Potência elétrica

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Ir para: navegação, pesquisa

A potência elétrica é uma grandeza física que mede a quantidade de trabalho realizado em determinado período de tempo, ou seja, é a taxa de variação da energia, de forma análoga à potência mecânica. Um forno elétrico industrial, por exemplo, tem uma potência maior do que um ferro elétrico doméstico, pois tem uma capacidade de produzir uma quantidade de calor maior num mesmo intervalo de tempo.[1]

A unidade de medida de potência no SI é o Watt.

Energia elétrica, potência média e potência instantânea[editar | editar código-fonte]

A potência média em um determinado período de tempo é definida como:

Onde é a energia gasta e é o intervalo de tempo.

Podemos definir potência instantânea como a quantidade de energia gasta em um período de tempo infinitesimal:

Mas a variação instantânea de energia é dada por:[2]

Portanto a potência instantânea é:

Onde U(t) e I(t) são a tensão e a corrente, respectivamente, em um dado instante t.

Podemos calcular a potência média a partir da integração temporal da potência instantânea. Como , então a energia gasta entre os instantes e :

E, portanto, a potência média será dada por:

Convenção de Sinal[editar | editar código-fonte]

Potência elétrica é convertida em outras formas de energia quando cargas elétricas movem-se através de uma diferença de potencial, o que ocorre em componentes de circuitos elétricos. Com base na potência elétrica, os dispositivos podem ser divididos em duas categorias:

  • Animação mostrando fluxo de potência em uma carga (consumidor).
    Dispositivos passivos ou cargas[nota 1]: Quando cargas[nota 2] elétricas movem-se de um ponto com maior potencial elétrico para um com menor potencial elétrico, isto é, quando a corrente convencional (carga positiva) move-se do terminal positivo (+) para o negativo (-), trabalho é realizado pelas cargas no dispositivo. Esses dispositivos são chamados de componentes passivos ou cargas; eles "consomem" potência elétrica do circuito, convertendo-a em outras formas de energia, tais como trabalho mecânico, calor, luz, etc. Exemplos são eletrodomésticos como lâmpadas, motores e aquecedores.
  • Animação mostrando fluxo de potência em uma fonte (gerador).
    Dispositivos ativos ou fontes: Se as cargas são movidas por uma "força externa" através do dispositivo do menor potencial elétrico para o maior,(de maneira que as cargas positivas se movem do terminal negativo para o positivo), trabalho é realizado sobre as cargas, e energia é convertida em energia potencial elétrica a partir de algum outro tipo, tais como energia química ou energia mecânica. Dispositivos onde isto ocorre são chamados de ativos ou fontes; exemplos são geradores e baterias.

Por convenção, a potência tem sinal positivo quando ela flui em direção a um componente e sinal negativo quando flui para fora de um componente. Assim dispositivos passivos tem um consumo positivo de energia e dispositivos ativos tem um consumo negativo de energia. [3]

Alguns dispositivos são reversíveis, ou seja, podem funcionar tanto como cargas quanto como fontes, dependendo da situação. Por exemplo, uma bateria recarregável pode funcionar como uma fonte quando fornece energia para o circuito ou como uma carga quando está conectada ao carregador.

Potência em CC[editar | editar código-fonte]

Num circuito CC ideal, a tensão e a corrente se mantém constantes ao longo do tempo[1]. Assim, se a tensão elétrica entre dois pontos tem valor U e a corrente passando por esses pontos tem valor I, temos que U(t) = U e I(t) = I. Logo:

Mas, de acordo com a lei de Ohm, tensão é o produto da corrente pela resistência. Substituindo na equação acima:

Potência em CA[editar | editar código-fonte]

Valor eficaz[editar | editar código-fonte]

O valor eficaz de uma corrente é determinado baseado em seu efeito de aquecimento. O valor eficaz de uma corrente de sinal periódico é dado pelo valor em corrente contínua que ao passar por um resistor dissiparia a mesma quantidade de calor em um intervalo de tempo, isto é, que teria a mesma potência média[1][4]. Normalmente toma-se como referência de intervalo de tempo, o próprio período do sinal. A corrente eficaz é dada por[5]:

De maneira análoga, a tensão eficaz é o valor da ddp constante, que ao ser aplicada nos terminais de um resistor dissiparia a mesma quantidade de calor em um determinado período. Seu valor é dado por[5]:

Esse cálculo coincide com o que em estatística é chamado de valor médio quadrático(root mean square em inglês) de uma variável contínua[6] . Por isso, é comum que esse valor seja chamado de RMS na literatura[1].

Para tensões e correntes senoidais, cujos valores máximos sejam e , respectivamente, o valor eficaz é dado pela divisão do valor máximo por √2[1][2]:

Tipos de potência[editar | editar código-fonte]

Representação fasorial das potências ativa, reativa e aparente.

Circuitos em corrente alternada costumam ser resolvidos através da análise fasorial utilizando números complexos. Nesse tipo de circuito pode haver componentes capazes de armazenar energia elétrica e criar uma defasagem de um angulo entre o fasor fasor corrente e o fasor tensão . Nesse caso são definido três tipos de potência: potência ativa, potência reativa e potência aparente.

Potência ativa[editar | editar código-fonte]

A potência ativa, também conhecida como potência real ou útil, corresponde à potência dissipada em um ciclo, ou seja, corresponde à parcela da potência recebida que se transforma em trabalho. Seu valor é dado por:

Gráfico dos valores instantâneos da potência ativa (verde), reativa (azul) e aparente (vermelho).

Em um elemento puramente resistivo, onde a tensão está em fase com a corrente, toda a potência recebida é dissipada, portanto a potência ativa é máxima[7]

Potência reativa[editar | editar código-fonte]

A potência reativa (representada pela letra ) corresponde à parcela da potência que não é convertida em trabalho útil, sendo armazenada e devolvida ao gerador. Seu valor é dado por:

Esse tipo de potência aparece quando há dispositivos capazes de armazenar energia (indutores e capacitores), criando uma defasagem entre a tensão e a corrente. Por convenção, a potência reativa é positiva em um circuito indutivo e negativa em um circuito capacitivo[8]. Em um circuito puramente indutivo ou capacitivo (indutores e capacitores ideais) a defasagem é de ±90º, fazendo com que a potência reativa seja máxima, não havendo conversão de energia.[7][1]

Potência aparente[editar | editar código-fonte]

A potência aparente(representada por ) é a combinação da potência ativa e reativa do circuito. Seu valor numérico é dado por:

Ou na forma fasorial (complexa):

Onde:

é a potência aparente em volt-ampere (VA)
é a tensão complexa em volts (V).
é o conjugado complexo da corrente em amperes[nota 3] (A)
é o módulo da potência aparente complexa em volt-ampere (VA)
é o ângulo de defasagem entre corrente e tensão

Ver também[editar | editar código-fonte]

Portal A Wikipédia possui o
Portal de Física.


Notas

  1. A palavra carga aqui se refere ao termo técnico utilizado na área de Engenharia Elétrica(load, em inglês).
  2. A palavra carga aqui se refere à propriedade física da matéria (charge, em inglês)
  3. Utiliza-se o conjugado complexo da corrente, ao invés do fasor corrente, pois assim a componente imaginária da potência aparente (potência reativa) mantém a convenção de sinal.

Referências

  1. a b c d e f Boylestad, Robert L. (2004). Introdução à análise de circuitos 10ª ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil. pp. 34, 77, 387–388, 581–588. ISBN 978-85-87918-18-5 
  2. a b Halliday, David; Resnick, Robert; Walker, Jearl (2012). Fundamentos de física. 3 9ª ed. Rio de Janeiro: LTC. pp. 146, 308–309. ISBN 978-85-216-1905-5 
  3. Traylor, Roger L. (2008). «Calculating Power Dissipation» (PDF). Lecture Notes - ECE112:Circuit Theory. Dept. of Elect. and Computer Eng., Oregon State Univ. Consultado em 24 de fevereiro de 2018. 
  4. Petruzella, Frank D. (2014). Eletrotécnica II: Série Tekne. Porto Alegre: AMGH Editora Ltd. p. 149. ISBN 9788580552898 
  5. a b Nakashima, Kazuo (2013). «Valor médio e eficaz» (PDF). Universidade Federal de Itajubá. Consultado em 24 de fevereiro de 2018. 
  6. «Root-Mean-Square». Wolfram MathWorld. Consultado em 24 de fevereiro de 2018. 
  7. a b Markus, Otávio (2008). Circuitos elétricos: corrente contínua e corrente alternada 8ª ed. São Paulo: Érica. ISBN 9788571947689 
  8. «Reactive Power». Continental Control Systems, LLC. Consultado em 24 de fevereiro de 2018.