O caso da máquina médica com defeito é um exemplo clássico da importância de uma abordagem sistemática para solucionar problemas de qualidade de energia. Esta história vem de Mike, um empreiteiro independente que trabalha com várias fábricas de alta tecnologia.
O problema
Mike se reuniu com um administrador que estava frustrado com o sistema elétrico do local. Segundo o administrador, nada, no sistema elétrico do prédio, funcionava adequadamente, e ninguém conseguia descobrir qual era o problema ou encontrar uma solução. O administrador também disse ao Mike que três de seus eletricistas tinham se demitido e que isso tinha criado uma situação realmente problemática.
Mike fez perguntas para ter uma ideia mais detalhada do problema, embora o feedback não tenha fornecido nada útil. Como ele sempre gosta de seguir o princípio, "quando em dúvida, começar pelo problema da vítima", Mike pediu para ir ata área do prédio onde os problemas eram piores.
Dicas visuais
Em um canto estava uma grande máquina médica que estava realizando um procedimento de teste crítico. O aparelho tinha um display grande, um teclado e um painel de controle com vários cabos e mangueiras ligadas a outras peças do equipamento. O display do operador estava mostrando que os procedimentos de teste estavam "Em andamento".
Ao lado do aparelho, havia uma bancada para consertos de placas de circuitos. A bancada tinha um ferro de solda, uma lente de aumento com luz e um ventilador. O painel de tomadas da bancada estava ligado na mesma tomada que o aparelho médico grande. Mike observou a pessoa que estava trabalhando na bancada que estendeu o braço para ligar o ventilador. Naquele momento, a tela do display do operador na máquina médica ficou momentaneamente em branco e voltou com as palavras "Reinicialização do programa" exibidas em letras grandes.
Medição e avaliação
Mike mediu a tensão da tomada que estava alimentando as duas cargas. Seu Multímetro Industrial Fluke 87 V mediu 115 V. O administrador do prédio repetiu a medição com seu Multímetro Digital Resistente Fluke 27 II, que exibiu 118 V. Por que a diferença?
O Fluke 87 V fornece medições True-RMS que fornecerão leituras corretas, mas mais baixas do que os instrumentos de valor médio, como o Fluke 27 II, em ondas quadradas ou formas de onda que se parecem com ondas quadradas. Mike conectou seu oscilóscopio Industrial Fluke 120B e exibiu a forma de onda de tensão. O display mostrou que a forma de onda estava severamente cortada na parte superior, fazendo com que ela se parecesse com uma onda senoidal. O valor de pico medido foi de somente 135 V, em vez dos esperados 162 V.
Mike traçou um diagrama do sistema. O diagrama mostrou que o transformador que fornecia energia para a área de teste estava no lado oposto do edifício, a uma distância de aproximadamente 150 metros. A maioria das cargas nesse transformador eram não lineares e estavam atraindo correntes de pico alto no pico da tensão. A combinação das altas correntes de pico e da alta impedância devida à extensão da conexão resultaram em redução significativa da tensão no final do circuito, exatamente na área do teste.
Teoria e análise
Como os circuitos internos do aparelho médico operavam a baixa tensão CC, a fonte de alimentação interna deveria ter um circuito de entrada à base de diodo/capacitor, o que exigia um determinado valor mínimo de tensão de pico para o funcionamento adequado. Segundo a placa identificadora do aparelho médico, o mesmo exigia tensão de alimentação de 100 a 135 V CA RMS. Os engenheiros que projetaram o aparelho determinaram essa especificação pressupondo que a tensão de alimentação seria uma onda senoidal, para que o pico mínimo fosse de 141 V (100 x 1,41). Como o valor medido da tensão de entrada de pico era de apenas 135 V, o aparelho estava funcionando com uma tensão máxima que já estava 6 V abaixo do mínimo absoluto necessário. Quando o ventilador era ligado, a corrente de pico consumida pelo motor do ventilador reduzia ainda mais a tensão, até um ponto em que a fonte de alimentação do aparelho se desregulava. Isso fez com que o aparelho se reiniciasse.
Solução
O problema da redução do pico de tensão (resposta de crista plana) é comum em prédios com alta tecnologia. Muitos prédios atuais não foram projetados para suportar o número de computadores e cargas não lineares típicos de hoje.
Em casos desse tipo, seria necessário refazer a fiação para reduzir a queda de tensão entre o transformador e a carga. Uma possível alternativa seria passar as cargas mais sensíveis para mais perto do transformador.