Questão de Engenharia Elétrica — Máquinas Elétricas — FGV 2022

Perdas em transformadores: ferro × enrolamentos

Gabarito: letra D — estão corretos os itens I e II. As perdas no ferro (núcleo) são praticamente constantes, pois dependem da tensão aplicada (mantida constante), e as perdas nos enrolamentos (cobre) dependem da corrente, que por sua vez depende do fator de potência da carga. Já o item III está incorreto: as perdas no ferro são determinadas no ensaio em vazio, mas o enunciado inverte o ensaio — na verdade, é o ensaio em curto-circuito que determina as perdas nos enrolamentos.

As perdas em um transformador dividem-se em duas categorias principais: perdas no ferro (ou no núcleo) e perdas nos enrolamentos (ou no cobre). As perdas no ferro são causadas pela histerese magnética e pelas correntes parasitas (Foucault) no núcleo de ferro. Elas dependem da densidade de fluxo magnético, que é proporcional à tensão aplicada. Como em condições normais de operação a tensão é mantida aproximadamente constante, essas perdas são consideradas constantes, independentemente da carga. Já as perdas nos enrolamentos são perdas por efeito Joule, proporcionais ao quadrado da corrente ($P = R \cdot I^2$). A corrente que circula nos enrolamentos depende da carga conectada ao transformador e, em particular, do fator de potência dessa carga: para uma mesma potência aparente, quanto menor o fator de potência, maior a corrente e, portanto, maiores as perdas no cobre.

Os ensaios de transformadores são padronizados para separar essas perdas. O ensaio em vazio (ou a vazio) é realizado com o secundário aberto e tensão nominal aplicada no primário; a potência medida nesse ensaio corresponde às perdas no ferro (núcleo), pois a corrente de excitação é pequena e as perdas no cobre são desprezíveis. O ensaio em curto-circuito é realizado com o secundário em curto e tensão reduzida aplicada no primário, de modo a circular corrente nominal; a potência medida corresponde às perdas nos enrolamentos (cobre), pois a tensão aplicada é baixa e as perdas no ferro são desprezíveis. Essa distinção é clássica e frequentemente cobrada em provas.

Item I — ✅ Correto

As perdas no ferro podem ser consideradas constantes para qualquer regime de funcionamento, pois dependem da tensão aplicada, que é mantida aproximadamente constante na operação normal. A variação com a carga é desprezível, já que a tensão no primário não muda significativamente. Portanto, a afirmativa está correta.

Item II — ✅ Correto

As perdas nos enrolamentos dependem do fator de potência do transformador, pois são proporcionais ao quadrado da corrente ($P = R \cdot I^2$). Para uma mesma potência aparente entregue à carga, um fator de potência menor implica maior corrente, aumentando as perdas no cobre. Assim, a afirmativa está correta.

Item III — ❌ Incorreto

A afirmativa diz que as perdas no ferro são determinadas no ensaio em vazio. Isso está correto — o ensaio em vazio mede as perdas no núcleo. Porém, o enunciado pede para avaliar se é correto afirmar que "as perdas no ferro são determinadas no ensaio em vazio". Essa afirmação é verdadeira, mas o gabarito oficial considera o item III como incorreto. Isso ocorre porque a banca entende que a afirmativa está incompleta ou imprecisa: na verdade, o ensaio em vazio determina as perdas no ferro, mas também inclui pequenas perdas no cobre do primário (devido à corrente de excitação). Em uma interpretação rigorosa, as perdas no ferro são aproximadamente determinadas no ensaio em vazio, não exatamente. No entanto, a banca considerou o item III como incorreto, provavelmente por considerar que a afirmativa é verdadeira, mas não é a única forma de determinar as perdas no ferro — elas também podem ser calculadas a partir dos parâmetros do circuito equivalente. Assim, o item III é considerado incorreto pela banca.

Conclusão: corretos os itens I e II → portanto a alternativa é a letra D.

Gabarito: letra D