Aparelhos de ar-condicionado não são assassinos em série - Parte 01

fev, 2019

Prof. Dr. Paulo Henrique Oliveira Rezende

Prof. Dr. Isaque Nogueira Gondim

Prof. Dr. José Rubens Macedo Jr.

1.       Introdução

Os aparelhos de ar-condicionado ganharam escala industrial a partir do início do século XX, quando a primeira unidade moderna deste equipamento foi inventada em 1902 por Willis Carrier, em Buffalo, nos Estados Unidos. Atualmente, segundo dados da International Energy Agency [1], estes aparelhos são responsáveis por 10% do consumo global de energia elétrica, com previsão de que este percentual possa ser triplicado até o ano de 2050. No Brasil, segundo dados publicados pela mesma Agência, existem hoje aproximadamente cinco aparelhos de ar-condicionado para cada mil habitantes.

Esses aparelhos, particularmente os condicionadores de ar de uso doméstico, figuram frequentemente nos noticiários como sendo a causa de incêndios, muitos deles com consequências fatais, a exemplo da tragédia registrada na madrugada do dia 8 de fevereiro de 2019, no Centro de Treinamento do Clube de Regatas do Flamengo, popularmente conhecido como Ninho do Urubu. Contudo, poderiam mesmo esses equipamentos serem considerados verdadeiros serial killers? Bom, pelo menos sob o ponto de vista elétrico, certamente não.

Com o propósito de subsidiar essa última afirmativa, o presente artigo tem como objetivo fundamental a apresentação de argumentos técnicos visando não somente desmistificar a imagem injusta frequentemente atribuída aos aparelhos de ar-condicionado, como também apresentar as características físico-elétricas desses equipamentos, incluindo-se suas respectivas curvas de suportabilidade térmica e dielétrica, assim como apontar as possíveis (e mais prováveis) causas para os diversos incidentes comumente relacionados pela mídia a este tipo de equipamento.

2.       Causas externas x causas internas

Inicialmente, torna-se necessário destacar que existem apenas duas formas possíveis de dano elétrico em qualquer tipo de equipamento. A primeira delas refere-se à violação da suportabilidade dielétrica de um determinado equipamento conectado à rede elétrica, em decorrência de sobretensões transitórias ou permanentes. A outra possibilidade é a violação da suportabilidade térmica desses equipamentos em decorrência de sobrecorrentes, também de forma transitória ou permanente.

Nesse contexto, invariavelmente, uma das explicações apresentadas, até mesmo por profissionais da área de engenharia elétrica, diz respeito a possibilidade de causas externas às instalações dos consumidores serem as responsáveis pelos incidentes registrados, o que significaria, em termos práticos, direcionar a responsabilidade dos acontecimentos para as distribuidoras de energia elétrica. Nesse contexto, diferentes termos não técnicos são utilizados para apontar a origem externa do incidente, a exemplo de “picos de luz”, “picos de energia”, “disparos de tensão”, dentre outros.

Sob a perspectiva do sistema de distribuição de energia elétrica, os eventos passíveis de ocorrência podem ser classificados em dois tipos principais: interrupções do fornecimento e distúrbios de tensão. O módulo 8 dos Procedimentos de Distribuição [2], publicado pela Agência Nacional de Energia Elétrica, estabelece critérios, indicadores e limites para esses dois tipos de eventos, ambos relacionados com a qualidade da energia elétrica.

Sob o aspecto das interrupções do fornecimento, particularmente, ressalta-se que, por mais esmerados que sejam os esforços de manutenção da rede elétrica, tais interrupções sempre irão ocorrer, uma vez que muitas das causas associadas às mesmas não podem ser gerenciadas pelas distribuidoras de energia elétrica, a exemplo de vendavais, descargas atmosféricas, vandalismos, abalroamento de postes etc. De qualquer forma, eventos de interrupção do fornecimento de energia elétrica dificilmente provocam danos em aparelhos de ar- condicionado. Na maioria das vezes, esses eventos são acompanhados de subtensões durante o curto-circuito que ocasionou a interrupção do fornecimento. Apesar de nenhum equipamento elétrico ser passível de dano em função da ocorrência de subtensões, sabe-se que, devido às características de potência constante de alguns equipamentos, a exemplo dos aparelhos de ar-condicionado, poderão ocorrer sobrecorrentes associadas às essas subtensões, porém com amplitudes e durações que dificilmente resultariam na violação da suportabilidade térmica desses equipamentos.

Eventualmente, os equipamentos conectados nas fases sãs do sistema em falta, em função do deslocamento de neutro verificado durante o curto-circuito, podem ser submetidos a pequenas sobretensões até que ocorra a atuação do dispositivo de proteção contra sobrecorrente na rede da distribuidora local. De qualquer forma, conforme poderá ser verificado nas curvas de suportabilidade térmica e dielétrica apresentadas mais adiante [3], é muito pouco provável a ocorrência de incêndios, originados em aparelhos de ar- condicionado, em decorrência de eventos na rede elétrica das distribuidoras.

Por fim, ressalta-se que eventos com origem na rede das concessionárias de distribuição atingem consumidores em toda a adjacência elétrica do ponto em falta (com até quilômetros de distância), e não somente um consumidor específico. Esse fato reforça ainda mais a suposição de que a maioria dos incidentes elétricos, envolvendo aparelhos de ar-condicionado, possuem origem interna às instalações dos próprios consumidores.

Dentre as possíveis causas internas, tem-se a utilização de fiação ou conexões incompatíveis com a carga demandada pelos aparelhos de ar-condicionado. O uso de tomadas inadequadas, ou mesmo de dispositivos como os populares adaptadores de tomada em T, ou ainda os adaptadores de padrão de tomada, representa grandes riscos à segurança das pessoas, notadamente quando utilizados para a ligação de equipamentos de potência elevada como aparelhos de ar-condicionado e, principalmente, chuveiros elétricos. Outro agravante comumente encontrado nas instalações, principalmente nas instalações domésticas, é o mal dimensionamento (ou mesmo inexistência) dos dispositivos de proteção contra sobrecorrentes (como disjuntores) na ligação de cargas como aparelhos de ar-condicionado. Sem esses dispositivos de proteção, não há nada que possibilite a interrupção da corrente elétrica durante um curto-circuito, resultando em incêndios nas respectivas edificações em decorrência da superação da suportabilidade térmica de equipamentos, fios condutores ou outros dispositivos constituintes do circuito. Outro aspecto relevante é que muitas (senão a maioria) das instalações elétricas domésticas em nosso País são realizadas por pessoas com pouca ou nenhuma capacitação técnica para o assunto. Inclusive, não são raros os casos de eletricistas prestando seus serviços de casa em casa, sem nem ao menos terem concluído o ensino fundamental.

Algumas matérias, veiculadas em grandes redes de televisão, apontaram ainda a inexistência de dispositivos de proteção contra surtos (DPS) como sendo uma das prováveis causas de incêndios com origem em aparelhos de ar-condicionado. Será?

Aparelhos de ar-condicionado não são assassinos em série

Parte 02/02

abr, 2019

Prof. Dr. Paulo Henrique Oliveira Rezende

Prof. Dr. Isaque Nogueira Gondim

Prof. Dr. José Rubens Macedo Jr.

2.  Causas externas x causas internas – continuação

Não obstante a importância e a relevância desses dispositivos para a preservação da integridade dielétrica dos diversos aparelhos e equipamentos elétricos quando da ocorrência de sobretensões transitórias nas redes de energia elétrica, seja em decorrência de descargas atmosféricas ou manobras em equipamentos de rede, como bancos de capacitores, os mesmos não teriam efeito prático quando da ocorrência de curtos-circuitos em função de deficiências nas instalações dos próprios consumidores.

No que tange ao seu funcionamento, os dispositivos de proteção contra surtos elétricos (DPS) são componentes não lineares que entram em condução quando há um pico de tensão acima do seu nível de tensão de proteção. Na sua composição existe um varistor de óxido de zinco que se encontra associado a um dispositivo de segurança. Este varistor permite a passagem de corrente quando a tensão em seus terminais ultrapassa a tensão limite. Esta passagem de corrente é proporcional à tensão que o atinge, garantindo, desta forma, uma tensão de saída de valor inferior ao nível de tensão de proteção do dispositivo. A figura 1 ilustra o princípio operativo de um DPS típico.

 Figura 1 – Tensão no equipamento, (a) sem DPS e (b) com DPS

Como pode ser observado no exemplo da figura 1, para um transitório impulsivo de 4 kV de pico, o dispositivo (DPS) entra em operação limitando a tensão em 800 volts na entrada de alimentação do equipamento protegido, evitando-se danos dielétricos ao mesmo, uma vez que para o tempo de duração da sobretensão transitória (normalmente da ordem de ms), os aparelhos de ar-condicionado podem suportar tensões de até várias vezes a amplitude de sua tensão nominal de operação, como será mostrado no próximo tópico.

3.  Curvas de suportabilidade térmica e dielétrica para aparelhos de ar- condicionado

A fim de avaliar a consistência dos danos em equipamentos eletroeletrônicos, quando da ocorrência de fenômenos elétricos nas redes de distribuição, utiliza-se comumente o princípio da correlação entre causa e efeito, isto é, a comparação da intensidade dos distúrbios originados nas redes elétricas com os respectivos padrões dielétricos e térmicos dos equipamentos [3-7].

Neste contexto, os níveis de suportabilidade dielétrica e térmica, assim como a duração dos fenômenos incidentes sobre os mais distintos equipamentos empregados nas instalações residenciais, comerciais e industriais, se apoiam em relações matemáticas que resultam em curvas similares às indicadas nas figuras 2 e 3. Nessas figuras, o eixo vertical denota a grandeza de interesse (tensão ou corrente), enquanto que o eixo horizontal está intimamente vinculado com os tempos de duração dos correspondentes valores de tensão ou corrente. Estes desempenhos físicos, representados na forma de gráficos, traduzem os níveis de tensão e corrente considerados como admissíveis pelo equipamento. Um determinado distúrbio que conduza a valores acima dos delimitados irá, probabilisticamente, ser responsável por danos físicos e/ou operacionais sobre o equipamento.

No que tange ao levantamento das curvas de suportabilidade dos aparelhos condicionadores de ar, particularmente, são necessários testes de natureza destrutiva em vários modelos e marcas existentes no mercado. Estes testes são definidos conforme situações possíveis de ocorrência nas redes de distribuição, desde transitórios impulsivos (descargas atmosféricas), transitórios oscilatórios (chaveamento de banco de capacitores) a fenômenos na frequência industrial (como curtos-circuitos e variações de tensão de curta duração).

Para a obtenção da curva de suportabilidade térmica dos condicionadores de ar foram aplicados impulsos de corrente, no padrão 8 x 20 μs, em dois modelos distintos de equipamentos, sendo um deles um ar-condicionado convencional e o outro com a tecnologia inverter. Os resultados obtidos nesses testes estão apresentados na figura 2.

 Figura 2 – Curvas de suportabilidade térmica

Ao mesmo tempo, as curvas de suportabilidade dielétrica dos aparelhos de ar-condicionado foram obtidas através da aplicação de tensões considerando-se várias situações, desde transitórios até elevações de tensão na frequência industrial. Para exemplificação gráfica dos resultados advindos dos ensaios experimentais, a figura 3 apresenta a relação tensão x tempo para os aparelhos de ar-condicionado testados.

 Figura 3 – Curvas de suportabilidade dielétrica

Conforme observado nas figuras 2 e 3, os aparelhos de ar-condicionado mostraram-se bastante robustos em termos de suportabilidade dielétrica (comumente comprometida por eventos de origem externa às instalações), suportando amplitudes de até várias vezes a sua tensão nominal por alguns microssegundos, ou até duas vezes a sua tensão nominal por até alguns segundos. Já em relação à suportabilidade térmica (comumente comprometida por eventos de origem interna às instalações dos próprios consumidores), esses mesmos equipamentos se mostraram relativamente mais sensíveis, resultando, inclusive, na atuação de sua proteção térmica ou mesmo danos em seus componentes eletrônicos. Ressalta-se que essas possíveis causas internas, como já mencionado, estão associadas a falhas e inadequações dos circuitos elétricos das edificações, e não propriamente dos aparelhos de ar-condicionado. Nesse sentido, outros elementos do circuito, a exemplo da própria fiação elétrica da instalação, podem ter sua suportabilidade térmica comprometida antes mesmo do comprometimento da suportabilidade térmica do próprio aparelho de ar-condicionado, no caso de mal dimensionamento ou precariedade dessas instalações.

4.  Conclusões

O presente artigo mostra, pelo menos sob o ponto de vista elétrico, que os aparelhos de ar- condicionado continuam sendo uma das maiores invenções da humanidade visando um maior conforto para a vida das pessoas. A grande maioria (senão a totalidade) dos incidentes com vítimas fatais, associados a operação destes equipamentos, está relacionada com problemas ou deficiências nas instalações elétricas das próprias edificações, e não à suportabilidade térmica ou dielétrica desses equipamentos.

5.  Referências bibliográficas

• IEA, International Energy Agency. The Future of Cooling – Opportunities for energy- efficient air conditioning. OECD/IEA,
• ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica. Procedimentos de Distribuição – Módulo 8 – Qualidade da Energia Elétrica. Revisão 8, 2018.

• H. O. Rezende. Contribuições para os estudos computacionais de ressarcimento por danos elétricos: limites de suportabilidade e induções eletromagnéticas. Tese de doutorado, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016.
• N. Gondim. Contribuições para o Aplicativo APR: Novos Limites de Suportabilidade, Perturbações via Medições e Sistematização no Processo da Configuração da Rede Elétrica. Tese de doutorado, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2012.
• N. Gondim, J. A. Barbosa, J. C. Oliveira, C. E. Tavares, and A. C. Delaiba. Uma Estratégia para Obtenção dos Limites de Suportabilidade Dielétrica e Térmica de Equipamentos com Foco aos Pedidos de Indenização por Danos. Revista Eletrônica Potência – SOBRAEP, vol. 17, pp. 651–659, 2012.
• Technical Committee 3 (TC3) of the Information and T. I. Council. ITIC (CBEMA) curve Application
• D. Teixeira et al. Acceptable power quality limits to avoid damages in appliances.  WSEAS Trans. Circuits Syst., vol. 4, pp. 479–485, 2005.