Enunciado

77- De acordo com as normas técnicas do U S   N a t i o n a l   E l e c t r i c a l   C o d e , os fios de cobre usados nas instalações elétricas de casas, hotéis, edifícios comerciais e instalações industriais devem conduzir uma corrente máxima especificada. A tabela seguinte indica o valor da corrente máxima I m a x   para diversas dimensões de fios com um verniz isolante. O ‘calibre do fio’ é um método padronizado para a descrição do diâmetro de um fio. Note que, quanto maior o diâmetro do fio, menor o calibre do fio.

( a ) Quais são as considerações usadas para determinar a corrente máxima da fiação elétrica de uma casa?

( b ) Uma potência total igual a 4200   W deve ser fornecida para os aparelhos elétricos de uma residência. Sabendo que a diferença de potencial através do conjunto de aparelhos é igual a 120   V , calcule o valor do calibre do fio mais fino que pode ser usado.

( c ) Suponha que a fiação usada na casa possua o calibre calculada na parte ( b ) e que seu comprimento total seja igual a 42.0   m . Qual é a taxa de dissipação de energia nesse fio?

d A casa está construída em um local onde energia elétrica custa R $   0.11 por kilowatt-hora. Considere um fio com um diâmetro maior, cujo calibre seja dado pelo calibre seguinte ao calibre calculado no item ( b ) ; supondo que você faça a fiação da casa com fios com esse diâmetro maior, quantos reais você poderia obter de economia de energia em um ano? Suponha que os aparelhos elétricos permaneçam ligados durante 12 horas por dia.

Passo 1

Para responder a letra a devemos levar em consideração a potência máxima requerida por aquele estabelecimento. Pois se colocarmos um fio de área pequena para um hotel por exemplo, é capaz do fio esquentar demais com a corrente que percorrerá ali, fazendo com que haja uma perda enorme de energia podendo até pegar fogo. Então mesmo um fio de maior diâmetro sendo mais caro, no final acaba compensando o investimento.

Passo 2

A corrente na letra b pode ser calculada por:

P = V I

4200 = 120 I → I = 35   A

Então pela tabela nós devemos pegar um fio de calibre 8 , pois ele suporta uma corrente máxima de 40   A .

Passo 3

A resistividade do cobre é de:

ρ = 1.72 × 10 - 8   Ω m

Então a resistência desse fio na letra c será:

R = 1.72 × 10 - 8 × 42 π 4 0.326 × 10 - 2 2 = 0.0865   Ω

E coma aplicada nele será de 35   A então a potência dissipada nesse fio será de:

P = I 2 R = 106.02   W

Passo 4

A resistência de um fio de calibre maior (no caso o calibre 6 ) será de:

R = 1.72 × 10 - 8 × 42 π 4 0 . 412 × 10 - 2 2 = 0.0542   Ω

Então a potência dissipada nele ao passar a mesma corrente de 35   A será:

P = I 2 R = 66.38   W

Dessa forma o custo com os dois fios será de:

O custo para o calibre 8.

C 8 = 0.11 R $ k W h × 106.02 × 10 - 3 k W × 12 h d i a × 365 d i a a n o = 51.08 R $ a n o

O custo do calibre 6:

C 6 = 0.11 R $ k W h × 66.38 × 10 - 3 k W × 12 h d i a × 365 d i a a n o = 31.98 R $ a n o

Então a economia será de:

51.08 - 31.98 = 19.1 R $ a n o

Resposta

a )   p o t ê n c i a

b )   C a l i b r e   8

c )   106.02   W

d ) 19.1 R $ a n o  

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