Cuidados em Eletricidade e Choque Elétrico

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1 1 - Cuidados em eletricidade Observações Gerais No caso de eletricidade, sempre existe o risco de choque elétrico. No caso de circuitos com tensões de alguns volts, praticamente não existe risco de choque elétrico, exceto no caso de se colocar condutores na boca, partes internas do organismos ou vasos sanguíneos. Tensões de algumas dezenas de volts podem apresentar riscos, dependendo das condições, e tensões de centenas de volts são extremamente perigosas em quaisquer condições, podendo ser fatais. Se alguns volts são usualmente inofensivos para o organismo humano, certos instrumentos ou componentes eletrônicos podem ser facilmente danificados, mesmo para tensões ou correntes elétricas muito baixas. Por exemplo, um bom galvanômetro pode ter corrente de fundo de escala de 10 A. Uma pilha pequena comum pode fornecer corrente aproximadamente vezes maior que esta e destruir o galvanômetro. Existem certos transistores e circuitos integrados que podem ser danificados apenas com a eletricidade estática das mãos ou quando submetidos a medição com ohmímetro, por exemplo. Instrumentos de medição não são aparelhos comuns, tais como eletrodomésticos, para serem usados por leigos em eletricidade. Muitas vezes, apesar de caros e bastante precisos, são muito delicados no que se refere à operação inadequada, não só do ponto de vista elétrico, mas também no que se refere a aspectos mecânicos, térmicos, ambientais e outros. Um simples descuido na escolha da escala de um multímetro pode resultar na destruição de seus circuitos internos. Mesmo se a escala é adequadamente escolhida, ainda existem limitações. Por exemplo, se um amperímetro é ajustado para medir 10 A, esta corrente aquece bastante a resistência "shunt" interna de um amperímetro comum. Isto significa que esta medição deve ser feita rapidamente. Qualquer utilização de componentes eletrônicos sempre deve ser precedida de um cuidadoso exame dos valores máximos para a potência, tensão e corrente elétricas, especificados para os componentes. No caso de instrumentos de medição sempre deve ser analisada a adequação do instrumentos e escolha da escala mais adequada. Como regra geral, deve-se iniciar a medição com escalas de fundos de escala mais altos, reduzindo-se o fundo de escala posteriormente. Como regra geral, deve-se evitar todos os limites extremos de máxima solicitação dos instrumentos e componentes, durante tempo prolongado. Geralmente, o regime de máxima solicitação é especificado para tempos curtos ou condições ideais de resfriamento. Fusíveis de proteção dificilmente se queimam por acaso. Quando ocorrer a queima de fusível, deve-se procurar estabelecer a causa, antes de religar os circuitos. Se um instrumento ou componente não funcionar como esperado, deve-se estabelecer a causa, conferindose cuidadosamente os circuitos. 0 que nunca deve ser feito é a substituição do instrumento ou componente, antes de se esgotar todas as outras possibilidades de falhas. Em caso de dúvidas ou problemas a respeito dos componentes, circuitos ou instrumentos deve-se consultar o professor. Mas deve ser observado também que é bastante instrutivo analisar o circuito e resolver os problemas por conta própria. A seguir, são resumidos alguns cuidados importantes. Tais recomendações deveriam ser relidas periodicamente ao longo do curso pois, muitas delas, serão pouco compreensíveis numa primeira leitura Regras gerais para manuseio de componentes eletrônicos e equipamentos que utilizam eletricidade Observar as precauções para evitar choque elétrico, no ítem 2; Os botões de controle dos instrumentos devem ser manipulados com delicadeza, mas com decisão, exercendo apenas a força suficiente e necessária para o acionamento dos mesmos; Painéis e visores de instrumentos além de alguns componentes eletrônicos digitais como memórias e portas digitais nunca devem ser tocados com as mãos ou com os dedos, pois ficam sujos, engordurados e riscados, sendo muito difícil limpálos. Particularmente delicados são as marcações escritas em painéis de osciloscópios e outros instrumentos, que se apagam devido ao atrito com os dedos. Assim, deve-se evitar esfregar o painel do instrumento ao manusear os botões. No caso de 1

2 componentes sensíveis as mãos assim como o corpo todo, pode conter cargas estática acumuladas, que podem danificá-los ao serem manipulados de forma inadequada; Nunca mudar a função de um multímetro, sem desconectá-lo do circuito. Por exemplo, se um multímetro está sendo usado como voltímetro e deseja-se trocar para amperímetro, deve-se desconectá-lo completamente do circuito; 0 ohmímetro de um multímetro só pode ser usado para medir resistências isoladas. Isto é, nunca usar o ohmímetro para medir resistências conectadas num circuito. Quando não existem correntes no circuito, a medição será incorreta, em geral; mas se existirem correntes no circuito, os circuitos do ohmímetro poderão ser destruídos; Nunca usar o ohmímetro para galvanômetros e outros dispositivos ou componentes delicados, sem exame prévio cuidadoso. 0 ohmímetro aplica tensão ao objeto sob medição. Isto significa que componentes delicados podem ser danificados pelo ohmímetro; 0 amperímetro de um multímetro deve ser usado com bastante cuidado, pois uma tensão de alguns volts no amperímetro pode significar correntes excessivas no mesmo; Instrumentos de medição não devem ser desligados quando em uso. Assim, multímetros, osciloscópios e freqüencímetros devem ser permanecer ligados no decorrer de uma experiência. Ligar e desligar instrumentos é mais prejudicial do que mantê-los ligados, em regime normal de operação; Fontes ajustáveis de baixa tensão também devem ser mantidas ligadas, abaixando-se a tensão suavemente quando necessário e desconectando-a do circuito; No caso de fontes ajustáveis de alta tensão, a tensão deve ser abaixada a zero, desligada e desconectada do circuito, quando for necessário fazer manipulações; Evitar a utilização de fonte ajustável de tensão em regime de alta corrente e baixa tensão, durante tempo prolongado. Ao contrário do que pode parecer à primeira vista, a solicitação máxima de uma fonte de alimentação comum ocorre justamente quando a tensão de saída é baixa e a corrente alta; Durante tempo prolongado, evitar corrente máxima de uma fonte de alimentação ou pilha, evitar a tensão ou corrente máxima especificada para componentes, evitar medição de corrente máxima de um multímetro nos maiores fundos de escala ( > 5 A), evitar regime de máxima luminosidade de um osciloscópio e assim por diante. Quando ocorrer a queima de fusível, deve-se procurar estabelecer a causa, antes de religar os circuitos. Nunca substituir um instrumento ou componente antes de ter absoluta certeza de que é o instrumento ou componente que não está funcionando corretamente. 2 - Choque elétrico Efeitos da corrente no corpo humano O corpo humano é muito sensível à passagem da corrente elétrica. Isto ocorre porque as atividades musculares, incluindo a respiração e os batimentos cardíacos são controlados por correntes elétricas internas. A passagem de uma corrente elétrica de origem externa pode resultar em graves descontroles, tais como paralisia respiratória, fibrilação ventricular ou parada cardíaca. Os principais efeitos da corrente elétrica alternada de 60 Hz são reunidos na Tabela 1. (conforme Referências 1, 2 e 3). Os resultados apresentados são deduzidos de experiências com animais e análise de acidentes, sendo, portanto bastante aproximados. Vários dos efeitos considerados devem ser entendidos no sentido que têm grande probabilidade de ocorrer. Além disso, tais efeitos podem variar de uma pessoa para outra, conforme a idade e podem ser muito mais graves em pessoas cardíacas. A fibrilação ventricular se caracteriza por movimentos de contração não coordenados dos ventrículos, resultando em grande diminuição da ação de bombeamento sanguíneo. A fibrilação ventricular pode levar à morte se o batimento cardíaco normal não é restabelecido com técnicas médicas de desfibrilação. Existe um período vulnerável no ciclo de batimento cardíaco que é o início da chamada fase T do eletrocardiograma 1. Nesta fase, uma corrente de duração de 100 ms pode provocar fibrilação ventricular. Assim é 2

3 um engano supor que um choque rápido não é perigoso. Um outro aspecto a ser considerado é o percurso da corrente elétrica no corpo humano. Correntes da ordem de 50 A pelo coração podem provocar fibrilação ventricular, enquanto que 500 ma entre os dedos polegar e o indicador pode provocar somente queimadura. Como limites absolutamente seguros para corrente em um choque elétrico podem ser considerados os valores 2 de normas internacionais para limites de fuga de corrente em aparelhos eletrônicos, dados na Tabela 2. Como pode ser visto, limites considerados seguros são bastante pequenos. Em particular, certos instrumentos médicos introduzidos diretamente em vasos sanguíneos são muito mais perigosos, pois a corrente vai diretamente ao coração. A seguir são discutidas as duas situações mais comuns e perigosas de choques elétricos, mostradas na Figura 1. Figura 1: (A) Choque entre uma das mãos e a terra. (B) Choque entre as duas mãos Choque entre uma das mãos e a terra A corrente elétrica que circula pelo corpo é dada aproximadamente por: V I R onde R é a resistência elétrica efetiva, correspondente ao percurso da corrente entre o ponto de contato com o condutor e a terra. Esta resistência pode variar enormemente, dependendo dos seguintes fatores: Acoplamento entre a mão do indivíduo e o condutor, que depende da umidade da pele, da área de contato e outros fatores; Resistência elétrica interna do corpo associada ao percurso, que é relativamente baixa; Freqüência da corrente elétrica; Acoplamento entre os pés do indivíduo e o piso; Acoplamento entre o piso e a própria terra; Ambientes molhados ou mesmo úmidos são perigosos porque melhoram os acoplamentos, diminuindo a resistência efetiva. Como medida de prevenção contra choques elétricos, nunca se deve tocar em um condutor sem isolação adequada. Muito menos, se deve agarrar um condutor, pois a contração muscular pode resultar em aperto ainda maior do condutor. Sapatos com sola grossa de borracha e piso com bom revestimento isolante constituem uma boa proteção adicional contra choque entre a mão e a terra, no caso de instalação residencial (120V). Em ambientes molhados tais proteções podem ser inúteis. No caso de altas tensões ( 500 V ou maior), a corrente elétrica pode ocorrer através de rachaduras ou fissuras no isolante ou ainda, pela superfície do mesmo, dependente da umidade, sujeira e outros fatores. Isto significa que, no caso de alta tensão, sapatos de sola grossa e pisos isolantes comuns podem ser cuidados completamente inúteis, mesmo em ambientes secos Choque entre uma das mãos e a outra Esta situação é muito mais perigosa que a anterior. Isto porque todos os cuidados de isolação em relação a terra tornam-se completamente inúteis e, além disso, o percurso da corrente passa diretamente pelo coração, com mais probabilidades de provocar fibrilação ventricular ou outros efeitos graves. A resistência R do corpo entre as mãos suadas pode ser da ordem de Agarrando-se, um em cada mão, os fios de uma tomada elétrica comum ( 120 V entre uma fase e o neutro), a corrente é: V I 60 R m A Esta corrente é suficiente para provocar paralisia respiratória, fibrilação ventricular e inconsciência. A regra básica de prevenção contra choque elétrico entre as duas mãos consiste em nunca usar as duas mãos 3

4 simultaneamente em pontos diferentes de um circuito elétrico. Em particular, não se deve pegar dois fios, mesmo isolados, com mãos diferentes e nem manusear aparelhos diferentes simultaneamente. Técnicos que trabalham em instrumentos com alta tensão costumam dizer que deve-se trabalhar com uma das mãos no bolso. O manuseio do multímetro para medição em circuitos com tensões relativamente altas deve ser feito com cuidado. As pontas de prova nunca devem ser manuseadas com mãos diferentes, simultaneamente Ligação de instrumentos a terra Um dos cuidados mais importantes para prevenção de choque elétrico é a ligação de caixas metálicas de instrumentos ou aparelhos a terra, como mostrado na Figura 2. O aterramento de instrumentos que utilizam eletricidade é feito enterrando-se cabos ou fios condutores em terra úmida, juntamente com sais e outras substâncias, de forma a se obter alta condutância elétrica entre os condutores e a terra. O fio terra como é chamado os fios ligados a terra é caracterizado por uma resistência R T que deve ser a menor possível, como discutido a seguir. Se uma caixa metálica de um aparelho é ligada ao fio terra, pode existir uma corrente elétrica i da caixa para a terra. Assim, a diferença de potencial entre a caixa e a terra é: estão no mesmo potencial; Prevenção de descargas elétricas intensas (faíscas) entre instrumentos diferentes, quando as caixas dos mesmos se tocam. Instrumentos mais delicados podem ser danificados com tais faíscas; Em instrumentos de medição, interferências de campos elétricos externos (ruídos) diminuem, pois as caixas realizam uma blindagem mais eficiente; O potencial da terra é um potencial de referência bastante conveniente e estável para medições elétricas. Toda instalação elétrica, mesmo residencial, deveria ter um terra local e terminais para ligação neste fio aterrado. Assim, as tomadas elétricas deveriam ter um terceiro pino para esta ligação. O fio terra deve ter resistência suficientemente baixa, tendo em vista sua finalidade. Por exemplo, podese admitir uma corrente de 100 A num curto-circuito num aparelho. Conforme a Equação 1, se a resistência do fio terra é 100 m, a tensão no fio de ligação ao terra é V ft 10 V. Entretanto, este terra seria inútil para um banco de capacitores que, numa descarga acidental para a terra possa liberar 20 k A. Neste caso, a tensão V ft no fio terra seria 2000 V. VfT RT. i onde R T é a resistência do fio terra, se a resistência dos fios de ligação é desprezada. Assim, se a resistência da terra é muito pequena, a tensão V ft entre a caixa fonte e a terra é desprezível. O aterramento de caixas de aparelhos apresenta grandes vantagens, destacadas a seguir: Prevenção de choque entre a mão do operador e o piso, pois a caixa do aparelho está aproximadamente no mesmo potencial da terra. Particularmente perigoso é um chuveiro elétrico de carcaça metálica não aterrada; Prevenção de choque quando o operador manusear simultaneamente, aparelhos diferentes, pois estes Figura 2: Ligação de instrumentos a terra Um pára-raios pode conduzir dezenas de ka quando ocorre um raio. Assim, o cabo de ligação ao terra do pára-raios pode atingir milhares de volts e nunca deve ser usado como terra. Referências Bibligráficas 4

5 (Extraído de: Física Experimental 3, J. H. Vuolo, Instituto de Física, USP, São Paulo, 1999) 1. VUOLO, J. H., - Física Experimental 3 - São Paulo: Instituto de Física, USP, G. Gronich, - O Choque Elétrico - Revista Nova Eletrônica, Nº 3, pg. 342 (1977). 3. Heart Eletrocardiogram - Encyclopedia Britannica, Vol 11, pg. 223 (1971). 4. J.B. Marion, - General Physics with Bioscience Essays - John Wiley (1979). 5. M.A L. Martin - Saúde Ocupacional e Segurança - Vol. XXI/2, (1986). Anexo Tabela 1: Efeitos prováveis da corrente elétrica no corpo humano. Corrente (60 Hz) Duração Efeitos prováveis 0 a 0,3 ma Qualquer Nenhum 0,3 a 0.6 ma Qualquer Limiar de percepção 1 a 10 ma Qualquer Dor, Contração muscular, Descontrole muscular 10 a 25 ma Minutos Contração muscular, Dificuldade respiratória, Aumento da pressão arterial 25 a 50 ma Segundos Paralisia respiratória, Fibrilação ventricular, Inconsciência 50 a 200 ma Mais de um Paralisia respiratória, Fibrilação ventricular, ciclo cardíaco Inconsciência, Marcas visíveis Mais de 200 ma Menos de um Fibrilação ventricular, Inconsciência, Marcas ciclo cardíaco visíveis Mais de 200 ma Mais de um ciclo cardíaco Parada cardíaca, Inconsciência, Queimaduras Tabela 2: Valores máximos para corrente elétrica de fuga em aparelhos eletrônicos. Aparelhos em contato: apenas com a pele do corpo Aparelhos em contato: com o interior dos vasos sanguíneos - Corrente máxima aceitável: 300 A - Corrente máxima desejável: 100 A - Corrente máxima aceitável: 15 A - Corrente máxima desejável: 05 A 5