Como funciona o Efeito Corona?

Você já percebeu um brilho azulado ao redor de cabos de alta tensão ou ouviu falar do misterioso Fogo de Santelmo? Esses fenômenos visuais e sonoros, que podem parecer mágicos à primeira vista, têm sua origem em princípios bem conhecidos da Física e da Engenharia Elétrica. Um dos mais intrigantes é o chamado Efeito Corona, um fenômeno que ocorre em ambientes com alta tensão elétrica e que tem impacto direto no funcionamento e na segurança das linhas de transmissão de energia. Neste texto, vamos explorar o que causa esse efeito, por que ele acontece e como ele influencia tanto a eficiência dos sistemas elétricos quanto o ambiente ao redor.

Conceitos fundamentais

O efeito corona é um fenômeno que parece mágico, mas tem explicações bem claras na Física e na Química. Para compreendê-lo completamente, é importante entender alguns conceitos-chave. 

• Campo Elétrico: O campo elétrico é uma região do espaço onde uma carga elétrica exerce força sobre outras cargas. Ele é gerado por cargas elétricas e sua intensidade depende da quantidade de carga e da distância. No efeito corona, o campo elétrico se torna muito intenso nas proximidades de superfícies condutoras carregadas (como fios de alta tensão), especialmente em pontos com curvaturas acentuadas.

• Potencial Elétrico: O potencial elétrico mede a energia elétrica por unidade de carga. Quando há uma diferença de potencial (voltagem) muito grande entre um condutor e o meio ao redor, o campo elétrico resultante pode ser suficiente para ionizar o ar.
  • Quanto maior a voltagem, mais forte o campo elétrico.
  • Isso aumenta a chance de ocorrer o efeito corona.

• Ionização: Ionização é o processo pelo qual um átomo ou molécula perde ou ganha elétrons, formando íons. No efeito corona, o campo elétrico forte “arranca” elétrons das moléculas do ar (principalmente oxigênio e nitrogênio), transformando-as em íons positivos e elétrons livres.
  • Isso transforma o ar, normalmente isolante, em um condutor parcial de eletricidade.
  • A ionização libera energia, que pode se manifestar como luz e calor.

• Rigidez Dielétrica: Todo material isolante (inclusive o ar) tem um limite de campo elétrico que pode suportar sem se romper, esse limite é chamado de rigidez dielétrica.
  • Para o ar seco ao nível do mar, esse valor é de aproximadamente 30 kV/cm.

• Emissã de Ozônio: Um subproduto químico do efeito corona é a formação de ozônio (O₃). Isso ocorre porque os átomos de oxigênio livres (O) resultantes da ionização se recombinam com moléculas de O₂.

Como funciona

Tendo em mente todas esses conceitos importantes, como funciona de fato o efeito Corona? É isso que iremos explicar neste tópico

O efeito corona ocorre quando um condutor submetido a uma alta tensão elétrica gera um campo elétrico intenso o suficiente para ionizar o ar ao seu redor. Em condições normais, o ar funciona como um isolante, mas quando o campo ultrapassa a rigidez dielétrica do ar(o mesmo que ocorre nos raios) ele não consegue mais conter suas moléculas estáveis. A força do campo elétrico separa os elétrons dos átomos das moléculas de oxigênio e nitrogênio, criando íons positivos e elétrons livres. Esse processo, chamado de ionização, transforma o ar em um meio parcialmente condutor, dando início a uma descarga elétrica parcial, sem fechar um circuito completo como em um arco ou faísca.

À medida que essas partículas carregadas se movem pelo campo elétrico, elas colidem com outras moléculas neutras, provocando novas ionizações em cadeia e liberando energia na forma de luz e calor. A luz emitida tem coloração azulada ou violeta, típica da excitação do nitrogênio ionizado presente na atmosfera. Esse brilho, muitas vezes visível ao redor de cabos de alta tensão, é a assinatura visual do efeito corona. Além disso, a movimentação das cargas gera vibrações acústicas, responsáveis pelo zumbido ou crepitação característicos próximos a equipamentos elétricos. 

O efeito corona é mais intenso em regiões de maior concentração de campo elétrico, como pontas afiadas, cantos ou imperfeições nos condutores. Isso ocorre devido à distribuição não uniforme do campo: áreas com pequeno raio de curvatura concentram mais o campo elétrico, facilitando o início da descarga. A intensidade e o comportamento do corona também dependem da polaridade da tensão: em tensões positivas, a descarga tende a ser mais uniforme e silenciosa; em tensões negativas, ela é mais irregular e ruidosa. 

Vídeo para melhor entendimento do tema

Consequências

Nas linhas de transmissão de alta tensão, o efeito corona traz implicações sérias para o desempenho e o custo do sistema. Além das perdas energéticas, ele contribui para o aumento da complexidade dos projetos, exigindo medidas específicas de engenharia para manter a eficiência e a estabilidade da rede. A degradação de isoladores e a corrosão de componentes metálicos, causadas por subprodutos químicos do corona, podem comprometer a durabilidade da infraestrutura e elevar a necessidade de manutenções preventivas. Também há o risco de interferências eletromagnéticas que afetam sinais de telecomunicação e sistemas de controle. Para minimizar esses impactos, os projetos precisam integrar soluções que atuem diretamente na redução da intensidade do campo elétrico ao redor dos condutores.

Entre as principais estratégias para mitigar o efeito corona estão:

•  Aumento do diâmetro dos condutores: que reduz a concentração do campo elétrico em sua superfície;

•  Aumento do espaçamento entre os cabos: o que diminui a interação de campos entre fases adjacentes; e o uso de condutores agrupados, uma prática comum em linhas de alta tensão que aumenta o raio efetivo do condutor sem elevar significativamente o peso estrutural.

Aneis anti-corona

Você já viu aqueles anéis metálicos nos cabos ou nas conexões de torres de transmissão e ficou se perguntando para que servem?  Eles não estão ali por estética, são os chamados anéis de corona, e têm um papel fundamental na proteção e eficiência das linhas de alta tensão.

Esses anéis são instalados em pontos onde há concentração elevada de campo elétrico, como nas extremidades de cabos condutores, conexões com isoladores ou terminais de equipamentos. Nessas regiões, o campo elétrico tende a se intensificar, aumentando o risco de ocorrer o efeito corona — aquela descarga elétrica parcial que gera perdas de energia, ruídos e até degradação de componentes.

O anel de corona funciona distribuindo o campo elétrico de maneira mais uniforme ao redor do condutor, reduzindo sua intensidade nas bordas. Ao suavizar essas regiões críticas, ele ajuda a manter o campo abaixo do limite de ionização do ar, evitando a formação do corona. Isso prolonga a vida útil dos componentes, melhora o desempenho do sistema e evita interferências eletromagnéticas indesejadas.

Aplicações

Embora o efeito corona seja indesejado em linhas de transmissão de energia, em alguns contextos ele é intencionalmente utilizado pela indústria devido às suas propriedades únicas de ionização do ar e geração de ozônio. Entre as principais aplicações, podemos destacar:

• Eliminação de cargas eletrostáticas: Equipamentos que utilizam descarga corona são empregados para remover cargas elétricas acumuladas em superfícies de aeronaves, rolos industriais ou componentes eletrônicos, evitando descargas indesejadas e danos aos materiais.

• Produção de ozônio: A ionização do ar causada pelo efeito corona facilita a conversão de oxigênio (O₂) em ozônio (O₃). Por isso, geradores de ozônio utilizam esse princípio para aplicações como desinfecção, purificação da água e esterilização de ambientes.

• Filtração do ar: Em aparelhos como purificadores de ar e sistemas de ar-condicionado, o efeito corona ajuda a ionizar partículas suspensas, facilitando sua captura em filtros eletrostáticos.

• Tratamento de superfícies: Na indústria de plásticos, a descarga corona é usada para modificar a superfície de filmes poliméricos, tornando-os mais aderentes a tintas, adesivos ou revestimentos.

Conclusão

O efeito corona é um exemplo fascinante de como fenômenos físicos, muitas vezes invisíveis no nosso dia a dia, têm impacto direto em grandes infraestruturas e tecnologias modernas. Embora represente um desafio importante no setor elétrico, exigindo soluções para reduzir perdas e preservar equipamentos, ele também é aproveitado em diversas aplicações industriais que beneficiam a sociedade, como a purificação do ar e a geração de ozônio.

Compreender o efeito corona não é apenas uma curiosidade científica — é essencial para projetar sistemas elétricos mais eficientes e seguros, além de abrir portas para novas inovações tecnológicas. Da próxima vez que você notar um brilho ao redor de cabos ou ouvir aquele zumbido característico próximo a linhas de alta tensão, vai saber que por trás disso há muito mais do que simples eletricidade: há ciência e engenharia trabalhando lado a lado.