Capítulo 15. Rede elétrica. Tomada para o computador

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1 Capítulo 15 Rede elétrica Tomada para o computador Computadores podem funcionar com tomadas residenciais. Entretanto podem funcionar melhor ainda e ficarem protegidos de possíveis problemas elétricos se for utilizada uma instalação apropriada para computadores. A instalação é baseada no uso da "tomada de 3 pinos" (figura 1), também conhecida como "tomada 2P+T". Possui três terminais: FASE, NEUTRO e TERRA. Figura 15.1 Tomada tipo 2P+T. Deve ser lembrado que o computador foi projetado para operar com a tomada 2P+T, e não com a comum. A maioria das empresas fabricantes de equipamentos para computação proíbe a instalação de seus produtos até que a tomada 2P+T esteja disponível no local. Muitas outras anulam a garantia do equipamento em caso de uso da instalação elétrica incorreta.

2 15-2 Hardware Total Esta tomada pode ser adquirida em lojas especializadas em material para instalações elétricas (ref. PIAL ). Caso não exista uma tomada deste tipo instalada no local onde ficará o computador, deve ser providenciada sua instalação conforme descrevemos nesse capítulo. Muitas vezes o usuário, na ansiedade de ver o computador funcionando, não toma o cuidado devido com a instalação elétrica e usa adaptadores ou retira o pino de terra da tomada do computador e utiliza uma tomada comum (própria para eletrodomésticos) como indicado na figura 2. Figura 15.2 Como NÃO deve ser feita uma ligação de um computador na rede elétrica. Apesar de funcionarem, as instalações da figura 2 podem causar a médio ou longo prazo vários problemas ao computador: a) O computador pode "dar choque" no usuário. b) Pode ocorrer um curto circuito quando o computador for conectado a outro equipamento como um monitor, uma impressora ou à linha telefônica através de modem. c) Em caso de defeito na fonte de alimentação, as placas podem ficar definitivamente danificadas apesar da existência do fusível. Aterramento Os equipamentos recebem a energia elétrica através dos fios fase e neutro. O terceiro fio, o terra, é apenas ligado à carcaça externa do equipamento. No fio terra não existe a alta corrente que passa pelos dois outros fios. O objetivo do terra é manter a carcaça externa do equipamento ligada a um potencial ZERO, o mesmo do solo, evitando que o usuário tome choques e fazendo com que cargas estáticas não se acumulem no equipamento, sendo rapidamente dissipadas para o solo.

3 Capítulo 15 Rede elétrica 15-3 Figura 15.3 Conexões do fase, neutro e terra no computador. A figura 3 mostra as ligações do computador na rede elétrica. A energia chega da concessionária em três fases e um neutro. Entre o neutro e cada uma das fases existe uma tensão de 127 volts (que chamamos informalmente de 110, mas na verdade são 127 volts). As três fases são senóides com diferença de fase de 120, o que resulta em exatamente 220 volts entre duas fases diferentes. Desta forma é possível obter tanto 110 volts (que na verdade são 127 volts) como 220 volts. Para obter 220 volts, basta usar duas fases diferentes. Em instalações de 127 volts, usamos dois fios: um fase e o fio neutro. O neutro normalmente é aterrado no poste. Este aterramento consiste em uma longa barra de cobre fincada no solo. Isto garante que o potencial do fio neutro é praticamente o mesmo da terra. Além desta ligação, o fio neutro costuma também ser aterrado na caixa de disjuntores. Partindo deste quadro de disjuntores, temos além dos fases e do neutro, um fio de terra. Este fio é ligado ao neutro no próprio quadro de disjuntores. Os três fios caminham juntos até a tomada do computador. Nas redes elétricas de 220 volts, as conexões são um pouco diferentes. Os três fios que chegam à tomada são o terra e dois fases. Nesse caso não é usado o neutro, toda a corrente passa entre as duas fases. O fase e o neutro (ou os dois fases, no caso de instalações de 220 volts) chegam à fonte de alimentação. O terra é ligado na carcaça do equipamento, e também no terminal negativo da fonte de alimentação. Em uma situação ideal, tanto o terra quanto o neutro que chegam ao equipamento têm uma tensão de 0 volts, e o fase apresenta uma tensão de 127 volts. Na prática isso infelizmente não ocorre. O primeiro problema é que devido ao uso de fiação inadequada (fios muito finos) e emendas nos fios, surge uma pequena queda de tensão ao longo dos fios. Na figura 4, estamos exemplificando uma situação crítica, na qual tanto o neutro como o fase sofrem uma queda de 10 volts. Sendo assim a tensão que chega ao

4 15-4 Hardware Total neutro do computador seria de 10 volts, e a tensão no fase seria de 117 volts. A tensão aplicada ao computador seria portanto de = 107 volts. Este valor é 15% inferior ao normal, que seriam 127 volts. Em geral a fonte de alimentação consegue operar com esta baixa tensão, mas a mínima queda na tensão da rede será suficiente para fazer o computador travar. Este problema pode ser resolvido com o uso de uma fiação melhor, ou então usando um estabilizador de voltagem. Figura 15.4 Problemas na rede elétrica. O outro problema mostrado na figura 4 é a falta de aterramento. O computador funcionará, mas a sua carcaça perderá a referência de tensão. Uma mínima fuga de corrente em um transformador da fonte ou do monitor será suficiente para induzir uma tensão elevada na carcaça, dando choque no usuário. *** 35% *** Figura 15.5 Formas de aterramento.

5 Capítulo 15 Rede elétrica 15-5 Existem 3 formas de resolver o problema, como vemos na figura 5. Além de instalar uma tomada de 3 pinos para o computador, devemos providenciar a ligação de um fio de terra: a) Ligar o fio de terra desde esta tomada até o quadro de disjuntores. b) Ligar o fio de terra em um cano de ferro ou vergalhão, na parede ou no chão, próximo ao computador. c) Ligar o terra no neutro. A melhor solução é ligar o fio de terra até o quadro de disjuntores, já que o mesmo é provavelmente aterrado. Mesmo que não seja aterrado, a ligação do fio neutro entre o quadro de disjuntores e o poste é feita por um fio de bitola larga, produzindo queda de tensão muito pequena, portanto o neutro neste ponto tem praticamente o mesmo potencial da terra. Um bom eletricista poderá fazer esta instalação, passando este novo fio pela tubulação, desde a tomada do computador até o quadro geral. Quando existem vários computadores em uma ou mais salas, é preciso que este fio de terra passe por todas as tomadas onde serão ligados computadores e equipamentos de informática. Outra solução aceitável é quebrar o chão ou a parede e procurar um vergalhão ou cano de ferro. Canos de cobre da tubulação de água também podem ser usados. É preciso então soldar neste cano ou vergalhão, um fio que será usado como terra. Este fio de terra pode ser estendido pelas demais tomadas onde serão ligados computadores e equipamentos de informática. Será então preciso contar com os serviços de um eletricista/pedreiro/soldador. E um pintor para arrumar tudo no final. A terceira solução também é aceitável, mas tem algumas desvantagens. Muitos eletricistas mais rigorosos a condenam. Consiste em interligar na própria tomada, os fios terra e neutro. Vimos que o neutro tem o mesmo potencial que a terra, pelo menos no poste e no quadro de disjuntores. Devido a quedas de tensão ao longo da fiação, o potencial elétrico do neutro pode ser elevado, fazendo com que este ponto seja um terra ruim. Ainda assim é aceitável para instalações onde existe um único computador e que não esteja ligado em rede a outros computadores. Portanto este método tem a desvantagem de manter a carcaça do computador em um potencial baixo porém elevado para um terra. Com 10 volts não chegamos a sentir choque, e com tensões acima deste valor o próprio computador terá dificuldades de funcionar, mesmo sem o aterramento. Um outra desvantagem deste método

6 15-6 Hardware Total é que se algum eletricista distraído fizer alterações na instalação elétrica e inverter os fios fase e neutro, a carcaça do computador ficará ligada ao fase, resultando em um grande choque no usuário. Apesar de menos recomendável, ligar o terra no neutro é o método menos trabalhoso, e seu uso é válido desde que: 1) A queda de tensão no neutro não seja superior a 5 volts. Isso normalmente ocorre, e pode ser confirmado com um multímetro. Para fazer a medida, ligue todos os equipamentos elétricos do local onde está o computador, acenda todas as luzes e o ar condicionado. Use um fio longo para medir a tensão AC entre o neutro da tomada e o neutro no quadro de disjuntores. Verifique se esta tensão é inferior a 5 volts. 2) Também é necessário que este método não seja aplicado para computadores que estejam ligados em rede. É preciso utilizar uma única tomada para ligar o computador e todos os seus periféricos. 3) Lembre-se que não pode ser feita inversão entre os fios fase e neutro, portanto tome cuidado com o trabalho de pedreiros e eletricistas distraídos. Vamos então mostrar como é feita a ligação C, ou seja, ligando o neutro com o terra. Se você quiser fazer melhor, pode ligar o terra no quadro de disjuntores (método A) ou em um vergalhão ou cano de metal (método B). Seja qual for o caso, você precisará do seguinte material: - Alicate de corte e alicate de bico - Fita isolante - Fio bitola 16 - Chave de fenda - Testador NEON O testador NEON é necessário para identificar qual é o fio fase da tomada. O testador tem dois terminais. Um você deve segurar com a mão, e com a outra mão tocar no chão ou na parede. O outro terminal deve ser ligado ao fio da tomada. Se a lâmpada NEON acender, então o fio é o FASE. A figura 6 mostra dois tipos de testadores NEON. Um deles tem a lâmpada no centro e dois fios que correspondem aos terminais. O outro é uma chave de fenda com uma lâmpada neon no interior. Segure no terminal 2 e toque o terminal 1 no fio a ser testado.

7 Capítulo 15 Rede elétrica 15-7 Figura 15.6 Testadores NEON. Siga o seguinte roteiro: 1) Desligue a chave geral que alimenta a tomada de dois pinos. 2) Desmonte a tomada de dois pinos e separe seus dois fios. Os dois fios devem ter suas extremidades desencapadas como mostra a figura 7 Cuidado para não encostar um fio no outro, o que causaria um curto circuito. Figura 15.7 Instalação de uma tomada de 3 pinos. 3) Ligue chave geral. 4) Com um testador neon identifique qual dos fios é o FASE e qual é o NEUTRO. Coloque uma indicação nos fios, por exemplo, uma etiqueta. 5) Desligue novamente a chave geral 6) Faça a ligação dos fios na tomada de 3 pinos, como mostra a figura 7. 7) Ligue um pedaço de fio entre o TERRA e o NEUTRO. 8) Use fita isolante para envolver as conexões, evitando assim possíveis curtos-circuitos.

8 15-8 Hardware Total 9) A tomada deve ser aparafusada em sua caixa na parede e sua tampa (conhecida como "espelho") deve ser colocada. O computador pode ser ligado diretamente a esta tomada na parede. Se for usado um estabilizador de voltagem, este deve ser ligado à tomada da parede e o computador fica ligado no mesmo, como indica a figura 8. Figura 15.8 Ligação do estabilizador de voltagem. O ideal é que a ligação entre o terra e o neutro seja feita em uma única tomada, e que todos os equipamentos sejam ligados nesta tomada, através de estabilizador ou extensão de tomadas. Se for preciso fazer esta instalação em duas ou mais tomadas de uma mesma sala, faça a ligação entre terra e neutro apenas na tomada que estiver mais próxima do quadro de disjuntores. Nas demais tomadas, não ligue o terra no neutro. Ao invés disso, puxe o fio terra da primeira tomada até as demais tomadas. Análise do aterramento Vejamos agora os efeitos do consumo de corrente sobre as tensões da rede, tensão do neutro e aterramento. A figura 9 mostra duas situações. Em (A), os computadores e equipamentos estão todos desligados, e em (B) estão todos ligados. Usamos exemplos reais da instalação de um pequeno CPD em uma sala, com 5 computadores, 5 monitores duas impressoras a jato de tinta e uma impressora a laser. O ponto indicado como (1) é o quadro de disjuntores. Neste ponto existe um aterramento, porém a tensão entre o fase e o neutro não é exatamente 127 volts. O valor medido foi 122,4 volts, causado por queda de tensão na fiação que vai do poste até o quadro de disjuntores. O ponto (2) é a primeira tomada da sala onde estão os computadores. Levamos em conta a tomada que tem um caminho mais curto em metragem de fios até o quadro de disjuntores. O ponto 3 é a tomada onde está efetivamente ligado o computador. Em um caso particular esta tomada pode ser a mesma do ponto

9 Capítulo 15 Rede elétrica 15-9 (2), mas estamos levando em conta o caso geral, no qual podemos ligar os equipamentos em uma tomada mais distante, ou depois de extensões. Na situação A os equipamentos estão desligados. Sendo assim não existe corrente elétrica entre os pontos 2 e 3. As mesmas tensões medidas em (2) são também medidas em (3). Note ainda que a tensão entre fase e neutro no ponto (2) é de 121,2 volts, e não 122,4 volts. Esta diferença de 1,2 volts existe devido à queda de tensão na fiação entre os pontos 1 e 2. Este queda existe porque ao longo deste trecho existem outros dispositivos consumindo corrente, como lâmpadas, geladeira, cafeteira ou qualquer outro tipo de carga. Esta queda de tensão é distribuída em duas partes iguais, uma no fio fase e outra no neutro (isto ocorre desde que ambos os fios usem a mesma bitola, o que é normal). Sendo assim existe uma queda de tensão de 0,6 volts no neutro e no fase. Se tivéssemos um terra perfeito no ponto (3), obtido por exemplo por uma ligação com um vergalhão ou cano de ferro, mediríamos uma tensão de 0,6 volts no neutro. O neutro teoricamente deveria ter uma tensão de 0 volts, mas devido à queda de tensão ao longo da fiação, acaba apresentando alguma voltagem, apesar de pequena. Figura 15.9 Efeito da carga sobre o neutro aterramento. Na situação (B), todos os equipamentos foram ligados, resultando em uma carga total de cerca de 2000 watts. A corrente na fiação é agora maior, e existe maior queda de tensão. O trecho 2-3 no nosso exemplo é formado por 20 metros de fio bitola 16, ao longo dos quais existem as tomadas ligadas aos equipamentos. As medidas de tensão foram feitas no computador ligado à última tomada, no qual a queda de tensão é maior. Note que devido à maior corrente, a tensão entre o fase e neutro na primeira tomada caiu para 118,2 volts, e na última tomada, para 116,8 volts. Essas reduções ocorrem devido às quedas de tensão ao longo da fiação, que agora são de 2,1 volts no trecho 1-2 e 0,7 volts no trecho 2-3. Observe que a queda em 2-3 foi bem menor

10 15-10 Hardware Total que em 1-2, devido ao uso do fio 16, bem adequado para a carga utilizada. A fiação antiga, no trecho 1-2 é a responsável pela maior queda. Observe agora a tensão no neutro do último computador. É igual à soma das quedas de tensão ao longo do fio neutro nos trechos 1-2 e 2-3, ou seja, 2,8 volts. Com mais 2,8 volts de queda ao longo do fase, são ao todo 5,6 volts de queda. A tensão entre fase e neutro que sobra para o último computdor é de apenas 116,8 volts, mas ainda é suficiente para manter o computdor funcionando. Esta análise de um caso real exemplifica dois fatos importantes em uma instalação elétrica: 1) As quedas de tensão ao longo da fiação resultam em uma tensão menor entre fase e neutro no aparelho ligado à rede. 2) O potencial do fio neutro, que teoricamente é zero, apresenta na prática um valor maior, devido às quedas de tensão ao longo da fiação. Medindo a tensão do neutro A tensão no neutro é normalmente inferior a 5 volts, exceto em instalações elétricas muito ruins. Podemos medir esta tensão de duas formas: Medição direta encontre um ponto de fererência que possa ser usado como terra. Pode ser a carcaça metálica interna da tomada (em construções antigas era usadam usados eletrodutos e caixas de metal, atualmente são de plástico), ou um cano de cobre da tubulação de água, ou um vergalhão. Se não for possível encontrar tal ponto de referência, será preciso ligar um fio no neutro do quadro de disjuntores e levar a outra extremidade até a tomada na qual o neutro vai ser medido. Seja qual for a referência, use agora um multímetro em escala AC para medir a tensão entre este terra e o neutro. Esta medição deve ser feita com todos os equipamentos ligados, pois é nessa situação quando ocorre maior variação de tensão no neutro. Medição indireta Este método pode apresentar um pequeno erro, mas é de utilização bem mais simples. Meça a tensão entre fase e neutro no quadro de disjuntores. Também com todos os equipamentos ligados, meça a tensão entre o fase e o neutro na última tomada da cadeia. Subraia esses valores e divida o resultado por 2. Na figura 9, as tensões medidas foram de 122,4 volts no quadro de disjuntores e 116,8V na última tomada. A diferença é 5,6 volts, que divididos por 2 resultam nos 2,8 volts, exatamente o potencial do neutro obtido por medição direta.

11 Capítulo 15 Rede elétrica O uso do neutro como terra A utilização do fio neutro como terra é condenada pelos eletricistas mais rigorosos. Apesar disso ela cumpre o papel básico do aterramento: mantém a carcaça em um pontencial baixo, de apenas alguns poucos volts. É correto porém que este tipo de ligação tem problemas que a deixam longe do ideal: a) A tensão do neutro pode ser elevada, caso exista queda de tensão muito grande ao longo da fiação. No nosso exemplo medimos 2,8 volts, mas em instalações ruins, esta tensão pode ser maior. b) Quando existem interferências na rede elétrica, que são sobrepostas ao fase e ao neutro, essas interferências são automaticamente transmitidas para o terra, portanto termos um terra contaminado por interferênicas. c) Se um eletricista distraído inverter as posições do fase e do neutro, teremos o fase ligado ao terra. d) Este tipo de conexão não é recomendável quando precisamos conectar equipamentos em rede, em salas diferentes, pois a diferença entre as tensões dos neutros resultará em diferença entre os terras. e) A eficiência dos filtros de linha será reduzida. Você poderá utilizar a ligação do neutro ao terra, desde que esteja a par desses problemas. Se for o caso, meça a tensão do neutro e não o use como terra se sua tensão for superior a 5 volts. Em caso de travamentos, podem estar sendo causados por interferências na rede e transmitidas ao terra. Preste atenção ao trabalho de eltricistas, verifique se os fios não são invertidos. Use somente quando todos os equipamentos estiverem ligados na mesma fiação. Se você tiver condições, dê preferência ao uso dos outros dois métodos de aterramento descritos aqui: usar um vergalhão / cano de metal ou puxar um fio de terra desde o quadro de disjuntores até os equipamentos. Filtros de linha Encontramos com facilidade no comércio, extensões de tomadas para PCs conhecidas popularmente como fitros de linha.

12 15-12 Hardware Total Figura Filtros de linha. Ao comprar um desses dispositivos, o usuário normalmente pensa que seu PC estará protegido contra problemas nas rede elétrica. Está enganado. A proteção oferecida por esses aparelhos é pouca ou nenhuma. O objetivo de um filtro de linha é proteger os equipamentos de certos problemas nas rede elétrica. Os surtos de tensão são os mais perigosos, e podem causar danos ao computador e seus periféricos. São elevações bruscas de tensão, com curtíssima duração. Esses surtos podem ser eliminados por um componente chamado Meta-Oxide-Varistor (MOV). Trata-se de um dispositivo semicondutor que contém um grande número de junções PN, cada uma delas sendo capaz de absorver uma tensão de 0,7 volts. Quando são ligadas em série, essas junções tomam para si o excesso de voltagem que deveria ser entregue à carga, protegendo-a. Esses componentes são encontrados em vários dispositivos, como filtros, estabilizadores e fontes de alimentação. Figura Componentes internos de um filtro. Existem ainda inerferências de alta freqüência induzidas na rede elétrica que podem causar mal funcionamento nos computadores. Essas interferências têm tensões moderadas, portanto não podem ser eliminadas pelos varistores. É necessário utilizar filtros, formados por capacitores e bobinas. Existem filtros de linha que possuem apenas varistores, não sendo portanto capazes de filtrar interferências. Existem modelos que possuem apenas capacitores e bobinas, sendo portanto capazes de eliminar as interferências mas inúteis contra surtos de tensão. Existem modelos que possuem ambos os tipos de

13 Capítulo 15 Rede elétrica proteção. Um exemplo de filtro que tem ambos os tipos de proteção são os da série Multifiltro, fabricados pela TS Shara. Existem ainda modelos que possuem proteção para a linha telefônica, contendo dois conectores RJ-11, sendo um para ligar na linha telefônica e outro para ligar no modem ou aparelho de fax. Este recurso é altamente recomendável. Devido à ineficiência de muitos filtros existentes no Brasil, sobretudo os mais baratos, devemos considerá-los como simples extensões de tomadas. Para ter melhores níveis de proteção devemos utilizar estabilizadores de voltagem, e preferencialmente, no-breaks. Estabilizador de voltagem Para maior proteção do computador contra interferências elétricas, surtos de tensão na rede, transientes e ruídos elétricos diversos é aconselhável o uso do estabilizador de voltagem. O estabilizador consiste em um transformador controlado eletronicamente, acoplado a um filtro de linha. Mantém a tensão estável e livre da maior parte dos problemas de ordem elétrica que possam ocorrer. Normalmente utiliza-se um estabilizador de 1000 V.A. (1 kva). Esse estabilizador tem potência suficiente para alimentar o computador, impressora (matricial ou a jato de tinta) e monitor VGA. Figura Estabilizadores de voltagem. (cortesia TS-Shara) As vantagens do uso de estabilizador são as seguintes: Proteção contra sobretensão na rede.

14 15-14 Hardware Total Mantém o funcionamento normal mesmo com tensão instável. Proteção contra interferências que normalmente travariam computador Evita problemas no disco rígido causados pela rede elétrica. Cálculo da potência do estabilizador Nas lojas de material para informática serão encontrados estabilizadores com várias potências: 500, 800, e 2000 V.A. (Volt-Ampère). É preciso saber qual o mínimo valor a ser usado em uma instalação, já que depende dos equipamentos que serão ligados. Muita confusão existe, pois normalmente os estabilizadores e no-breaks têm suas potências indicadas em V.A. e não em watts. Essas grandezas são relacionadas pela seguinte fórmula: MEDIDA EM V.A. = MEDIDA EM WATTS FATOR DE POTÊNCIA x RENDIMENTO O fator de potênica é um número menor que a unidade, e pode assumir valores diversos, dependendo do equipamento. Entretanto, podemos usar com grande margem de segurança o valor 0,7. O rendimento é um valor normalmente próximo de 0,9 e serve para fazer a conversão entre potência útil (interna) e potência consumida, que é o que realmente interessa para o estabilizador. Deve ser usado apenas para calcular a potência consumida pelo computador, e não pelos periféricos. Isto se deve ao fato da fonte de alimentação ter sempre especificada sua potência útil, e não o seu consumo. Por exemplo, uma fonte de 200 watts para fornecer a sua potência máxima precisa consumir cerca de 220 watts, supondo um rendimento típico de 90%. Já uma impressora ou um monitor têm especificados em seus manuais a potência consumida, por isso o rendimento não entra no cálculo. Vejamos alguns exemplos de potência em watts de vários equipamentos e a quanto correspondem as potências em V.A., em valores aproximados: Equipamento Potência em watts Potência em V.A. Computador 250 W 400 VA Monitor 100 W 140 VA Impressora Matricial 50 W 70 VA Impressora a jato de tinta 30 W 42 VA Impressora LASER 600 W 840 VA Os valores apresentados na tabela são casos típicos. Para saber o valor da potência em watts de seus equipamentos, devem ser consultados os seus

15 Capítulo 15 Rede elétrica manuais. Caso você não possua os manuais, pode usar como aproximação os valores citados aqui, pois estamos usando uma boa margem de segurança. Por exemplo, supondo um computador equipado com um monitor e uma impressora a jato de tinta, temos então uma potência total de: COMPUTADOR: 400 VA MONITOR: 140 VA IMPRESSORA: 42 VA TOTAL: 582 VA O valor total não deve ultrapassar a 90% da potência do estabilizador. Por exemplo, em um estabilizador de 800 VA podemos ligar equipamentos que não ultrapassem 720 VA (800 x 0,9). Observe que existe uma grande margem de segurança neste cálculo. O computador normalmente não exigirá 400 VA, pois a fonte de alimentação estará sempre fornecendo um valor inferior à sua potência máxima. A seguir apresentamos uma tabela que indica a potência consumida por cada dispositivo de um PC. Todos os dispositivos descritos recebem energia da fonte de alimentação. Você poderá desta forma calcular com boa aproximação a potência que sua fonte fornece. Em todos os valores abaixo, estamos adicionando uma boa margem de segurança. Placa de CPU Processador Placa de expansão, exceto vídeo 3D Placa de vídeo 3D Drive de disquetes Disco rígido IDE Drive de CD-ROM Teclado Mouse 20 watts 20 a 50 watts 5 watts watts 5 watts 5 a 15 watts 10 a 20 watts 3 watts 2 watts Funcionamento de um estabilizador A figura 13 mostra o diagrama simplificado de um estabilizador de voltagem. A entrada passa por um circuito de filtragem e supressão de surtos, portanto cumpre o papel de um bom filtro de linha, além de estabilizar a voltagem. A estabilização é conseguida graças ao transformador. Este componente gera uma tensão na sua saída, proporcional à tensão de entrada e à relação entre o número de espiras dos enrolamentos primário e secundário. Por exemplo, em um transformador de 110 para 220 volts, o secundário deve ter um número de espiras duas vezes maior (na verdade o número de espiras é 73% maior, se lembrarmos que a tensão de 110 é na verdade, 127 volts.

16 15-16 Hardware Total Figura Diagrama simplificado de um estabilizador de voltagem. Circuitos de controle monitoram continuamente as tensões de entrada e de saída do estabilizador. Quando ambas as tensões estão dentro de uma faixa aceitável, o transformador opera com a relação de espiras 1:1 entre o primário e o secundário. Dois relés R1 e R2 controlam o número de espiras do primário. Para obter a relação 1:1, o relé R2 fica aberto (desligado) e o relé R1 fica fechado (ligado), interligando os pontos A e B. Quando a tensão da rede aumenta, é preciso aumentar o número de espiras do primário, fazendo com que o ganho do transformador seja menor que 1. Isso é conseguido com a abertura do relé R1. Quando a tensão da rede cai, é preciso que o transformador tenha um ganho maior que 1, ou seja, que o número de espiras do primário seja menor que do secundário. Isso é conseguido com o fechamento (ligamento) do relé R2, conectando os pontos B e C. Estabilizadores mais elaborados possuem quatro relés, sendo dois para aumentar e dois para reduzir a relação de espiras. Todo estabilizador permite que a tensão de saída varie dentro de uma certa faixa de tolerância. Quando a tensão sai desta faixa, os relés são acionados para corrigir o problema. A função básica é fazer com que a variação da tensão na saída seja pequena, mesmo quando a variação na tensão de entrada é grande. A maioria dos aparelhos eletrônicos permite uma variação de 10% na tensão de entrada. Um bom estabilizador garante uma flutuação em torno de 5%, mesmo que a tensão da rede tenha uma variação alta, como 15%. Em outras palavaras, a rede poderia variar 15%. O computador tolera no máximo 10%, mas com o estabilizador, esta variação é reduzida para apenas 5%, fazendo com que o computador funcione normalmente. No-break O no-break é um estabilizador acoplado a uma bateria. Dependendo do tipo de no-break, a bateria pode funcionar continuamente ou pode entrar em

17 Capítulo 15 Rede elétrica ação apenas quando existe uma interrupção no fornecimento de energia elétrica. Essa bateria fornece tensão que é amplificada e transformada em 110 ou 220 volts para que o computador possa continuar funcionando, pelo menos o tempo necessário para salvar o trabalho que estava sendo feito. Existem diversos tipos de no-breaks que podem fornecer energia por um período de 2 a 120 minutos, dependendo da capacidade de carga da bateria interna. Existem modelos que fornecem energia por um período de algumas horas, mas seu custo é bem maior. Figura No-breaks. (cortesia Engetron) O termo no-break é pouco usado no exterior. Nos Estados Unidos é usado o termo UPS (Uninterruptible Power Supply). O no-break é uma grande segurança para o computador, e uma garantia de que o trabalho não será perdido por interrupção na energia elétrica. O grande problema é que seu custo é relativamente alto, correspondendo a cerca de 30% do preço de um computador. Muitas vezes, por restrições de custo, prefere-se correr o risco calculado de perder algum arquivo, recuperando parte do trabalho perdido através de backups. O usuário deve levar em conta se vale a pena pagar o preço de um no-break ou correr o risco de perder um dia ou algumas horas de trabalho. No-break standby Podemos encontrar vários tipos de no-break, no que diz respeito ao modo de funcionamento. O tipo mais simples é o stanby, também conhecido como short-break. A figura 15 mostra o diagrama de um no-break standby. Note que sempre devemos indicar nos diagramas de no-breaks, qual é o caminho

18 15-18 Hardware Total principal e o secundário. O caminho principal é o usado na operação normal, e o secundário é o utilizado em caso de falha. Aqui convencionamos usar uma linha contínua para o caminho principal e uma linha pontilhada para o caminho secundário. Figura Diagrama de um no-break standby. Durante situação normal, este no-break funciona como um filtro de linha, com supressor de surtos e filtro. Um circuito de controle comanda um relé que seleciona entre a tensão da linha ou a tensão interna gerada pelo nobreak. Ao mesmo tempo temos um segundo circuito de energia que fica em standby, pronto para fornecer energia em caso de necessidade. Esta energia é fornecida quando ocorre falta de tensão da rede elétrica, ou então quando esta tensão sofre queda ou elevação. O circuito de reserva é formado por uma bateria que é constantemente carregada a partir da tensão da rede. Esta bateria fornece energia para um curcuito chamado inversor, que é na verdade um conversor de corrente contínua para corrente alternada. A chave eletrônica comutará para o circuito de reserva quando necessário. Normalmente é possível ouvir claramente o som do relé comutando em um no-break (pléc-pléc) quando é feita a seleção entre a energia da rede e a da bateria. O ponto fraco de qualquer no-break é o tempo de resposta. O ideal é que na interrupção da energia, a tensão de reserva seja fornecida imediatamente, com um retardo igual a zero. Na prática isso nem sempre ocorre, devido ao tempo necessário para a comutação do relé e da estabilização do funcionamento do inversor. Os no-breaks standby apresentam tempo de resposta na faixa de alguns milésimos de segundo. Uma onda senoidal de 60 Hz tem período de 16,6 ms, portanto um tempo de resposta inferior a 5 ms não chega a prejudicar a continuidade desta onda. No-break Line Interactive Este é o tipo de no-break mais usado no mercado SOHO. Tem potência e autonomia suficiente para um pequeno número de computadores. A tensão de saída é fornecida diretamente a partir da tensão da rede, enquanto a bateria é carregada (note a linha contínua na figura 16, indicando o caminho principal da energia). Quando ocorre falha na rede, a chave de transferência

19 Capítulo 15 Rede elétrica abre e a bateria passa a fornecer energia para o inversor (note a linha pontilhada na figura 16, indicando o caminho secundário), gerando uma tensão CA na saída, suprindo a deficiência da rede. Figura Diagrama de um no-break line interactive. Este tipo de no-break também necessita de um pequeno tempo de resposta para comutar para a tensão da bateria em caso de queda na rede. No-break Standby On-line híbrido Este método de construção tem vantagem em relação aos demais modelos standby. A bateria e o conversor DC/DC operam em standby (veja a linha pontilhada), e fornecem tensão apenas quando ocorre falha na rede. A tensão proveniente da rede passa por um cicuito retificador que a transforma em tensão contínua. Através de dois diodos, a tensão resultante da rede e da bateria são combinadas. Em operação normal, a tensão é proveniente da rede. Quando ocorre queda na rede, entra em operação a bateria. Como o retificador possui um capacitor de filtragem, é armazenada carga suficiente para para manter a tensão durante alguns milésimos de segundo, tempo suficiente para que o conversor DC/DC entre em operação. Desta forma o inversor DC/AC nunca deixa de receber tensão, e o tempo de resposta é zero. Figura Diagrama de um no-break standby on-line híbrido. No-break on-line de dupla conversão Neste tipo de no-break, a tensão da rede é usada para carregar continuamente a bateria. A tensão da bateria é fornecida ao inversor que opera o tempo todo. A tensão fornecida pela saída é proveniente da bateria,

20 15-20 Hardware Total tanto quando a rede está normal quanto em caso de falha, portanto o tempo de resposta deste tipo de no-break é zero. Figura Diagrama de um no-break on-line de dupla conversão. Este tipo de no-break é dito de dupla conversão porque no caminho principal ocorre uma conversão de AC para DC, e outra de DC para AC. O caminho secundário é utilizado apenas quando existe falha no circuito principal ou durante a sua manutenção (troca de bateria, por exemplo). Opcionalmente este tipo de no-break pode apresentar no caminho secundário, um supressor de surtos e um filtro contra interferências. Problemas na rede elétrica A rede elétrica fornece uma tensão alternada de 127 ou 220 volts. Essa tensão é representada por uma senóide, como mostrado na figura 19. A freqüência da senóide é 60 Hz. Diversas imperfeições podem ocorrer com essa senóide, por diversos motivos. Muitas dessas imperfeições podem danificar fisicamente o computador ou causar perda de dados. É importante entender esses problemas na rede elétrica, que danos podem causar ao computador e como podem ser resolvidos. Figura Senóide de 60 Hz. Todos esses efeitos são mostrados na figura 20. Em todos os problemas descritos a seguir, o computador pode travar, o que pode ser muito prejudicial quando ocorre durante a gravação em um diretório ou na FAT (Tabela de alocação de arquivos). Nesse caso, vários arquivos ou até o disco rígido inteiro terá seus dados perdidos.

21 Capítulo 15 Rede elétrica Figura Problemas na rede elétrica. 1) Transiente: É uma rápida variação na tensão causada por motores, lâmpadas, aparelhos de ar condicionado ou geladeira armando ou desarmando os compressores. O transiente nunca pode ser totalmente eliminado, e sim, atenuado. A fonte de alimentação do PC possui um filtro que diminui a intensidade dos transientes, mas mesmo assim podem ser refletidos na tensão interna que alimenta todos os chips. Chegando no interior do computador o transiente não destrói mas pode causar erros no funcionamento dos circuitos. O resultado é muitas vezes uma travada do computador. 2) Surtos de tensão É um tipo de transiente mais intenso, causado pelas mesmas razões que um transiente menor. A tensão pode subitamente aumentar ou diminuir algumas dezenas ou centenas de volts, durante um período de tempo muito pequeno, muitas vezes na faixa de milionésimos de segundo. Este surto também ter duração mais longa e aspecto senoidal. 3) Sobretensão A tensão tem seu valor elevado acima do normal e assim permanece por vários segundos ou períodos meiores. O computador tolera um aumento ou queda de 10% mas acima desse valor o computador pode ser danificado. 4) Queda de tensão A tensão tem seu valor reduzido muito abaixo do normal. Danos podem ocorrer com os motores dos drives e do disco rígido. A fonte também pode queimar. 5) Queda brusca e rápida A tensão cai a zero por um período de tempo muito pequeno, da ordem de décimos de segundo. O computador precisará ser resetado.

22 15-22 Hardware Total 6) Sem energia elétrica É o típico caso de quando "falta luz". Não causa nenhum dano ao hardware, mas o computador deve ser desligado pelo seu interruptor. Se a energia elétrica voltar e o interruptor estiver ainda ligado, a fonte de alimentação poderá ser danificada. A tabela a seguir mostra o tipo de proteção apresentado por cada dispositivo condicionador de rede elétrica. Fonte Filtro Estabilizador No-break standby No-break on line Transiente reduz reduz reduz reduz elimina picos de tensão reduz reduz reduz reduz elimina sobretensão reduz - reduz reduz elimina queda de tensão reduz - reduz reduz elimina queda rápida - - reduz reduz elimina falta luz elimina elimina A fonte de alimentação do PC tenta reduzir diversos problemas na rede elétrica. O transiente e os picos de tensão, por exemplo, nunca podem ser totalmente eliminados, mas sim atenuados, ou seja, passam a ficar com um valor bem menor. A sobretensão e a queda de tensão são toleradas pela fonte, em geral até um limite de 10%. O filtro de linha tem apenas a capacidade de reduzir o valor dos transientes e surtos, assim como a própria fonte já o faz. Com a redução feita pelo filtro, seguida pela redução realizada pela fonte, o transiente é quase totalmente eliminado. O estabilizador possui a capacidade de reduzir com muito mais eficiência que a fonte e o filtro todos esses problemas, exceto a total falta de energia. O estabilizador tem mais facilidade de melhorar a tensão da rede pois possui um transformador. A falta total de energia elétrica só é solucionada com o no-break. Como pode ser visto, o filtro de linha é apenas um "quebra galho", ou seja, é melhor que nada. Quem possui um estabilizador não necessita de filtro, pois um estabilizador já possui um filtro interno. Quem possui no-break não precisa de estabilizador nem de filtro, pois ambos estão presentes no nobreak. Observe que o no-break on line é o melhor protetor do computador contra os problemas, eliminando totalmente as anomalias elétricas. Outros cuidados Aqui vão mais alguns cuidados que o usuário deve ter para que não ocorram problemas relacionados à rede elétrica:

23 Capítulo 15 Rede elétrica a) Ligação de todo o sistema através do estabilizador Alguns usuários têm o hábito de deixar o computador, o monitor e a impressora permanentemente ligados e atuam somente no estabilizador ou no "filtro de linha" para ligar todos simultaneamente. Tal prática não é nada recomendável e pode causar danos aos equipamentos. O correto é desligar a impressora e o computador nos seus próprios interruptores. O mesmo cuidado aplica-se ao monitor. b) Uso de tomadas diferentes Os equipamentos de um determinado sistema (computador, monitor, impressora) devem ficar todos ligados na mesma tomada, através do estabilizador ou do filtro de linha. Quando são usadas tomadas diferentes e a rede elétrica não possui terra, corre-se o risco de danificar seriamente os equipamentos. c) Computadores ligados em rede Quando existem vários computadores interligados através de uma rede, todos devem possuir aterramento. Recomenda-se que seja contratada um firma especializada em instalações elétricas para a realização do aterramento adequado. O uso do neutro com o terra explicado neste capítulo não é aconselhável quando existem vários computadores ligados em rede. d) Tempestades Quando o usuário viaja, recomenda-se deixar o computador desconectado da tomada, devido à possibilidade de um raio atingir a rede elétrica e queimar o computador. Aliás, esta recomendação é válida para todos os aparelhos ligados na rede elétrica. Vale também para a ligação na linha telefônica, no caso do uso de modems. e) Conexão de equipamentos Antes de realizar a conexão ou desconexão, através de cabos, do computador com a impressora, monitor, teclado, scanner, mouse ou linha telefônica, todos eles devem estar desligados, caso contrário, corremos um grande risco de danificá-los. f) Não ligar e desligar os equipamentos várias vezes Para aumentar a vida útil dos equipamentos, evite ligá-los e desligá-los a todo instante. Ligue o computador e deixe-o ligado durante o expediente. Desligue-o apenas quando não for mais utilizá-lo naquele dia. O mesmo se aplica ao monitor e impressora. Para que não ocorra despedício de energia,

24 15-24 Hardware Total use os recursos de gerenciamento de energia do computador (modo de espera e hibernação). ///////// FIM ////////////////