Cálculo da eficiência de um transformador de 24 V utilizando Arduíno
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Cálculo da eficiência de um transformador de 24 V utilizando Arduíno


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Análise da eficiência em um transformador 220 V \u2013 
24 V
Alison Truppel Amaral Farinelli Dos Santos
Alison.truppel@gmail.com
Guilherme José Salles Vieira
guilhermekutr@gmail.com
João Pedro Menegali Salvan Bitencourt
Técnico, Técnico em telecomunicações \u2013 IFSC - SJ
jpcatarinense@gmail.com
Resumo - Um dos grandes problemas que muitos técnicos e engenheiros enfrentam em seu cotidiano é 
a dissipação da energia, que afeta muito a eficiência de obras e projetos. Na área de eletricidade, há o 
problema da dissipação de energia elétrica em energia térmica, devido ao Efeito Joule, acarretando na 
diminuição do aproveitamento de energia em aparelhos e circuitos destinados a essa área. O objeto de 
estudo referente a esse trabalho será um transformador de tensão, que transforma 220 V para 24 V, e o 
objetivo final é de medir o rendimento do transformador durante seu período de funcionamento de 
forma prática e rápida, utilizando estudos que englobam principalmente a Termodinâmica e alguns 
elementos do Eletromagnetismo.
Muitos aspectos podem influenciar na perda de rendimento do transformador, exemplo, 
desgaste do material do transformador, perdas adicionais no núcleo e enrolamentos, devido ao efeito 
Joule na corrente. Neste trabalho, será tratado somente a dissipação de energia por Efeito Joule, por ser 
mais pertinente ao assunto de Termodinâmica, a qual será muito abordada no trabalho.
Aumentar cada vez mais o rendimento da energia em obras e projetos é um objetivo muito 
almejado, porém, não é possível atingir este objetivo sem um método preciso de medir o rendimento, 
e , para ser mais interessante quanto menos recursos e tempo forem gastos para obter-se a medição, 
maior é a economia.
Palavras-Chave: Transformador. Arduíno. Sensores. Eficiência. Entropia. Termodinâmica.
1 Conceitos teóricos
1.1 Transformadores de tensão
Transformadores elétricos de tensão (Fig. 1) são dispositivos que, ao receberem uma corrente, 
alteram uma tensão de entrada, aumentando ou diminuindo seu valor para a tensão de saída. São 
baseados em um núcleo único de ferro laminado, envolvido por duas bobinas opostas, o enrolamento 
cuja a fonte é aplicada denomina-se de primário do transformador e o enrolamento onde a carga é 
conectada chama-se de secundário .
Considerando que a energia térmica é proveniente exclusivamente das perdas internas do 
equipamento, sem considerar a ação do ambiente, devido ao fato do experimento ter sido realizado em 
um lugar fechado e sem incidência do sol. As perdas internas do transformador consistem em: perdas 
devido à corrente nos enrolamentos, perdas no núcleo, perdas adicionais (produzidas pelas correntes 
induzidas nas diversas partes metálicas que compõem o transformador) e pelo envelhecimento e 
desgaste do mesmo. Como o trabalho é focado principalmente no estudo da termodinâmica, a única 
perda que ressaltaremos será a perda devido à corrente nos enrolamentos.
Para o cálculo das perdas nos enrolamentos, sabe-se que o principal efeito responsável pelo 
aquecimento no enrolamento dos transformadores é devido à circulação de corrente pelos 
enrolamentos e pela dissipação de calor pelo efeito Joule, já que, a geração de perdas nos enrolamentos 
devido a correntes induzidas pelo campo transversal que atravessa a bobina é consideravelmente 
pequeno em relação à corrente de condução principal. Para o cálculo de rendimento do transformador é 
fundamental saber a dissipação de calor, a qual é explicada pelo efeito Joule pela Primeira Lei da 
Termodinâmica.
V
P
E
P
V
S
E
S
I
P
I
SNP NS:
V
P
V
S
I
P
I
S
N
P
N
S
= =
Figura 1 \u2013 Um transformador ideal hipotético, tendo N voltas no primário (NP) e N voltas no secundário (NS). 
A energia do primário é entregue ao secundário por meio de indução magnética.
1.2 Termodinâmica e Lei Zero da Termodinâmica
Termodinâmica é o estudo das leis que regem a relação entre calor, trabalho e outras formas de 
energia. Ao todo são quatro leis da termodinâmica, tais como: a Lei Zero, que define o conceito de 
temperatura e equilíbrio térmico; a Primeira Lei (princípio da conservação de energia); Segunda Lei, que 
define o conceito de entropia; e a Terceira Lei, que afirma ser impossível reduzir a temperatura de um 
sistema abaixo do zero absoluto (0 Kelvin). Entretanto, no trabalho, apenas trataremos das primeiras 
três leis, devido ao fato da Terceira Lei da Termodinâmica não condizer com o projeto realizado. 
A termodinâmica é uma das maiores ramificações da física e da engenharia pelo fato de seus 
conceitos e aplicações estarem presentes em várias outras ciências e ramos da física e engenharia, como 
é o caso das indústrias, da engenharia mecânica e da engenharia elétrica que se preocupam com o 
superaquecimento e o rendimento das máquinas e dispositivos elétricos. 
Para começar a explicação da Lei Zero da Termodinâmica o ponto de partida é a definição de 
temperatura, que é a medida do grau de agitação das moléculas que determina a condição térmica de 
um corpo ou sistema. Depois de designar o significado de temperatura, para a Lei Zero, a definição é 
dada por: \u201cSe dois corpos A e B estão separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo T, A 
e B estão em equilíbrio térmico entre si\u201d, elucidando a definição, ela diz que, todo corpo possui 
temperatura e dois sistemas com temperaturas diferentes postas no mesmo ambiente tenderão a en-
___ 
trar em equilíbrio térmico. 
A Lei Zero também explica o fato de podermos medir sistemas usando termômetros, ou outros 
meios indiretos de medir a temperatura, pois como dois corpos têm tendência em entrar em equilíbrio 
térmico, na teoria, o termômetro atingiria a mesma temperatura do sistema medido. E por esta razão, a 
Lei Zero possui relevância no projeto, pois como fazemos medidas de temperatura com o sensor de 
temperatura DS18B20, os conceitos da lei se encaixam com o trabalho.
1.3 Primeira Lei da Termodinâmica
A Primeira Lei da Termodinâmica trata-se do princípio da conservação de energia aplicada à 
termodinâmica. Matematicamente, ela representa a variação de energia interna que é igual ao calor 
transferido menos o trabalho, como mostrado na Equação (1):
\u394U = Q \u2013 \u3c4 (1)
É a Primeira Lei que permite a previsão do comportamento de um sistema gasoso ao sofrer uma 
transformação termodinâmica, tal como expansões e compressões adiabáticas, livres, cíclicas, e 
também, a volume, pressão ou temperatura constantes.
Observando o princípio da conservação de energia percebe-se que um sistema não pode 
simplesmente criar ou consumir energia, mas sim, armazená-la ou transferi-la. Dessa forma, no sistema 
a energia pode entrar ou sair na forma de calor (Q), ou de trabalho (W), aumentando ou diminuindo a 
energia interna do sistema \u394U, ou seja, em um processo termodinâmico uma parte do calor que o 
sistema recebe é transformado em energia interna e outra parte desse calor é utilizado para realizar 
trabalho. Assim, a soma da energia interna e do trabalho é igual ao calor recebido. Mas, como o trabalho 
realizado sobre o sistema é o negativo do trabalho realizado pelo sistema, escreve-se a equação 
matemática (Equação 2) da seguinte maneira:
\u394U = Q + W (2)
Porém, se o sistema não sofrer variação de energia potencial e cinética a expressão muda para:
\u394U = Q \u2013 W (3)
 O calor e a eletricidade são duas formas de energia que se relacionam, quando uma corrente 
elétrica passa por um condutor, o condutor se aquece, pois a energia elétrica se transforma, em parte, 
em energia térmica. Esse fenômeno é conhecido como efeito Joule e explica a dissipação de energia na 
forma de calor do transformador.
Outros exemplos de dispositivos que utilizam do Efeito Joule que são muito comuns no cotidiano 
das pessoas são o chuveiro elétrico e o forno elétrico, que utilizam da energia elétrica para criar energia 
térmica a partir