O que são: tensão total, neutra e tensão efetiva? Como se relacionam?
Passo 1
Você perguntou três coisas: o que é (1) tensão total, (2) tensão neutra e (3) tensão efetiva, e como elas se relacionam.
Informações relevantes que já temos do enunciado: nenhuma figura ou dado numérico específico foi dado — a pergunta é conceitual. Vou explicar cada termo com definições, fórmulas e exemplos simples, e depois mostrar as relações importantes entre eles (especialmente em sistemas trifásicos equilibrados), sempre passo a passo.
Passo 2
Vamos começar por uma base essencial: o que é “tensão efetiva” (também chamada tensão eficaz ou RMS). Em circuitos com tensões variando no tempo, o valor útil para calcular potência é o valor RMS. Para uma função de tempo v(t) periódica com período T, a tensão eficaz é definida por
que é o valor que aparece nas especificações de tomadas.
Passo 4
Agora: o que é “neutra” (ou ponto neutro). Em sistemas com mais de uma fase (por exemplo, trifásico) ou em sistemas monofásicos com transformador de centro-tap, existe um ponto comum do enrolamento ou das fontes chamado neutro. O neutro é simplesmente um ponto de referência — frequentemente ligado à terra — que serve como referência de potencial. Em termos práticos:
“Ponto neutro” é o nó comum onde se conectam as fases em ligação estrela (Y).
A tensão entre uma fase e o neutro chama-se tensão fase-neutro, normalmente escrita como V_{LN} ou V_{ph}.
Se cargas nas três fases estiverem perfeitamente equilibradas (mesma impedância e ângulo), a soma vetorial das correntes que retornam pelo neutro é zero e, portanto, não circula corrente pelo condutor neutro.
Passo 5
O que pode significar “tensão total”? O termo pode ser ambíguo dependendo do contexto, então explico dois usos comuns:
Em um circuito monofásico simples, “tensão total” entre os dois terminais pode ser a diferença de potencial medida (não necessita de neutro).
Em sistemas trifásicos, muitas pessoas usam “tensão total” para se referir à tensão entre duas fases (tensão linha-a-linha), que se nota por V_{LL}. Outro termo é “tensão de linha” (line voltage).
Vou focar no caso trifásico equilibrado, que é onde a relação entre tensões aparece com clareza.
Passo 6
Relação entre tensão fase-neutro e tensão linha-a-linha em sistema trifásico equilibrado. Suponha três tensões de fase (valores RMS) iguais em módulo e defasadas de 120^\circ:
Isto é crucial: a tensão entre quaisquer duas fases (V_{LL}) é \sqrt{3} vezes a tensão entre fase e neutro (V_{LN}) num sistema trifásico equilibrado.
Passo 7
Interpretação física e uso em potência. A razão pela qual usamos V_{\mathrm{rms}} ao calcular potência:
Potência média entregue a um resistor com tensão senoidal é P = V_{\mathrm{rms}}^{2}/R.
Em sistemas trifásicos balanceados, a potência total (em regime senoidal e usando valores RMS) é
onde I_{L} é corrente de linha, I_{ph} corrente de fase, e \varphi é o ângulo de deslocamento entre tensão e corrente. Essas fórmulas assumem sistema equilibrado.
Passo 8
Observações práticas sobre neutro e tensões:
Se o sistema trifásico estiver desbalanceado (cargas diferentes nas fases), o neutro pode carregar corrente e o ponto neutro pode se deslocar em potencial (ou seja, a tensão fase-neutro pode variar fase a fase). Por isso em instalações é comum aterrar o neutro para manter referência de potencial estável.
Em ligação delta (Δ) não há ponto neutro físico; então fala-se apenas em tensões linha-a-linha.
Em monofásico com neutro aterrado, a tensão fase-neutro é a que se usa para aparelhos domésticos; a tensão entre fase e fase (quando existe outro condutor de fase) seria a “tensão total” entre condutores.
Passo 9
Recapitulando de forma prática (antes da resposta final):
“Tensão efetiva” = V_{\mathrm{rms}}, valor usado para potência; para senoide V_{\mathrm{rms}}=V_{m}/\sqrt{2}.
“Neutro” = ponto comum/potencial de referência; tensão fase-neutro é V_{LN} ou V_{ph}.
“Tensão total” (em trifásico) normalmente = tensão linha-a-linha V_{LL}, e em sistema equilibrado vale V_{LL}=\sqrt{3}\,V_{LN}.
Resposta
Tensão efetiva (RMS): V_{\mathrm{rms}}=\sqrt{\dfrac{1}{T}\int_{0}^{T}v^{2}(t)\,dt}. Para senoide v(t)=V_{m}\sin(\omega t) temos V_{\mathrm{rms}}=\dfrac{V_{m}}{\sqrt{2}}.
Neutra: ponto comum de referência (normalmente ligado à terra) em sistemas estrela; a tensão fase‑neutro é V_{ph} ou V_{LN}.
Tensão total (em trifásico, tensão linha‑a‑linha): V_{LL}, relacionada por V_{LL}=\sqrt{3}\,V_{LN} em sistema trifásico equilibrado.