A resistência elétrica é um material fundamental para a indústria. Entre as suas principais aplicações consiste na conversão de energia elétrica em energia térmica (por meio da dissipação de calor) e permitir o controle da voltagem em circuitos elétricos.
Por isso, se você pensou que resistência era só coisa de duchas, neste artigo vamos mostrar a você mais sobre os conceitos, as aplicações e os principais tipos de resistência elétrica, bem como os diferentes modos de propagação do calor. Continue conosco e boa leitura!
O conceito de resistência elétrica
Conceitualmente, resistência elétrica significa uma dificuldade imposta ao caminho percorrido pela corrente elétrica. Imagine um fio ligado aos dois polos de uma pilha. Os elétrons livres desse gerador de energia (no caso, a pilha) são fracamente presos ao núcleo e, por isso, começam a migrar por meio do condutor (fio), do menor potencial para o maior potencial.
Para entender o movimento ocasionado pela diferença de potencial elétrico, podemos fazer uma analogia com o potencial gravitacional. Enquanto no primeiro existe uma diferença de níveis de tensão (medida em Volts), no segundo existe uma diferença de níveis de altura.
Se colocarmos uma esfera sob uma tábua e essa tábua estiver apoiada por dois suportes com diferentes níveis de altura, certamente a esfera rolará da maior altura para a menor. Com a movimentação de elétrons acontece a mesma coisa, contudo nesse caso o deslocamento se dará do maior nível de tensão para o menor. Caso não haja desnível, não haverá movimentação da esfera ou surgimento de corrente elétrica.
Ou seja, esse movimento de elétrons é o responsável pela origem de uma corrente elétrica. Porém, durante esse caminho percorrido, ocorrem colisões entre os próprios elétrons livres e entre os elétrons e os átomos do condutor. Essa dificuldade de movimentação é a resistência elétrica, além de gerar dispersão de calor.
A unidade escolhida pelo SI (Sistema Internacional de Unidades) para se referir à resistência elétrica é o Ohm, representada pela letra grega Ω. Achou estranho? Esse nome é uma homenagem ao físico alemão George Simon Ohm. Ele foi o responsável por desenvolver a primeira teoria matemática para a explicação da condução elétrica nos circuitos. Valem a pena ser citadas as duas leis criadas por Ohm.
1ª Lei de Ohm
Essa lei informa que a corrente elétrica, medida em ampères — outro nome dado em homenagem a um físico, desta vez, o francês André-Marie Ampère — e simbolizada por I, é proporcional à diferença de voltagem entre os dois polos de um condutor, medida em volts e simbolizada por V (adivinha só, uma homenagem ao físico Alessandro Volta). O fator de proporcionalidade entre essas duas medidas é a resistência elétrica, conforme mostra a fórmula R = V/I.
2ª Lei de Ohm
Sabendo que a oposição ao caminho dos elétrons dá origem à resistência elétrica, facilmente identificamos os fatores que podem influenciar no seu valor. As grandezas envolvidas nesse cálculo são a largura, o comprimento, a natureza do material e a temperatura ao qual o material está sendo submetido.
Portanto, a grandeza de resistência de um condutor é proporcional ao seu comprimento e inversamente proporcional à sua área, uma vez que, quanto maior for o caminho, maior será a quantidade de colisões no trajeto, e quanto maior for a área, maior será a facilidade para a corrente elétrica percorrer o trajeto.
A equação dessa segunda fórmula é dada por R = ρ(L/A), em que:
“L” é a largura;
“A” é a área;
e ρ a resistividade, que representa o tipo de material e a temperatura a que está submetido.
Modos de propagação do calor
A propagação do calor é caracterizada pela transferência de temperatura entre dois corpos. Nessa situação, o calor passa do corpo mais quente para o corpo de menor temperatura. A natureza tende a buscar o equilíbrio térmico entre dois elementos em temperatura diversas. Existem três processos possíveis de ocorrer uma transferência de calor.
Condução térmica
No processo de transferência de calor de condução térmica, a energia é transmitida em uma interação subatômica de partícula para partícula. Desse modo, é essencialmente o meio de troca de calor entre materiais, mais notadamente no estado sólido, pois a interação entre átomos é maior.
Entre os materiais sólidos, encontramos aqueles que conduzem melhor o calor e, portanto, são denominados bons condutores térmicos, a exemplo dos metais. Em contrapartida, existem os materiais que não tem essa capacidade desenvolvida, e por isso são classificados como maus condutores ou ainda isolantes térmicos.
Convecção térmica
A convecção somente pode ocorrer em meios materiais que se apresentam em estado fluido. Assim, os líquidos, os vapores e os gases são os meios pelo qual esse modo de transferir calor se apresenta. Ele ocorre em materiais nesse estado por ocorrência da mudança de densidade, fruto da mudança de temperatura.
Quando um líquido (por exemplo) é aquecido em sua parte inferior (como uma panela com água sobre um fogão), a parte de baixo da massa de água sofre aumento de temperatura. Com isso, sua densidade diminui e ela fica mais leve. A parte de cima que está mais fria e mais densa desce. Nesse processo ocorre a formação de uma corrente de convecção, responsável pelo aquecimento de um material.
Irradiação térmica
Qualquer corpo aquecido estará quente, obviamente. Nessa situação ele naturalmente irradiará calor. Ou seja, ocorrerá a transferência de calor pelo fenômeno de irradiação.
Isso se dá por meio de ondas eletromagnéticas. Entre o espectro dessas ondas, a que tem maior efeito sobre o meio em que vivemos são as ondas infravermelhas. Mas existem outras ondas que também são capazes de transportar calor.
O maior exemplo disso é a luz do sol, que traz calor à Terra. Fica evidenciado, portanto, que o processo de irradiação não necessita de um meio material para propagar calor, como os processos de convecção e condução térmica. Só há vácuo no espaço e mesmo assim o calor do sol chega até nós.
Principais tipos de resistência elétrica
Resistência elétrica tubular
Em formato de tubo, é amplamente utilizada para aquecer de pequenos a grandes volumes de líquidos, gases e soluções. Essas resistências tubulares podem trabalhar com temperaturas na casa dos 450 °C. Além disso, têm alta durabilidade, resistência mecânica e podem ser moldadas com curvas ou outros formatos de acordo com a necessidade do usuário.
Sua qualidade está condicionada ao tipo de liga utilizada para a sua fabricação, e sua durabilidade depende de sua composição química, visto que poderá ser exposta a grandes alterações de temperatura e situações de oxidação. Normalmente, estão disponíveis em aço inox, cobre, titânio, chumbo e com revestimento de teflon.
Têm utilização bastante versátil e podem ser aproveitadas nas áreas domésticas, comerciais e industriais, ao atuar em residências, bares e restaurantes, indústrias, laboratórios químicos, moldes, prensas, cilindros e assim por diante.
Existem diversos tipos de resistência elétrica tubular:
tubulares de imersão;
fundida;
helicoidais;
sobre borda;
vareta;
microtubular;
em “U”.
Resistência elétrica cartucho
Leva esse nome por seu formato ser parecido com um cartucho de arma de fogo. Também é usada em fábricas para gerar calor.
Esse tipo de resistência elétrica é fornecida em dois tipos: alta carga e baixa carga. A diferença está na potência utilizada — a alta carga tem capacidade de atingir até o dobro da energia da convencional.
Fabricada para ter aplicações de alto rendimento em áreas reduzidas, é usualmente resistente a vibrações e impactos mecânicos, possuindo uma longa vida útil. Na maior parte das vezes, é acoplada num estampo de metal que terá sua temperatura aumentada e será utilizada para moldar ou prensar outro material.
Sua finalidade, geralmente, está ligada a máquinas de corte, soldas, equipamentos de empacotamento, estampas, aquecimento direto ou localizado, entre outros.
Resistência elétrica coleira
Com formato circular, esse tipo de resistência é empregado em máquinas que necessitem ser aquecidas em tubos ou em formato cilíndrico, por exemplo:
injetoras;
extrusoras de plástico;
tubulações;
tambores, entre outros.
Para que tenha o desempenho esperado, é fundamental que a resistência seja instalada com a face interna completamente em contato com a superfície que deseja aquecer. Para isso, é necessário verificar se a presilha de fixação dará a pressão adequada para que a conexão seja perfeita.
Essa resistência pode ter sua parte isolante feita em mica ou cerâmica. As feitas com cerâmica têm uma vida útil maior e são mais econômicas, já que suspendem o aquecimento quando a temperatura fim é atingida. As resistências fabricadas com mica são mais compactas e seguras.
Resistência elétrica espiral
Parecida com a espiral de um caderno, trabalha sustentando a corrente elétrica para evitar que picos aconteçam e danifiquem os circuitos, o que pode prejudicar o funcionamento de equipamentos ou maquinários e até gerar acidentes.
Também é utilizada para dissipar calor (que é uma segunda funcionalidade para esse tipo de resistência) em fornos domésticos, industriais e elétricos de baixa e alta capacidade.
É muito importante avaliar a necessidade de funcionamento de uma resistência espiral para saber em que temperatura irá trabalhar e, assim, escolher o material e a espessura dos fios que irão concebê-la. Quanto maior a espessura do fio, maior a temperatura suportada pela resistência.
Por ser fundamental para o funcionamento padrão de uma fábrica, é adequado tomar alguns cuidados para que a vida útil de todas as resistências elétricas industriais sejam prolongadas. Em função disso, sempre respeite a capacidade do material, para assim evitar uma sobrecarga. Aguarde o total resfriamento da resistência elétrica, de forma natural, antes de recolocar o maquinário em funcionamento.
Agir com esses cuidados ajuda a aumentar a vida útil da resistência elétrica, porém, em algum momento ela deverá ser trocada. Por isso, procure um fabricante que ofereça qualidade no material e confiabilidade no serviço.
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