Existem duas faixas de tensões de alimentação para as residências domésticas: 100 a 127 V e 200 a 240 V. As diferenças entre estes níveis de tensão eficaz são o assunto de hoje.
Origens
Por quê estas foram as faixas de tensão escolhidas? No final do século XIX, nos EUA, a empresa General Electric do Thomas Edison, fornecia energia elétrica contínua DC com 110 V. Porém, Nikola Tesla introduziu a corrente alternada (AC) trifásica em 240 V, que é muito mais eficiente para transmissão a longas distâncias. Este gráfico mostra que AC é mais barato para transmissão de até 800 km ou 50 km de linha submarina. Para distâncias maiores, DC é mais barata pois só precisa de dois cabos condutores e outros fatores que serão explicados em um futuro post.
A voltagem AC foi reduzida para 110 V por questões de segurança e já terem muitas aplicações com este nível de tensão. Enquanto na Europa, foi adotada a faixa de 220 V para economizar cobre na fiação. A tensão medida na tomada com um multímetro é o valor eficaz da onda.
Consumo de energia
A voltagem não influencia no consumo de energia de um aparelho. O que determina o consumo é a potência. Clique no link a seguir para saber conceitos básicos de potência.
Aparelhos para 200-240 V precisam de menos corrente que os de 100-127 V. Usando esta fórmula, pode-se calcular a quantidade de corrente consumida por uma carga.
P=V\cdot i
Níveis diferentes de tensão precisam usar fios de espessuras diferentes. Esta é a fórmula da dissipação de potência.
P=R\cdot i^{2}
A tensão de 100-127 V precisa de maior corrente, para dissipar a mesma quantidade de potência que um aparelho operando com 200-240 V, a resistência precisa ser menor. A fórmula da resistência em um condutor mostra que esta é inversamente proporcional à area A.
R=\rho \frac{L}{A}
Portanto, o fio para 100-127 V deve ser mais espesso do que para 200-240 V. Senão os cabos vão esquentar muito. Em eletrodomésticos que convertem energia elétrica em calor, a faixa de 200-240 V é mais eficiente. Porque usam menos corrente e a espessura dos fios é menor.
Quem usa qual valor de tensão?
Este mapa mostra as regiões do mundo que usam determinados níveis de tensão e frequência. O valor da tensão padrão pode variar entre países de mesma cor, por exemplo, Japão usa 100 V, enquanto Canadá usa 120 V, a maior parte do Brasil usa 127 V, etc. Alguns países usam ambas as faixas de tensão, dependendo da aplicação.
Segurança nos níveis de tensão
Se você ligar um aparelho de 127 V em uma tomada de 220 V, vai queimar devido à sobretensão. Se o contrário for feito, o aparelho não vai funcionar porque não tem tensão suficiente. Neste caso, é preciso usar um transformador para obter a tensão desejada. Alguns aparelhos são bivolt, podem funcionar em ambas as faixas.
E se um eletrodoméstico feito para 110 V for usado em 127 V, por exemplo? Vai funcionar, aparelhos geralmente têm uma tolerância de aproximadamente 10%. Mas acima da tolerância, a vida útil será reduzida e pode ter sobreaquecimento, especialmente se forem aparelhos feitos para gerar calor, pois está operando com uma tensão maior que do que foi projetado.
