Calculando a Resistência do Fio para Circuitos Críticos de Queda de Tensão
Ao projetar circuitos elétricos, as classificações de ampacidade apenas abordam a segurança contra incêndio, não a queda de tensão. Em muitas aplicações — especialmente projetos de fontes de alimentação — a tensão que chega a uma carga não deve cair abaixo de um limite especificado. A resistência de um condutor pode introduzir uma queda de tensão que, embora muito abaixo dos limites de risco de incêndio, ainda compromete o desempenho.
Projetando a Resistência do Fio
Considere um circuito que deve manter pelo menos 220 V em uma carga enquanto a fonte é 230 V. A fiação pode, portanto, cair no máximo 10 V no total. Com dois condutores (ida e retorno), cada um deve cair no máximo 5 V. Usando a Lei de Ohm (R = V/I), a resistência máxima permitida por condutor é 0,2 Ω para uma carga de 25 A:

Para determinar a resistência de um tamanho de fio específico, usamos a relação

onde ρ é a resistividade específica do material, l o comprimento e A a área de seção transversal. Um condutor mais longo aumenta a resistência, enquanto uma seção transversal maior a diminui.
A tabela abaixo lista as resistividades específicas de condutores comuns a 20 °C. O cobre é destacado como um dos materiais mais condutores, perdendo apenas para a prata.
Resistividade Específica a 20 °C
| Material | Elemento/Liga | (Ω-cmil/ft) | (µΩ-cm) |
|---|---|---|---|
| Níquel-cromo | Liga | 675 | 112,2 |
| Níquel-cromo V | Liga | 650 | 108,1 |
| Manganin | Liga | 290 | 48,21 |
| Constantan | Liga | 272,97 | 45,38 |
| Aço* | Liga | 100 | 16,62 |
| Platina | Elemento | 63,16 | 10,5 |
| Ferro | Elemento | 57,81 | 9,61 |
| Níquel | Elemento | 41,69 | 6,93 |
| Zinco | Elemento | 35,49 | 5,90 |
| Molibdênio | Elemento | 32,12 | 5,34 |
| Tungstênio | Elemento | 31,76 | 5,28 |
| Alumínio | Elemento | 15,94 | 2,650 |
| Ouro | Elemento | 13,32 | 2,214 |
| Cobre | Elemento | 10,09 | 1,678 |
| Prata | Elemento | 9,546 | 1,587 |
* Liga de aço: 99,5% ferro, 0,5% carbono.
Os valores são apresentados em Ω-cmil/ft, uma unidade conveniente quando o comprimento do fio é medido em pés e a área de seção transversal em mils circulares. Para trabalho métrico, ρ também pode ser expresso em Ω-m ou Ω-cm, com um fator de conversão de 1,66243 × 10⁻⁹ Ω-m por Ω-cmil/ft.
Cálculo de Exemplo
Usando o exemplo anterior, precisamos de um condutor que forneça 0,2 Ω ou menos sobre 2 300 ft. Assumindo cobre, a fórmula se torna:

Resolvendo para a área de seção transversal, obtemos 116 035 cmil. Consultando a tabela padrão de tamanhos de fio, um fio 2/0 (133 100 cmil) atende ao requisito, enquanto 1/0 (105 500 cmil) não. Embora um fio 14-AWG satisfaça a ampacidade para uma carga de 25 A, sua resistência de 5,651 Ω sobre 2 300 ft (11,301 Ω ida e volta) derrubaria a tensão abaixo do limite permitido.
Para ilustrar, o cobre 14-AWG tem uma área de 4 107 cmil. Com ρ = 10,09 Ω-cmil/ft, a resistência por condutor é

Resultando em uma resistência total do circuito de 11,301 Ω, o que reduziria a corrente de 25 A para apenas 20,35 A sob alimentação de 230 V.
Exemplo de Resistência de Barramento
Para uma barra sólida de alumínio personalizada (seção transversal 4 cm × 3 cm, comprimento 125 cm), a área de seção transversal é:

Usando ρ = 2,65 × 10⁻⁶ Ω-cm, a resistência ponta a ponta é:

A seção transversal substancial torna os barramentos altamente eficientes, produzindo resistências muito menores que bitolas de fio comparáveis.
Principais Conclusões
- A resistência aumenta com o comprimento e diminui com maior seção transversal.
- Resistividade específica (ρ) é uma propriedade intrínseca do material usada em R = ρ·l/A.
- Ω-cmil/ft e Ω-m/Ω-cm são intercambiáveis com o fator de conversão 1,66243 × 10⁻⁹.
- Quando a queda de tensão é crítica, realize cálculos exatos de resistência antes de selecionar o tamanho do fio.
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