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Potência eléctrica

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A potência eléctrica transmite-se por linhas sobre torres, como estas em Brisbane , Austrália.

A potência eléctrica é a relação de transferência de energia por unidade de tempo; isto é, a quantidade de energia entregada ou absorvida por um elemento em um tempo determinado ( p = dW/dt ). A unidade no Sistema Internacional de Unidades é o Vatio, ou que é o mesmo, Watt.

Quando uma corrente eléctrica flui em um circuito, pode transferir energia ao fazer um trabalho mecânico ou termodinámico. Os dispositivos convertem a energia eléctrica de muitas maneiras úteis, como calor, luz (lustre incandescente), movimento (motor eléctrico), som (altavoz) ou processos químicos. A electricidade pode-se produzir mecanicamente ou quimicamente pela geração de energia eléctrica, ou também pela transformação da luz nas celulas fotoeléctricas. Por último, pode-se armazenar quimicamente em baterías .

Conteúdo

Potência em corrente contínua

Quando se trata de corrente contínua (CC) a potência eléctrica desenvolvida em um verdadeiro instante por um dispositivo de dois terminais, é o produto da diferença de potencial entre ditos terminais e a intensidade de corrente que passa através do dispositivo. Por esta razão a potência é proporcional à corrente e à tensão. Isto é,

(1) P = \frac{dw}{dt} = \frac{dw}{dq}\cdot\frac{dq}{dt} = V\cdot I\,

Onde I é o valor instantâneo da corrente e V é o valor instantâneo do voltaje. Se I expressa-se em amperios e V em volts, P estará expressado em watts (vatios). Igual definição aplica-se quando se consideram valorizes média para I, V e P.

Quando o dispositivo é uma resistência de valor R ou se pode calcular a resistência equivalente do dispositivo, a potência também pode se calcular como P = R\cdot I^2 = {V^2  \over R}

Potência em corrente alternada

Quando se trata de corrente alternada (AC) sinusoidal, a média de potência eléctrica desenvolvida por um dispositivo de dois terminais é uma função dos valores eficazes ou valores quadráticos meios, da diferença de potencial entre os terminais e da intensidade de corrente que passa através do dispositivo.

No caso de um circuito de carácter inductivo (caso mais comum) ao que se aplica uma tensão sinusoidal v(t) \,\! com velocidade angular \omega \,\! e valor de bico V_o \,\! resulta:

v(t)=V_0 \cdot \sin(\omega t) \,\!

Isto provocará uma corrente i(t) \,\! atrasada um ângulo \phi \,\! respecto da tensão aplicada:

i(t)=I_0 \cdot \sin(\omega t - \phi) \,\!

A potência instantânea virá dada como o produto das expressões anteriores:

p(t)=V_0 \cdot I_0 \cdot \sin(\omega t)\cdot \sin(\omega t - \phi) \,\!

Mediante trigonometría, a anterior expressão pode transformar-se na seguinte:

p(t)=V_0 \cdot I_0 \cdot \frac {\cos (\phi) - \cos(2 \omega t - \phi)}{2} \,\!

E substituindo os valores de bico pelos eficazes:

P(t)=V \cdot I \cos(\phi) -  V \cdot I \cos(2 \omega t - \phi) \,\!

Obtém-se assim para a potência um valor constante, V I \cos(\phi) \,\! e outro variável com o tempo, V I \cos(2\omega t - \phi) \,\!. Ao primeiro valor denomina-se-lhe potência activa e à segundo potência fluctuante.

Potência fluctuante

Ao ser a potência fluctuante de forma senoidal, seu valor médio será zero. Para entender melhor que é a potência fluctuante, imaginemos um circuito que só tivesse uma potência deste tipo. Isso só é possível se \phi = \pi/2 , ficando

p(t)= V.I.cos(\pi/2) + V \cdot I \cdot \cos(2 \omega t - \pi/2) = V \cdot I \cdot \cos(2 \omega t - \pi/2)

caso que corresponde a um circuito inductivo puro ou capacitivo puro. Portanto a potência fluctuante é devida a um solenoide ou a um condensador.Tais elementos não consomem energia senão que a armazenam em forma de campo magnético e campo eléctrico.

Componentes da intensidade

Figura 1.- Componentes activa e reactiva da intensidade; supostos inductivo, esquerda e capacitivo, direita.

Consideremos um circuito de C. A. no que a corrente e a tensão têm um deslocamento φ. Define-se componente activa da intensidade, Ia ,à componente desta que está em fase com a tensão, e componente reactiva, Ir, à que está em cuadratura com ela (se veja Figura 1). Seus valores são:

I_a = I \cdot \cos \phi \,\!
I_r = I \cdot \sin \phi \,\!

O produto da intensidade, I, e as de suas componentes activa, Ia ,e reactiva, Ir, pela tensão, V, dá como resultado as potências aparente (S), activa (P) e reactiva (Q), respectivamente:

S = I \cdot V \,\!

P = I \cdot V \cdot \cos \phi \,\!
Q = I \cdot V \cdot \sin \phi \,\!

Potência complexa

Figura 2.- Relação entre potência activa, aparente e reactiva.

A potência complexa (cuja magnitude se conhece como potência aparente) de um circuito eléctrico de corrente alternada, é a soma (vectorial) da potência que dissipa dito circuito e se transforma em calor ou trabalho(conhecida como potência média, activa ou real) e a potência utilizada para a formação dos campos eléctrico e magnético de seus componentes que fluctuará entre estes componentes e a fonte de energia (conhecida como potência reactiva).

Esta potência não é a realmente "útil", salvo quando o factor de potência é a unidade (cos φ=1), e assinala que a rede de alimentação de um circuito não só tem de satisfazer a energia consumida pelos elementos resistivos, senão que também tem de se contar com a que vão armazenar "" as bobinas e condensadores. Designa-lha com a letra S e mede-se em voltiamperios (VAI) (a potência activa mede-se em vatios (W), e reactiva-a mede-se em voltiamperios reactivos (VAR)

A fórmula da potência aparente é: S = I \cdot V \,\!

Potência activa

É a potência que representa a capacidade de um circuito para realizar um processo de transformação da energia eléctrica em trabalho. Os diferentes dispositivos eléctricos existentes convertem a energia eléctrica em outras formas de energia tais como: mecânica, lumínica, térmica, química, etc. Esta potência é, portanto, a realmente consumida pelos circuitos. Quando se fala de demanda eléctrica, é esta potência a que se utiliza para determinar dita demanda.

Designa-se com a letra P e mede-se em vatios (W). De acordo com sua expressão, a lei de Ohm e o triângulo de impedancias :

P = I \cdot V \cdot \cos \phi = I \cdot Z \cdot I \cos \phi = I^2\cdot Z \cdot \cos \phi = I^2\cdot R \,\!

Resultado que indica que a potência activa é devida aos elementos resistivos.

Potência reactiva

Esta potência não tem também não o carácter realmente de ser consumida e só aparecerá quando existam bobinas ou condensadores nos circuitos. A potência reactiva tem um valor médio nulo, pelo que não produz trabalho necessário. Por isso que se diz que é uma potência desvatada (não produz vatios), se mede em voltiamperios reactivos (VAR) e se designa com a letra Q.

A partir de sua expressão,

Q = I \cdot V \cdot \sin \phi = I \cdot Z \cdot I \sin \phi = I^2\cdot Z \cdot \sin \phi = I^2\cdot X  = I^2\cdot (X _L - X _C)=S \cdot \sin \phi \,\!

O que reafirma em que esta potência é devida unicamente aos elementos reactivos.

Potência trifásica

A representação matemática da potência activa em um sistema trifásico equilibrado está dada pela equação:

P _3 \varphi\ = \sqrt{3}\cdot I \cdot V \cdot cos \Phi\
Q _3 \varphi\ = \sqrt{3}\cdot I \cdot V \cdot sen \Phi\
S _3 \varphi\  =  \sqrt{3}\cdot I \cdot V \

Veja-se também

Enlaces externos

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