Por que a queda de tensão, e não só a ampacidade, dimensiona o fio
Todo condutor tem resistência, então parte da tensão de alimentação é gasta para empurrar a corrente pelo cabo e nunca chega à carga. Em um circuito de derivação curto essa perda é irrelevante; em um alimentador longo, com uma carga pesada, ou em um trecho de baixa tensão em CC, ela pode ser grande o suficiente para importar. A ampacidade — a corrente que um condutor pode suportar sem superaquecer — é o primeiro limite, e é obrigatório: ele define a menor bitola que a norma permite. Mas a ampacidade não diz nada sobre quanta tensão chega ao outro extremo. Um condutor de cobre 12 AWG pode suportar 20 A tranquilamente, mas ainda assim perder mais de 6% de tensão em um trecho de 30 m, e uma lâmpada ou um motor naquele ponto vão notar. É por isso que trechos longos são tão frequentemente limitados pela queda de tensão, e não pela ampacidade: a partir de uma certa distância é preciso aumentar a bitola do fio, não porque ele vá superaquecer, mas porque tensão insuficiente chegaria à carga. Um projeto adequado verifica os dois limites e adota o maior condutor exigido pelos dois.
A fórmula da queda de tensão e os números que a determinam
A queda de tensão é a lei de Ohm aplicada a todo o percurso percorrido pela corrente. Multiplique a corrente de carga pela resistência do condutor no percurso de ida e volta e você obtém os volts perdidos; divida pela tensão de alimentação e terá a queda em percentual. Quatro fatores movem esse número: a corrente (dobrar a carga dobra a queda), a resistência por unidade de comprimento (um fio mais fino tem resistência maior e perde mais tensão), o comprimento do trecho (a queda é proporcional à distância) e um fator de fase que considera quantos condutores transportam o percurso de ida e volta — 2 para monofásico e CC, e √3 (cerca de 1,732) para trifásico entre fases. Como a corrente vai até a carga e retorna, o cálculo sempre usa o percurso de ida e volta, mesmo que você informe apenas o comprimento em um sentido. A própria resistência vem de tabelas publicadas: condutores AWG em ohms por 1000 pés (NEC Chapter 9, Table 8, a 75 °C) e condutores métricos em ohms por quilômetro (IEC 60228, a 20 °C). O alumínio fica acima do cobre em todas as bitolas, por isso um condutor de alumínio geralmente precisa ser uma ou duas bitolas maior que o de cobre para o mesmo trecho e a mesma queda.
Quanto de queda é aceitável, e quem determina isso
Os limites contra os quais uma verificação de queda de tensão é medida são, antes de tudo, recomendações, e só se tornam regras exigíveis onde uma jurisdição local as adota. Os alvos mais comuns são 3% em um circuito de derivação ou de iluminação e 5% para um alimentador ou para o total combinado de alimentador mais derivação. Na América do Norte, eles vêm das notas informativas da NEC 210.19 e 215.2 — informativas, não obrigatórias, a menos que a autoridade local competente as tenha tornado vinculantes. Na prática da IEC/BS 7671, os mesmos valores de 3% para iluminação e 5% para outros usos aparecem no anexo informativo da IEC 60364-5-52 e na BS 7671, com um limite mais generoso de 6%/8% permitido para instalações alimentadas por transformador ou gerador próprio em vez da rede pública. Na prática, isso significa que são metas de engenharia para as quais você projeta, não uma licença para ignorar a norma local: manter um circuito de derivação abaixo de 3% e o trecho inteiro abaixo de 5% atenderá à grande maioria das instalações, mas sempre confirme o valor efetivamente exigido pela sua jurisdição antes de finalizar um projeto.
Cobre ou alumínio, AWG ou mm², e onde as duas normas se encontram
O dimensionamento de condutores vive em dois mundos paralelos que não se convertem de forma exata um no outro. A prática norte-americana usa AWG (American Wire Gauge) para condutores menores e kcmil acima de 4/0, em que um número de bitola menor significa um condutor maior; o resto do mundo usa a área de seção transversal em milímetros quadrados, em que um número maior simplesmente significa um fio maior. Não existe uma correspondência exata de um para um entre eles — 12 AWG é próximo de 4 mm², 10 AWG perto de 6 mm² — por isso alternar uma calculadora entre imperial e métrico não converte um valor, mas troca todo o catálogo de bitolas. O material é a outra grande variável. O alumínio é mais leve e mais barato por ampère que o cobre, por isso domina alimentadores maiores e entradas de serviço, mas sua maior resistividade significa que provoca mais queda de tensão e geralmente precisa ser dimensionado acima do cobre; ele também tem exigências de terminação e conexão diferentes das do cobre. Seja qual for o sistema e o material usados, lembre-se de que a calculadora responde apenas à metade da pergunta referente à queda de tensão — ela não verifica ampacidade, proteção contra sobrecorrente, redução de capacidade por temperatura ou ocupação de eletroduto, nem qualquer outra exigência normativa, então trate o resultado como um valor de planejamento a ser confirmado por um eletricista qualificado segundo a norma que rege a sua instalação.
