Queda de tensão (circuitos de iluminação de 12 V e 24 V)

A luminária não enxerga a tensão da bateria. Ela enxerga a tensão da bateria menos as perdas em cabo, conectores, chaves e retorno de terra, e seu fluxo luminoso acompanha esse valor mais baixo.

Não existe regra SAE de 3 %

Os limites percentuais citados neste setor vêm, em sua maioria, de outro lugar. A SAE J1292 trata da queda especificando bitola mínima de cabo — 12 AWG para circuitos de alimentação, 14 AWG para ramais de até 50 ft —, não um percentual. Os valores de 3 % e 5 % pertencem ao National Electrical Code, onde aparecem como notas informativas que o próprio 90.5(C) declara não serem requisitos exigíveis, e onde 90.2 exclui por completo do escopo os veículos automotores. A ABYC E-11 11.14.2.6 de fato fixa limites exigíveis, mas é uma norma náutica e coloca a iluminação que não seja de navegação em 10 %, reservando os 3 % para as luzes de navegação.

O ponto de referência defensável é a própria condição de certificação: a J1383 4.1.4.4 exige ensaios fotométricos a 12.8 V ± 20 mV medidos nos terminais da luminária.

Como calcular

A queda de tensão é I × R, com R = ρL/A ao longo de todo o caminho percorrido pela corrente. A resistividade do cobre é 0.017241 Ω·mm²/m a 20 °C. Existem duas convenções e misturá-las é o erro comum: a ABYC mede o comprimento do cabo da conexão positiva de origem até o dispositivo e de volta, de modo que nenhum fator dois aparece em sua fórmula, enquanto as fórmulas no estilo NEC usam a distância de ida e multiplicam por dois explicitamente. Usar o comprimento de ida e volta e ainda multiplicar por dois desperdiça cobre; usar o comprimento de ida sem o fator dois deixa o cabo com metade da seção necessária.

A temperatura é o erro maior. A resistência do cobre sobe cerca de 24 % entre 20 °C e 75 °C, de modo que um chicote do compartimento do motor cai bem mais do que prevê a conta feita à temperatura ambiente. Discutir 3 % contra 5 % calculando a 20 °C é precisão na casa decimal errada.

Por que 24 V perdoa muito mais

Tome uma luminária de 100 W, 5 m de cobre de 2.5 mm² em cada sentido, a 20 °C. Em 12 V a corrente é de 8.33 A e a queda é de 0.57 V, cerca de 4.8 %. Em 24 V a corrente é de 4.17 A e a queda é de 0.29 V, cerca de 1.2 %. Mesmo cabo, mesma potência, e cerca de quatro vezes mais perda percentual no sistema de tensão mais baixa.

Com drivers de LED de corrente constante a situação é um pouco pior do que a conta simples: quando a tensão nos terminais cai, o driver aumenta a corrente para manter a potência, resultando em cerca de 5.0 % contra 1.2 %. Substituir lâmpadas halógenas por LED em um chicote existente pode, portanto, expor um problema de queda que as lâmpadas antigas escondiam. Veja entrada multivoltagem para luminárias que aceitam os dois sistemas.