aula4 eletricidade potencia

Potência Elétrica

A potência é definida como sendo o trabalho efetuado na unidade do tempo.

Assim como a potência hidráulica é dada pelo produto do desnível energético pela vazão, a potência elétrica, para um circuito com resistência, é obtido pelo produto da tensão U pela intensidade de corrente I:

P = UxI unidade de potência Watts (corrente continua e/ou resistivo)

P = Potência em Watts. U = Tensão em Volts.

Exemplo:

Quantos quilowatts de potência são liberados a

um circuito por um gerador de 240 V que

Exemplo:

A corrente através de um resistor de 100 Ω a

ser usado num circuito é de 0,20 A. Calcule a

especificação de potência do resistor.

Exemplo:

Se a tensão através de resistor de 25.000 Ω é

de 500 V, qual a potência dissipada no

Energia Elétrica

Energia e trabalho são praticamente a mesma coisa e são ambas expressas nas mesmas unidades. Entretanto, a potência é diferente, por que leva em conta o tempo gasto na realização do trabalho. Sendo o watt a unidade potência, um watt usado durante um segundo é igual ao trabalho de um joule, ou watt é joule por segundo.

W = P x t Watts x hora – unidade de medida. P = Potência em Watts.

Exemplo:

Que quantidade de energia é liberada em 2

horas por um gerador que fornece 10 kW?

Exemplo

Um chuveiro elétrico indica na plaqueta 3000W e 220 V. Quais os valores da corrente que ele absorve e da resistência do mesmo? Supondo que o banho dure em média 5 minutos e que o usuário tome dois banhos por dia qual a energia consumida pelo

Medidores de Potência

Os medidores de potência elétrica são conhecidos como wattímetros, pois sabemos que a potência é expressa em watts por meio de formulas conhecidas:

P = U.I – corrente contínua

P = U.I cos - corrente alternada monofásica; P = √3 U.Icos - corrente alternada trifásica. Onde:

U- Tensão em Volts; I- Corrente em ampères; cos -Fator de potência; P- Potência em Watts.

Medidores de Potência

Assim para que um instrumento possa medir a potência de um circuito será necessário o emprego de duas bobinas: uma de corrente e outra de tensão.

Ação mútua dos campos magnéticos gerados pelas duas bobinas provoca o deslizamento de um ponteiro em uma escala graduada em watts proporcional ao produto volts X ampères. Note-se que a bobina de tensão esta ligada em paralelo com o circuito e a bobina de corrente em série. 40 30 20 10 50 60 70 BOBINA DE TENSÃO BOBINA DE CORRENTE

Medidores de Potência

Os wattímetros podem medir potência em corrente contínua ou corrente alternada, mas só potência ativa.

Os três tipos de potência que temos são:

Potência ativa –P: unidade de medida é Watts. Potência reativa –Q : unidade de medida é Var. Potência aparente –N : unidade de medida é VA.

40 30 20 10 50 60 70 BOBINA DE TENSÃO BOBINA DE CORRENTE

Tipos de Potência

No diagrama abaixo temos a representação vetorial dessas três potências

Nesta figura, a componente U.I cos é chamada de componente em fase com tensão U, e I sen é o componente em quadratura. Em corrente contínua, a corrente I e a tensão estão sempre em “fase”, então a potência é sempre o produto da tensão pela corrente (U.I). Em corrente alternada, a potência ativa é o produto da tensão U pela componente de I em fase, ou seja, U.I cos. Somente no caso em que o cos= 1 temos a potência ativa igual ao produto da tensão pela corrente (U.I).

Os wattímetros só medem potência ativa, ou seja, aquela que dissipada em calor. U I N=UI P= U.I cos Q= U.I sen

Medidores de Energia

Já sabemos que a energia é a potência dissipada ao longo do tempo, ou seja:

W= P.t (Watts x hora)

Se o tempo considerado for de uma hora, a energia é expressa em

Watts x hora. Como este é uma unidade muito pequena, na prática

usa-se a potência em quilowatts-hora ou KW.h. Exemplo1:

Se um circuito a tensão é de 110 volts, a corrente medida é de 10 ampères, o fator de potência é igual a 1 (somente resistivo), em oito horas, qual a energia consumida?

Medidores de Energia

Exemplo2:

Se em um circuito, a tensão é de 220 V, a corrente

é de 6 A, e o circuito é apenas resistivo em 10 horas

de funcionamento, qual a energia consumida?

Resposta:

Como o circuito é apenas resistivo o Fator de

potência=1 , ou seja P

= N

.

P = U.I = 220 x 6 = 1320 W

Medidores de Energia

A energia elétrica é medida por instrumento que se chamam quilo-watt-hora-metro; esses instrumentos são integrados, ou seja, somam a potência consumida ao longo do tempo.

Medidores de Energia

Base – de ferro fundido;

Disco – de alumínio lavrado e com orifícios;

Mostrador – constituído de ponteiros e escala graduada em KWh Compartimento dos bornes – onde são ligadas a linha e a carga Parafuso de ajuste – para regulagem do instrumento.

Potência Elétrica – Circuito

apenas resistivo

Numa resistência, a variação da forma de onda da corrente que atravessa e da tensão aplicada acontece simultaneamente, significando que a tensão e a corrente estão em fase.

Reatância (Indutiva)

Entende-se por reatância indutiva a oposição à passagem de corrente alternada em uma bobina, isto se deve ao fato de que em uma bobina existe o fenômeno de auto-indução, que é a capacidade da bobina de induzir tensão em si mesma quando a corrente varia. A reatância indutiva é representada por XL.

Os enrolamentos dos motores e dos transformadores representam cargas indutivas, ao passo que os ferros elétricos, chuveiros elétricos, torradeiras, lâmpadas incandescente representam simplesmente cargas resistivas.

A reatância indutiva (XL) depende de freqüência “f” (hertz) da corrente e da indutância “L” (expressa em henrys,H).

XL= 2.f.L

XL= reatância indutiva em ohms.

= 2.f = velocidade angular em radianos por segundo. L= indutância em henrys.

Reatância (Indutiva)

Quando a carga do circuito é indutivo, existe uma diferença de fases entre a tensão e corrente, por que este última sofre um retardo em seu deslocamento, devido ao efeito da auto-indução. Quando a resistência ôhmica é desprezível, isto e, só se considera a indutância, a defasagem entre I e U (tensão) é de 900, conforme figura abaixo.

U

I

Reatância ( Capacitivo)

Um capacitor é um dispositivo elétrico que acumula eletricidade, ou seja, concentra elétrons. Os capacitores oferecem certa resistência a passagem da corrente alternada, a qual se denomina reatância e se designa por “Xc”, calculada por:

Xc = 1 /2.f.C

F= freqüência em herts.

C = Capacitância em Farads.

Quando existe reatância capacitiva, a corrente se apresenta adiantada de 900 em relação a tensão.

I

U

Xc

Fator de Potência

P = U.I

P = em watts. U = em volts. I =em amperes.

Esta expressão só é valida para circuitos de corrente ou para circuitos de corrente monofásicos com a carga resistiva, ou seja, lâmpada incandescente, ferro elétrico, chuveiro elétrico e etc.

Quando a carga possui outros enrolamentos, aparece no circuito uma outra potência que o gerador deve fornecer, a potência reativa.

Potência ativa é a potência em calor – P.

Potência reativa é a potência trocada entre o gerador e carga a ser consumida – Q.

Potência aparente é a soma vetorial das duas potências anteriores – N.

V

I

N=UI P= U.I cos Q= U.I sen

Fator de Potência

Para melhorar o fator de potência podemos:

- usar trafo com potência menor ou blindar a carga; - diminuir perdas;

- diminuir seção do condutor; - aumentar a tensão.

Para circuitos monofásicos as potências são calculadas da seguinte forma:

P = U.Icos unidade Watts. Q = U.Isen unidade Var. N = U.I. unidade V.A.

Fator de Potência

Exercício:

No circuito abaixo temos instalados um wattímetro, um amperímetro e um voltímetro com suas leituras indicadas. Calcule as seguintes

grandezas: Tensão: Corrente: Potência reativa: Potência ativa: Potência aparente: Fator de potência:

Consumo de energia do motor após 8horas:

G U A M I=20A P=2,86KW U=220V

Fator de Potência

Exercício:

Um técnico de uma grande empresa tem que instalar um lote de oito impressoras Laser. O mesmo verificou que em suas

plaquetas de informação cada impressora consome 7,8 ampères de corrente. Sabe-se que a rede elétrica, onde as impressoras serão instaladas, tem 127V. Qual deve ser a potência do

estabilizador para atender todas as impressoras Laser, se estas impressoras trabalhão durante 9 horas por dia? Qual a energia consumida no final destas 9 horas, considerando apenas o

consumo do estabilizador em regime pleno? Dado fator de potência igual a 0,95 para o estabilizador.

Fator de Potência

Exercício:

Dimensione o estabilizador para a instalação de um micro com monitor e uma impressora jato de tinta e calcule o consumo de

energia(do conjunto) durante período de 240 horas com as seguintes características:

Monitor:Tensão de 127v, corrente de 1.2A e Fator de potência de

0,50.

Fonte do micro 500W Maximo.

OBS:Considere o Fator de potência para o estabilizador igual 0,95. Características da impressora Jato Epson C65 de tinta:

Exercício 1:

Em uma indústria a potência ativa é de 170 KW. O fator de potência é igual a 0,75. Qual a corrente que está sendo solicitada à rede de 220 V, e qual seria a corrente se o fator de potência fosse igual a 0,85? Qual a energia consumida nos dois casos durante 8horas? OBS: Considere o fornecimento trifásico.