Qual é a vantagem do uso de tensões elevadas na transmissão de energia elétrica?

Prós e Contras da Corrente Alternada

A Corrente Alternada (CA ou AC – do inglês alternating current) é uma forma de corrente elétrica normalmente utilizada nos lares e nas empresas. Ao contrário da Corrente Contínua (CC), a CA é fornecida como resultado do movimento da carga elétrica numa direção que muda ao longo de um período através de um meio. A corrente contínua, por outro lado, move-se apenas num sentido.

Índice

• 1 Prós e Contras da Corrente Alternada
  • 1.1 A Eletricidade
  • 1.2 História da Corrente Alterna
  • 1.3 A Guerra das correntes
  • 1.4 Definição de Corrente Alternada
  • 1.5 Vantagens do corrente alterna sobre o corrente contínua:
  • 1.6 Regras DC no Mundo da Eletrónica
  • 1.7 Um retorno à transmissão de corrente contínua?
  • 1.8 Aplicações da Corrente Alternada
  • 1.9 Mais barata e mais forte
• 2 ✔️ Vejamos Agora as Vantagens Da Corrente Alternada ✔️
  • 2.1 👍 Vantagem: Eficiência na transmissão de energia
  • 2.2 👍 Vantagem: Produção de Energia Elétrica
  • 2.3 👍 Vantagem: Consumo Possível de Energia Elétrica
  • 2.4 👍 Vantagem: Fornece uma melhor iluminação
  • 2.5 👍 Vantagem: Mais baixo em custo e disponibilidade
• 3 ❌ Vejamos Agora as Desvantagens da Corrente Alternada ❌
  • 3.1 👎 Desvantagem: Caro em automóveis
  • 3.2 👎 Desvantagem: Necessidade de Isolamento
  • 3.3 👎 Desvantagem: Questões relativas aos geradores de corrente alternada
  • 3.4 👎 Desvantagem: Causa Calor e Faísca
  • 3.5 👎 Desvantagem: Necessidade de Inversores
  • 3.6 📝 Conclusão

A Eletricidade

Eletricidade, fenómeno associado a cargas elétricas estacionárias ou móveis. A carga elétrica é uma propriedade fundamental da matéria e é suportada por partículas elementares. Na eletricidade, a partícula envolvida é o eletrão, que transporta uma carga designada, por convenção, como negativa. Assim, as várias manifestações de eletricidade são o resultado da acumulação ou movimento de números de eletrões.

História da Corrente Alterna

Foi em 1835, em França, quando o primeiro alternador foi construído pela Hippolyte Pixii. Este dispositivo era utilizado para produzir Corrente Alternada (CA) com a utilização de um íman rodado por uma manivela manual. Foi durante a década de 1880, quando começou a guerra das correntes. Embora em 1835, a corrente contínua fosse mais popular entre os cientistas, estes começaram a descobrir os benefícios da corrente alternada.

Várias décadas depois, Thomas Edison inventou um sistema de corrente contínua para ser usado para iluminação pública. Inversamente, George Westinghouse comprou patentes da energia CA a Tesla e construiu o seu sistema de energia CA. A Corrente Alternada emergiu como a vencedora e até agora ainda é a fonte mais popular de corrente elétrica. Também levou à instalação de um sistema AC pela empresa Westinghouse na então nova central hidroelétrica localizada nas Cataratas do Niágara. Começou também a dar nome à eletricidade CA entre os consumidores.

A Guerra das correntes

Thomas Edison, um prolífico inventor dos séculos XIX e XX, detém o recorde da maioria das patentes americanas por uma só pessoa. Quando se trata de tecnologia, ele era normalmente um vencedor. Mas havia uma área importante onde Edison perdeu – e perdeu muito. Foi chamada de “Guerra das Correntes” e colocou Edison e o seu apoio à eletricidade de corrente contínua (corrente contínua) contra engenheiros como George Westinghouse e Nikola Tesla, que apoiavam a corrente alternada (corrente alternada).

Na década de 1880, a iluminação incandescente era o objetivo principal, e a DC era tão boa como a AC. Mas uma tempestade estava se formando, e se concentrava em que tipo de energia, CA ou CC, seria melhor para a geração de energia, motores elétricos e transmissão de energia.

A guerra chegou ao fim em 1893, quando o contrato de fornecimento de eletricidade para a Feira Mundial de Chicago foi adjudicado à Westinghouse, cuja proposta, utilizando CA, ficou mais de 30% mais barata do que a da Edison. Nesse mesmo ano, a Niagara Falls Power Company decidiu optar pela produção de eletricidade AC para a cidade de Buffalo e assinou também com a Westinghouse e Tesla.

Estas duas grandes vitórias foram parte das mudanças que ocorreram rapidamente na década de 1890 e que colocaram o nosso país no caminho da energia CA. Vamos descobrir porque é que AC tinha a vantagem sobre DC.

Definição de Corrente Alternada

A corrente alternada é simplesmente o movimento da carga elétrica através de um meio que muda de direção periodicamente. Isto contrasta com a corrente contínua (CC), onde o movimento da carga é apenas num sentido e é constante. A corrente (em amperes) é uma medida da quantidade de carga elétrica que passa por um ponto num determinado período de tempo. A corrente é uma força eletromotriz chamada tensão (em volts). Se a corrente é alternada, então a tensão também deve alternar, mudando a polaridade num ciclo regular. Aqui está a tensão típica, sinusoidal, de corrente alternada nas residências americanas, oscilando a 60 Hz.

Desde cedo, Tesla e Westinghouse perceberam que, para que a energia elétrica fosse prática, tinha de ser transmitida de forma eficiente a grandes distâncias. A energia hidroelétrica era uma das primeiras preferidas, e as fontes de energia hídrica adequadas estavam por vezes a centenas de quilómetros de distância do destino.

Tanto a corrente alternada como a corrente contínua têm perdas de energia em linhas longas devido à resistência dos fios. Para uma potência fixa, uma tensão mais elevada resulta numa corrente mais baixa através da linha elétrica, e uma corrente mais baixa significa menores perdas na linha elétrica.

Os primeiros engenheiros perceberam que a tensão muito alta é necessária para uma transmissão de energia eficiente. Hoje em dia, as linhas elétricas de longo curso operam com tensões superiores a 300 000 volts para minimizar as perdas de energia! Utilizando transformadores, é fácil aumentar a tensão CA para estes níveis elevados e depois inverter o processo no final do consumo. A tensão DC não funciona num transformador. Por causa dos transformadores, o AC ganhou como o favorito para a transmissão de energia.

Vantagens do corrente alterna sobre o corrente contínua:

Todos nós sabemos que temos abastecimento de corrente alterna nas nossas casas e temos este abastecimento transmitindo ac a longas distâncias. AC pode ser transmitido utilizando transformadores step up, mas a corrente contínua não pode ser transmitida por este método.

• O ac é fácil de gerar do que o dc.
• É mais barato gerar corrente alternada do que corrente contínua.
• Os geradores ac têm maior eficiência do que os geradores dc.
• A perda de energia durante a transmissão é negligenciável para o ac.
• O ac pode ser facilmente convertido em dc.
• A variação do ac pode ser facilmente feita utilizando transformadores quer para cima, quer para baixo.
• O valor ou magnitude do ac pode ser facilmente diminuído sem perda de excesso de energia. Isto pode ser feito utilizando bobina de asfixia.

Regras DC no Mundo da Eletrónica

Qualquer pequeno dispositivo que dependa de uma bateria utiliza corrente contínua, e o fluxo de eletrões de um terminal para o outro através de um circuito é a forma como a maioria dos alunos do ensino secundário compreende o fluxo de corrente. Ao contrário da corrente AC, que muda de direção várias vezes por segundo, a corrente contínua flui de forma fiável na mesma direção. Isso é importante no mundo dos semicondutores, LED’s e transístores. Cada vez que a corrente CA muda de direção, há uma perda momentânea de energia. O momento é infinitesimal, mas é suficiente para afetar os dispositivos sensíveis que se tornaram comuns no mundo informático moderno.

Um retorno à transmissão de corrente contínua?

As correntes CA e CC podem ser ambas transmitidas através de linhas elétricas, mas na ausência de um transformador progressivo, a transmissão de energia CA é menos eficiente. A eletricidade CA tende a viajar na superfície do fio e perde energia ao longo da distância devido ao efeito de pele e ao acoplamento capacitivo, enquanto que a eletricidade CC viaja através de todo o fio.

Desde os dias de Tesla e Edison, os engenheiros desenvolveram formas de aumentar a tensão da energia de corrente contínua com transformadores. Uma vez que as grandes centrais solares e outras fontes de energia renováveis geram energia em corrente contínua, a sua transmissão como corrente contínua eliminaria a necessidade de conversão por inversores, que desperdiçam energia através da perda de calor.

Aplicações da Corrente Alternada

Os pontos de tomada em casa e no escritório são quase sempre AC. Isto porque gerar e transportar corrente alternada através de longas distâncias é relativamente fácil. Em tensões elevadas (mais de 110kV), perde-se menos energia na transmissão de energia elétrica. As tensões mais elevadas significam correntes mais baixas e as correntes mais baixas significam menos calor gerado na linha de eletricidade devido à resistência. A corrente alternada pode ser facilmente convertida de e para altas tensões utilizando transformadores.

A corrente alternada também é capaz de alimentar motores elétricos. Motores e geradores são exatamente o mesmo dispositivo, mas os motores convertem energia elétrica em energia mecânica (se o eixo de um motor é girado, é gerada uma tensão nos terminais!). Isto é útil para muitos aparelhos grandes como máquinas de lavar louça, frigoríficos, etc., que funcionam em corrente alternada.

Mais barata e mais forte

As linhas elétricas de alta tensão transportam energia para cidades de todo o mundo. Porque é que usamos energia elétrica de corrente alternada em todo o mundo? É mais barato e mais fácil fazer aparelhos para a corrente alternada. É menos caro porque pode aumentar e diminuir a corrente para a corrente alternada muito facilmente. Os interruptores para corrente alternada são também menos dispendiosos de fabricar.

Provavelmente a maior vantagem da CA é que você pode usar altas tensões com pequenas correntes para reduzir as perdas quando transmite energia. Lembre-se que a perda de energia aumenta quanto mais colisões tiver, e a redução da corrente diminui a quantidade de colisões (e reduz o aquecimento dos fios). Pode enviar energia com corrente contínua, mas a transmissão de energia contínua perde muita energia. Teria de fazer muito mais esforços para enviar energia CC na mesma distância.
 

✔️ Vejamos Agora as Vantagens Da Corrente Alternada ✔️

👍 Vantagem: Eficiência na transmissão de energia

Embora no início as correntes elétricas CA e CC perdessem a transmissão quando eram utilizadas linhas longas, a Westinghouse e a Tesla utilizavam linhas de transmissão de alta tensão para resolver este problema. Antes, a energia é comprometida para conseguir uma transmissão estável. Isto é devido à resistência dos fios utilizados. Sempre que são utilizadas linhas longas de transmissão, a energia é perdida. Uma vez que a alta tensão usada para ter um fornecimento estável de energia elétrica e corrente mais baixa passa através da linha de electricidade, isto também resulta numa menor perda de energia.

👍 Vantagem: Produção de Energia Elétrica

Após a invenção da Corrente Alternada (CA), o gerador de CA foi também inventado. Isto levou à invenção dos geradores hidroelétricos de corrente alternada que ainda hoje são utilizados. Em comparação com a geração mecânica a partir de corrente contínua, é mais simples.

👍 Vantagem: Consumo Possível de Energia Elétrica

Com a ausência de comutadores e escovas que as máquinas de corrente contínua utilizam para gerar eletricidade, o consumo de energia é também uma das vantagens da Corrente Alternada. O primeiro motor de indução CA foi patenteado pela Tesla no final do século XIX e que era utilizado em paralelo com a corrente alternada. Esta inovação chegou às fábricas nos Estados Unidos. Agora, esta contribuição para a engenharia continua a ser utilizada pelas famílias e é utilizada para alimentar ventiladores elétricos, trituradores de lixo e compressores para ar condicionado. É também preferível a sua utilização do que a sua contrapartida.

👍 Vantagem: Fornece uma melhor iluminação

As lâmpadas incandescentes ou lâmpadas tornadas práticas por Thomas Edison podem funcionar tanto em corrente alternada como em corrente contínua, mas as lâmpadas fluorescentes mais práticas utilizam alta tensão. Estas lâmpadas utilizam gás como vapor de mercúrio, árgon e alta voltagem, tornando possível a produção de espectro ultravioleta. AC é a forma mais prática de energia elétrica a utilizar, especialmente que as lâmpadas fluorescentes mais compactas estão a tornar-se populares.

👍 Vantagem: Mais baixo em custo e disponibilidade

A corrente alternada também está disponível em abundância e diz-se que é menos cara. Em comparação com a corrente contínua, a disponibilidade de corrente alternada é melhor e tem um custo inferior ao da corrente contínua, que também fornece uma corrente inferior. Estas duas características tornam-na mais prática e preferível do que a sua contraparte.

❌ Vejamos Agora as Desvantagens da Corrente Alternada ❌

👎 Desvantagem: Caro em automóveis

Os críticos argumentam que a CA, quando utilizada em automóveis, pode ser impraticável em termos de custos. Actualmente, os automóveis Tesla Modelo S dão aos potenciais compradores de automóveis a opção de converter AC para DC ao cobrar. Oferece uma maior velocidade de carregamento, mas é apenas limitada.

👎 Desvantagem: Necessidade de Isolamento

As pessoas que não são a favor da Corrente Alternada argumentam que as altas tensões, essenciais para fornecer energia elétrica fixa a partir da corrente alternada, exigem um maior isolamento, o que, por sua vez, aumenta a dificuldade do seu manuseamento em segurança. Isto torna mais perigoso trabalhar com corrente alternada do que com corrente contínua.

👎 Desvantagem: Questões relativas aos geradores de corrente alternada

Para a fácil conversão da corrente alternada em tensões variadas, a corrente alternada precisa de fazer funcionar os eletrões para trás e para a frente. Isto provoca a subida e descida dos campos magnéticos e, para o conseguir, é necessária muita energia. Contudo, os geradores de corrente alternada geram o tipo errado de eletricidade. É por isso que alguns utilizadores preferem outras técnicas de transmissão de corrente contínua em vez da utilização de corrente alternada que necessita de um reforço das subestações a cada 400 milhas (ca. 644 km), algo que os críticos consideram impraticável quando utilizado em cabos submarinos.

👎 Desvantagem: Causa Calor e Faísca

Os opositores da energia CA dizem que ela é propensa ao aquecimento e às faíscas que podem provocar incêndios e choques elétricos. Isto porque os geradores CA necessitam de produzir correntes elevadas. Isto também torna o gerador de CA menos durável que o gerador de CC. Para além da energia desperdiçada quando um gerador CA arranca e continua sempre que é transformado e até à transmissão final de CA para CC, tal como acontece nos dispositivos eletrónicos, a transmissão em linhas pode ser perigosa, especialmente quando utilizada de forma irresponsável, como os utilizadores de telemóveis que utilizam cargas inferiores enquanto usam o telefone. Quando o carregador aquece, por vezes resulta em explosão e até em morte.

👎 Desvantagem: Necessidade de Inversores

Os críticos da energia CA comentam a utilização de inversores para transformar a eletricidade das baterias em CA quando utilizadas em sistemas de energia doméstica. Dizem que isto é uma despesa adicional e pode ser dispendioso. Para além disto, há também os resíduos associados à energia convertida que podem situar-se entre 5% e 15%. Além disso, a maioria dos aparelhos concebidos para a utilização de corrente alternada é um desperdício em termos de consumo.

📝 Conclusão

A Corrente Alternada (CA) continua a ser popular na maioria das aplicações, apesar das vantagens que lhe são atribuídas. Tal como a sua contraparte, a Corrente Contínua (CC), tem as suas vantagens e desvantagens, mas mesmo assim, os benefícios oferecidos pela CA superam os seus inconvenientes.

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