Lei de Ohm (de novo!)

Uma frase comum ouvida em referência à segurança elétrica é mais ou menos assim:“ Não é a tensão que mata, é atual ! ”Embora haja um elemento de verdade nisso, há mais para entender sobre o perigo de choque do que este simples ditado. Se a tensão não representasse perigo, ninguém jamais imprimiria e exibia placas dizendo: PERIGO - ALTA TENSÃO!

O princípio de que “atual mata” é essencialmente correto. É a corrente elétrica que queima tecidos, congela os músculos e fibrila os corações. No entanto, a corrente elétrica não ocorre apenas por si mesma:deve haver voltagem disponível para motivar a corrente a fluir através de uma vítima. O corpo de uma pessoa também apresenta resistência à corrente, o que deve ser levado em consideração.

Tomando a Lei de Ohm para tensão, corrente e resistência, e expressando-a em termos de corrente para uma dada tensão e resistência, temos esta equação:







A quantidade de corrente que passa por um corpo é igual à quantidade de voltagem aplicada entre dois pontos naquele corpo, dividida pela resistência elétrica oferecida pelo corpo entre esses dois pontos. Obviamente, quanto mais tensão disponível para fazer com que a corrente flua, mais fácil ela fluirá através de qualquer quantidade de resistência.

Daí o perigo da alta tensão, que pode gerar corrente suficiente para causar ferimentos ou morte. Por outro lado, se um corpo apresentar maior resistência, menos corrente fluirá para qualquer quantidade de voltagem. O quanto a tensão é perigosa depende de quanta resistência total existe no circuito para se opor ao fluxo de corrente elétrica.

A resistência do corpo não é uma quantidade fixa. Isso varia de pessoa para pessoa e de tempos em tempos. Existe até uma técnica de medição de gordura corporal baseada na medição da resistência elétrica entre os dedos dos pés e das mãos de uma pessoa.

Porcentagens diferentes de gordura corporal fornecem resistências diferentes:uma variável que afeta a resistência elétrica no corpo humano. Para que a técnica funcione com precisão, a pessoa deve regular sua ingestão de líquidos por várias horas antes do teste, indicando que a hidratação corporal é outro fator que afeta a resistência elétrica do corpo.

A resistência corporal também varia dependendo de como o contato é feito com a pele:das mãos, mãos aos pés, pés aos pés, mãos aos cotovelos, etc. O suor, sendo rico em sal e minerais, é um excelente condutor de eletricidade por ser um líquido. O mesmo ocorre com o sangue, com seu alto teor de substâncias químicas condutoras.

Assim, o contato com um fio feito por uma mão suada ou ferida aberta oferecerá muito menos resistência à corrente do que o contato feito por pele limpa e seca.

Medindo a resistência elétrica com um medidor sensível, eu meço aproximadamente 1 milhão de ohms de resistência (1 MΩ) em minhas mãos segurando as sondas de metal do medidor entre meus dedos. O medidor indica menos resistência quando aperto as pontas de prova com força e mais resistência quando as seguro frouxamente.

Sentado aqui no meu computador, digitando essas palavras, minhas mãos estão limpas e secas. Se eu estivesse trabalhando em um ambiente industrial quente e sujo, a resistência entre minhas mãos provavelmente seria muito menor, apresentando menos oposição à corrente mortal e uma maior ameaça de choque elétrico.

Quanta corrente elétrica é prejudicial?

A resposta a essa pergunta também depende de vários fatores. A química corporal individual tem um impacto significativo em como a corrente elétrica afeta um indivíduo. Algumas pessoas são altamente sensíveis à corrente, experimentando contrações musculares involuntárias com choques de eletricidade estática.

Outros podem extrair grandes faíscas da descarga de eletricidade estática e dificilmente sentir, muito menos sentir um espasmo muscular. Apesar dessas diferenças, diretrizes aproximadas foram desenvolvidas por meio de testes que indicam que muito pouca corrente é necessária para manifestar efeitos prejudiciais (novamente, consulte o final do capítulo para obter informações sobre a fonte desses dados).

Todos os valores atuais dados em miliamperes (um miliampere é igual a 1/1000 de um ampere):





Uma tabela dos efeitos da eletricidade no corpo



“Hz” significa a unidade Hertz . É a medida de quão rapidamente alterna a corrente alternada, também conhecida como frequência . Portanto, a coluna de figuras rotulada “60 Hz AC” refere-se a uma corrente que alterna a uma frequência de 60 ciclos (1 ciclo =período de tempo em que a corrente flui em uma direção, depois na outra direção) por segundo.

A última coluna, denominada “CA de 10 kHz”, refere-se à corrente alternada que completa dez mil (10.000) ciclos de ida e volta a cada segundo.

Lembre-se de que esses números são apenas aproximados, já que indivíduos com uma química corporal diferente podem reagir de maneira diferente. Foi sugerido que uma corrente através do tórax de apenas 17 miliamperes AC é suficiente para induzir a fibrilação em um sujeito humano sob certas condições. A maioria dos nossos dados sobre fibrilação induzida vem de testes em animais. Obviamente, não é prático realizar testes de fibrilação ventricular induzida em seres humanos, de modo que os dados disponíveis são vagos.

Ah, e caso você esteja se perguntando, não tenho ideia de por que as mulheres tendem a ser mais suscetíveis a correntes elétricas do que os homens! Suponha que eu colocasse minhas mãos nos terminais de uma fonte de tensão CA a 60 Hz (60 ciclos por segundo). Quanta voltagem seria necessária nesta condição de pele limpa e seca para produzir uma corrente de 20 miliamperes (o suficiente para me impedir de desligar a fonte de voltagem)? Podemos usar a Lei de Ohm para determinar isso:

E =IR E =(20 mA) (1 MΩ) E =20.000 volts ou 20 kV

Lembre-se que este é um cenário de “melhor caso” (pele limpa e seca) do ponto de vista da segurança elétrica e que este valor de tensão representa a quantidade necessária para induzir o tétano. Muito menos seria necessário para causar um choque doloroso! Além disso, tenha em mente que os efeitos fisiológicos de qualquer quantidade particular de corrente podem variar significativamente de pessoa para pessoa e que esses cálculos são apenas estimativas grosseiras .

Com água borrifada em meus dedos para simular o suor, consegui medir uma resistência mão a mão de apenas 17.000 ohms (17 kΩ). Lembre-se de que isso ocorre apenas com um dedo de cada mão em contato com um fio de metal fino. Recalculando a tensão necessária para causar uma corrente de 20 miliamperes, obtemos este valor:

E =IR E =(20 mA) (17 kΩ) E =340 volts

Nessa condição realista, seriam necessários apenas 340 volts de potencial de uma das minhas mãos para a outra para causar 20 miliamperes de corrente. No entanto, ainda é possível receber um choque mortal de menos voltagem do que isso. Fornecido uma figura de resistência do corpo muito inferior aumentada pelo contato com um anel (uma faixa de ouro enrolada em torno da circunferência de um dedo torna um excelente ponto de contato para choque elétrico) ou contato total com um grande objeto de metal, como um tubo ou cabo de metal de uma ferramenta, o valor da resistência do corpo pode cair para até 1.000 ohms (1 kΩ), permitindo que uma tensão ainda mais baixa apresente um potencial perigo.

E =IR E =(20 mA) (1 kΩ) E =20 volts

Observe que nesta condição, 20 volts são suficientes para produzir uma corrente de 20 miliamperes através de uma pessoa; o suficiente para induzir o tétano. Lembre-se de que foi sugerido que uma corrente de apenas 17 miliamperes pode induzir fibrilação ventricular (coração). Com uma resistência corpo-a-corpo de 1000 Ω, seriam necessários apenas 17 volts para criar essa condição perigosa.

E =IR E =(17 mA) (1 kΩ) E =17 volts

Dezessete volts não é muito no que diz respeito aos sistemas elétricos. Concedido, este é um cenário de “pior caso” com voltagem CA de 60 Hz e excelente condutividade corporal, mas serve para mostrar quão pouca voltagem pode representar uma séria ameaça sob certas condições.

As condições necessárias para produzir 1.000 Ω de resistência corporal não precisam ser tão extremas quanto as apresentadas (pele suada com contato feito em um anel de ouro). A resistência do corpo pode diminuir com a aplicação de voltagem (especialmente se o tétano faz com que a vítima segure um condutor com mais força), de modo que com voltagem constante um choque pode aumentar de gravidade após o contato inicial.

O que começa como um choque leve - apenas o suficiente para "congelar" uma vítima para que ela não possa soltá-la - pode se transformar em algo grave o suficiente para matá-la conforme sua resistência corporal diminui e a corrente aumenta correspondentemente.

A pesquisa forneceu um conjunto aproximado de valores para a resistência elétrica de pontos de contato humanos em diferentes condições (consulte o final do capítulo para obter informações sobre a fonte destes dados):

• Fio tocado pelo dedo:40.000 Ω a 1.000.000 Ω seco, 4.000 Ω a 15.000 Ω molhado.
• O arame segurado manualmente:15.000 Ω a 50.000 Ω seco, 3.000 Ω a 5.000 Ω úmido.
• Alicate de metal seguro à mão:5.000 Ω a 10.000 Ω seco, 1.000 Ω a 3.000 Ω úmido.
• Contato com a palma da mão:3.000 Ω a 8.000 Ω seco, 1.000 Ω a 2.000 Ω úmido.
• Tubo de metal de 1,5 polegadas agarrado por uma mão:1.000 Ω a 3.000 Ω seco, 500 Ω a 1.500 Ω úmido.
• Tubo de metal de 1,5 polegadas agarrado por duas mãos:500 Ω a 1.500 kΩ a seco, 250 Ω a 750 Ω úmido.
• Mão imersa em líquido condutor:200 Ω a 500 Ω.
• Pé imerso em líquido condutor:100 Ω a 300 Ω.

Observe os valores de resistência das duas condições envolvendo um tubo de metal de 1,5 polegadas. A resistência medida com as duas mãos segurando o tubo é exatamente a metade da resistência de uma mão segurando o tubo.







Com as duas mãos, a área de contato corporal é duas vezes maior do que com uma mão. Esta é uma lição importante a aprender:a resistência elétrica entre qualquer objeto em contato diminui com o aumento da área de contato, todos os outros fatores sendo iguais. Com as duas mãos segurando o tubo, a corrente tem dois, paralelos rotas através das quais fluir do tubo para o corpo (ou vice-versa).







Como veremos em um capítulo posterior, paralelo as vias do circuito sempre resultam em menos resistência geral do que qualquer via isolada considerada isoladamente.

Na indústria, 30 volts é geralmente considerado um valor limite conservador para tensão perigosa. A pessoa cautelosa deve considerar qualquer tensão acima de 30 volts como uma ameaça, não confiando na resistência normal do corpo para proteção contra choque. Dito isso, ainda é uma excelente ideia manter as mãos limpas e secas e remover todas as joias de metal ao trabalhar com eletricidade.

Mesmo com tensões mais baixas, as joias de metal podem representar um perigo por conduzirem corrente suficiente para queimar a pele se forem colocadas em contato entre dois pontos de um circuito. Os anéis de metal, especialmente, têm sido a causa de mais do que alguns dedos queimados ao formar pontes entre os pontos de um circuito de baixa tensão e alta corrente.

Além disso, tensões abaixo de 30 podem ser perigosas se forem suficientes para induzir uma sensação desagradável, o que pode fazer com que você se sacuda e entre acidentalmente em contato com uma tensão mais alta ou algum outro perigo. Lembro-me de uma vez trabalhando em um automóvel em um dia quente de verão.

Eu estava usando shorts, minha perna nua em contato com o para-choque cromado do veículo enquanto eu apertava as conexões da bateria. Quando toquei minha chave de metal no lado positivo (não aterrado) da bateria de 12 volts, pude sentir uma sensação de formigamento no ponto em que minha perna estava tocando o para-choque. A combinação de contato firme com metal e minha pele suada tornou possível sentir um choque com apenas 12 volts de potencial elétrico.

Felizmente, nada de ruim aconteceu, mas se o motor estivesse funcionando e o choque fosse sentido na minha mão em vez de na minha perna, eu poderia ter reflexivamente empurrado meu braço no caminho do ventilador giratório ou deixado cair a chave de metal nos terminais da bateria (produzindo grande quantidades de corrente através da chave com muitas faíscas acompanhantes).

Isso ilustra outra lição importante sobre segurança elétrica; que a corrente elétrica em si pode ser uma causa indireta de ferimentos, fazendo com que você pule ou tenha espasmos em partes do seu corpo para o perigo.

O caminho que a corrente percorre pelo corpo humano faz diferença no que diz respeito a quão prejudicial ele é. A corrente afetará quaisquer músculos que estejam em seu caminho e, uma vez que os músculos do coração e do pulmão (diafragma) são provavelmente os mais críticos para a sobrevivência, os caminhos de choque que atravessam o peito são os mais perigosos. Isso torna o caminho da corrente de choque corpo a corpo um modo muito provável de lesão e fatalidade.

Para se proteger contra tal ocorrência, é aconselhável usar apenas uma das mãos para trabalhar em circuitos ativos de tensão perigosa, mantendo a outra mão enfiada no bolso para não tocar em nada acidentalmente. Claro, é sempre mais seguro trabalhar em um circuito quando ele não está energizado, mas isso nem sempre é prático ou possível.

Para o trabalho com uma mão, a mão direita é geralmente preferida à esquerda por dois motivos:a maioria das pessoas é destra (garantindo assim coordenação adicional durante o trabalho) e o coração geralmente está situado à esquerda do centro na cavidade torácica.

Para aqueles que são canhotos, este conselho pode não ser o melhor. Se tal pessoa for suficientemente descoordenada com sua mão direita, ela pode estar se colocando em maior perigo usando a mão com a qual se sente menos confortável, mesmo que a corrente de choque por essa mão possa representar um perigo maior para seu coração. O risco relativo entre choque por uma mão ou outra é provavelmente menor do que o risco de trabalhar com coordenação abaixo do ideal, então a escolha de com qual mão trabalhar é melhor deixar para o indivíduo.

A melhor proteção contra choque de um circuito ativo é a resistência, e a resistência pode ser adicionada ao corpo por meio do uso de ferramentas isoladas, luvas, botas e outros equipamentos. A corrente em um circuito é uma função da tensão disponível dividida pelo total resistência no caminho do fluxo. Como investigaremos em maiores detalhes posteriormente neste livro, as resistências têm um efeito aditivo quando são empilhadas de modo que haja apenas um caminho para o fluxo da corrente:









Agora veremos um circuito equivalente para uma pessoa usando luvas e botas isoladas:









Porque a corrente elétrica deve passar pelo porta-malas e o corpo e a luva para completar seu circuito de volta à bateria, o total combinado ( soma ) dessas resistências opõe-se ao fluxo de corrente em um grau maior do que qualquer uma das resistências consideradas individualmente.

A segurança é uma das razões pelas quais os fios elétricos são geralmente cobertos com isolamento de plástico ou borracha:para aumentar enormemente a quantidade de resistência entre o condutor e quem ou o que quer que possa entrar em contato com ele.

Infelizmente, seria proibitivamente caro encerrar os condutores da linha de alimentação com isolamento insuficiente para fornecer segurança em caso de contato acidental. Portanto, a segurança é mantida mantendo essas linhas longe o suficiente para que ninguém possa tocá-las acidentalmente.



REVER:

• Danos ao corpo são função da quantidade de corrente de choque. Uma tensão mais alta permite a produção de correntes mais altas e mais perigosas. A resistência se opõe à corrente, tornando a alta resistência uma boa medida de proteção contra choques.
• Qualquer tensão acima de 30 é geralmente considerada capaz de fornecer correntes de choque perigosas.
• As joias de metal são definitivamente ruins para usar ao trabalhar perto de circuitos elétricos. Anéis, pulseiras de relógio, colares, pulseiras e outros adornos fornecem excelente contato elétrico com seu corpo e podem conduzir corrente suficiente para causar queimaduras na pele, mesmo com baixa voltagem.
• Baixas tensões ainda podem ser perigosas, mesmo se forem muito baixas para causar diretamente lesões por choque. Eles podem ser suficientes para assustar a vítima, fazendo-a recuar e entrar em contato com algo mais perigoso nas proximidades.
• Quando necessário para trabalhar em um circuito “vivo”, é melhor realizar o trabalho com uma mão para evitar um choque mortal corpo-a-corpo (através do peito).

Certifique-se de verificar nossa Calculadora da Lei de Ohm.

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