No ensaio de curto-circuito esse ramo é praticamente desprezado, logo não se determina a impedância do circuito magnético por esse ensaio.
  • c) Reatância do circuito magnético: a reatância de magnetização ( X_m) também é obtida no ensaio a vazio, pois ela está associada ao fluxo no núcleo. No ensaio de curto-circuito o fluxo é reduzido, então não se obtém X_m daí.
  • d) Impedância percentual: exatamente o que o ensaio de curto-circuito fornece diretamente, conforme a fórmula do Passo 4. Por isso esta é a opção correta.

Passo 6

Resumo objetivo:
  • O ensaio de curto-circuito mede a impedância série equivalente do transformador e, em particular, fornece a chamada impedância percentual Z_{\%}, definida por \;Z_{\%}=\dfrac{V_{SC}}{V_{1N}}\times100\%.
  • Portanto, a alternativa correta é a alternativa (d).

Resposta

d) impedância percentual.

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