Noções básicas de unidades e grandezas elétricas

Estou farto e mais que farto de artigos na imprensa náutica generalista, escritos por autores confusos, que baralham números e grandezas elétricas.

Provavelmente isto acontece porque as unidades elétricas são um pouco diferentes das unidades que usamos para comprimento, velocidade e distância.

Aqui fica a minha modesta tentativa de esclarecer este assunto, pelos vistos tão confuso. Vou comparar a corrente elétrica com a água a correr num tubo circular, o que me parece adequado ao nosso meio náutico.

Primeiro, um pouco de teoria

Comecemos pelas três unidades mais conhecidas:

• Tensão - A vontade com que os eletrões querem fluir de A para B. Na nossa comparação, equivale à pressão da água num tubo.
• Corrente - A grandeza (quantidade) de carga elétrica que passa pelo condutor por unidade de tempo. Na nossa comparação, equivale ao caudal de um rio ou de um tubo. O caudal mede-se normalmente em metros cúbicos por segundo; da mesma forma, a corrente elétrica mede-se em coulombs por segundo. Uma corrente elétrica de 1 ampere define-se como 1 coulomb por segundo. Convém reter isto: a corrente é uma grandeza derivada. Um coulomb não passa de um grande molho de eletrões, cerca de 6,241 x 1018 deles.
• Energia elétrica - Afinal, é para isto que temos eletricidade a bordo. A potência elétrica é o que faz funcionar o equipamento (guincho, máquina de café, lâmpada). Na nossa comparação, é a quantidade de potência que uma turbina conseguiria retirar da água no tubo. Resulta do produto do caudal pela pressão. Da mesma forma, num circuito elétrico a potência é o produto da tensão pela corrente. Em unidades: volt vezes ampere é igual a watt (V * A = W). (Nota para os colegas engenheiros: eu sei que devia ser U * I = P, mas não vamos complicar mais as coisas. Também não as vou complicar ainda mais metendo ao barulho a fase da corrente alternada.)

Repare-se que, embora a tensão e a corrente sejam usadas tantas vezes, NÃO são unidades básicas como o volume e o comprimento. Em particular, a tensão define-se como a energia total necessária para deslocar uma carga elétrica de A para B, dividida pela grandeza dessa carga. A corrente também é um valor derivado. Em eletricidade, a unidade básica é a carga, medida em coulombs.

A confusão aumenta quando começamos a falar de capacidade. Em particular, da capacidade dos nossos recipientes de carga elétrica, mais conhecidos por baterias. Tendo em conta o que disse acima, seria de esperar que medíssemos a capacidade de uma bateria em coulombs: quantos eletrões lá cabem. Infelizmente, por razões históricas, usamos os amperes-hora. Um ampere-hora (Ah) é uma corrente de 1 ampere durante 1 hora (3600 segundos). Como 1 ampere é 1 coulomb por segundo, 1 Ah são 3600 coulombs.

Da mesma forma, a quantidade total de energia consumida ao longo de um certo número de horas determina quanto é preciso recarregar, ou comprar à companhia da eletricidade. Historicamente, isto mede-se em (quilo)watts-hora. 1,2 kWh = 1200 Wh = 1200 watts durante uma hora. Se esta energia tivesse de ser fornecida por um banco de baterias típico de 12 V, seria (V * A = W, logo A = W / V, logo Ah = Wh / V) 1200/12 = 100 Ah.

Erros típicos

Peguemos num artigo de uma revista holandesa, a “Zeilen”, e vejamos o que está errado. O artigo “Geen beweging, toch stroom” (Sem movimento, mas com corrente), no número de maio de 2010, fala de células de combustível e apresenta alguns exemplos típicos.

O primeiro pequeno erro é uma frase em que o autor fala de um gerador a gás … com uma capacidade entre 1,5 e 2,2 kWh … Ora, kWh é a quantidade de energia fornecida ao longo de um determinado período de tempo. Os geradores são dimensionados em termos de potência, ou seja, em (quilo)watts – e não em quilowatts-hora.

Depois passa à terminologia, reconheço que confusa (mas correta), usada pelas células de combustível da EFOY. A EFOY classifica os seus equipamentos pela quantidade de watts-hora que conseguem fornecer por dia (24 horas). É verdade que ficaria melhor expresso simplesmente em watts. O autor escreve o seguinte: Há cinco modelos, de 600 a 2200 Watt/h por dia, uma denominação bastante estranha e enganadora. É preciso dividir o número por 24 para chegar ao verdadeiro desempenho. Numa EFOY 2200, isto dá uma corrente máxima de 7,5 Ah a 12 volts. Ai: devia ser watt-hora, e não watt por hora (Watt/h). E também devia ser 7,5 A (amperes), e não 7,5 Ah (amperes-hora).

Adiante, passemos à secção seguinte, onde afirma que a célula de combustível Protonex M-250C fornece 250 Watt por hora. Suponho que queira dizer 250 watts…

E o último: A empresa italiana Acta fornece células de combustível com uma capacidade de 100, 200 ou 1000 Watt durante oito horas. Mais uma vez, watts por hora não quer dizer nada.

Não admira que tantos navegadores andem baralhados com a eletricidade, com revistas a servir-lhes desinformação como esta.

NOTA: A página acima foi republicada a partir do meu antigo blogue, no URL http://yachtelectronics.blogspot.nl/2010/05/basics-of-electrical-units-and.html