11 potencia
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Série de Eletrônica
Sumário
Introdução 5
Potência elétrica em CC. 6
Trabalho elétrico 6Efeito caloríco 7Efeito luminoo 7Efeito mec!nico "
Potência elétrica "
#eterminação da $otência e um conumidor em CC. %%
Potência nominal %5
&imite de dii$ação de $otência %6
'$êndice %"
(uetion)rio %"
*iblio+raa %"
3
SENAI
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Espaço SENAI
Missão do Sistema SENAI
Contribuir para o fortalecimento da indústria e o desenvolvimento pleno e sustentável do País, promovendo a educação para o trabalo e a
cidadania, a assist!ncia t"cnica e tecnol#$ica, a produção e disseminação de informação e a ade%uação, $eração e difusão de tecnolo$ia&
Integração ' (ortalecer o trabalo em e%uipe " essencial para a consecução dos ob)etivos e satisfação dos clientes e*ternos e internos&
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Série de Eletrônica
Introdução
E*istem conceitos da física %ue estão presentes no nosso dia a dia e aos%uais nos referimos, mesmo sem %ue tenamos um conecimento mais
profundo& Assim acontece, por e*emplo, %uando procuramos um aparelo desom e optamos por um de maior pot!ncia ou ao escoler uma l+mpada optamos
por uma de menor pot!ncia para gastar menos ener$ia&
conceito de pot!ncia está li$ado ao nosso dia a dia - id"ia de força, produção de som, calor, lu. e at" mesmo ao consumo de ener$ia&
Para sua melor compreensão do conceito de pot!ncia a partir da ener$iael"trica, e sua aplicação na vida prática, foi elaborado este fascículo, %ue trataráde pot!ncia el"trica em corente contínua, visando capacitá/lo a determinar a
pot!ncia dissipada por uma car$a li$ada a uma fonte de ener$ia el"trica&
Estudando este fascículo com atenção, o leitor estará caminando parauma utili.ação mais consciente deste conceito&
Para ter sucesso no desenvolvimento do conteúdo e atividades
deste fascículo, o leitor já deverá ter conhecimentos relativos a:
0esistores&• 1ei de m&
5
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Potência Elétrica em CC
Potência elétrica emCC.
A passa$em da corrente el"trica atrav"s de uma car$a instalada em um
circuito el"trico produ. efeitos tais como calor, lu. e movimento& A Fig! mostraal$uns e*emplos&
Fig! E*emplos de al$uns efeitos produ.idos pela corrente el"trica&
calor, a lu. e o movimento produ.ido pelo consumidor a partir daener$ia el"trica " denominado de tra"al#o&
A capacidade de cada consumidor de produ.ir trabalo em umdeterminado tempo a partir da ener$ia el"trica " denominada pot!ncia el"trica&
conecimento da pot!ncia el"trica de cada componente em um circuito" muito importante para %ue se possa dimensioná/lo corretamente&
TRABALHO ELÉTRICO
$
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Série de Eletrônica
s circuitos el"tricos são montados com o ob)etivo de reali.ar umaproveitamento da ener$ia el"trica& Entre os efeitos %ue se pode obter a partir daener$ia el"trica, citam/se2EEITO CALOR!ICO
Nos fo$3es el"tricos, cuveiros e a%uecedores a ener$ia el"trica "convertida em calor& A Fig% mostra como e*emplo o a%uecedor&
Fig% A%uecedor el"trico&
EEITO L"#I$OSO
Nas l+mpadas, como a da Fig3, a ener$ia el"trica " convertida em lu. 4etamb"m uma parcela em calor5&
&
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Potência Elétrica em CC
Fig3 1+mpada el"trica&
EEITO #EC%$ICO
s motores convertem ener$ia el"trica em força motri. 4movimento5& AFig' mostra um e*emplo da conversão de ener$ia el"trica em ener$ia mec+nica&
Fig' 6otor el"trico&
Este trabalo de transformação da ener$ia el"trica em outra forma deener$ia " reali.ado pelo consumidor ou car$a& Ao transformar a ener$ia el"trica
em outra forma de ener$ia, o consumidor reali.a um tra"al#o elétrico&
POT&$CIA ELÉTRICA
Analisando um tipo de car$a em particular, como por e*emplo, a l+mpada,verificar/se %ue nem todas produ.em a mesma %uantidade de lu.& E*isteml+mpadas %ue produ.em $randes %uantidades de lu. e outras %ue produ.em
pe%uenas %uantidades&
7a mesma forma, e*istem a%uecedores capa.es de ferver um litro d8á$uaem 9: minutos e outros %ue podem fa.!/lo em ; minutos& <anto um a%uecedor como o outro reali.am o mesmo trabalo el"trico2 a%uecer um litro d8á$ua at" atemperatura de 9::=C& Entretanto, um deles " mais rápido, reali.ando o trabaloem menor tempo&
A partir desta afirmação, conclui/se %ue os dois a%uecedores não sãoi$uais&
(
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Série de Eletrônica
E*iste uma $rande.a el"trica atrav"s da %ual se relaciona o trabaloel"trico reali.ado e o tempo necessário para sua reali.ação& Esta $rande.a "denominada de potência elétrica
Potência elétrica é a caacidade de reali!ar tra"alho na
unidade de temo a artir da ener#ia elétrica$
A partir disso, pode/se afirmar 2
• 1+mpadas %ue produ.em %uantidades diferentes de lu. são de pot!nciasdiferentes&
• A%uecedores %ue levam tempos diferentes para ferver uma mesma%uantidade de á$ua são de pot!ncias diferentes&
mesmo acontece em relação a outros tipos de consumidores, tais comomotores, a%uecedores etc&
E*istem motores de $rande pot!ncia 4como os dos elevadores5 e de pe%uena pot!ncia 4como os dos $ravadores de fita cassete5&
A pot!ncia el"trica " uma $rande.a e como tal pode ser medida& A unidade demedida da pot!ncia el"trica " o >att, representada pelo símbolo ?&
A unidade de medida de otência elétrica é o %att$
Esta unidade " definida da se$uinte forma2 9? " o trabalo reali.ado em
um se$undo por um consumidor alimentado por uma tensão de 9@ pelo %ualcircula uma corrente de 9A&
A unidade de medida da pot!ncia el"trica >att tem múltiplos esubmúltiplos& A )a"ela ! apresenta os múltiplos e submúltiplos usuais do >att&
)a"ela ! 6últiplos e submúltiplos do >att&
*enominação S+m"olo ,alor em relação ao -att
6últiplos uilo>att B? 9: ? ou 9&::: ?
Dnidade ?att ? 9 ?6ili>att m? 9:/ ? ou :,::9 ?
.
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Potência Elétrica em CC
Submúltiplos 6icro>att µ? 9:/ ? ou :,:::::9 ?
Para a conversão de valores, usa/se o mesmo sistema de outras unidades&
/0ilo-att 1att Mili-att Micro-att
21 1 m1 1
Apresenta/se a se$uir al$uns e*emplos de conversão2
95 9,? " o mesmo %ue 9::m?&
F5 G:m? " o mesmo %ue :,G?&
5 :,::H? " o mesmo %ue Hm?&
G5 ;:? " o mesmo %ue :,;?
;5 F,9? " o mesmo %ue F9::?&
5 9Fm? " o mesmo %ue 9F:::µ?&
!
Posição da 4+rg0la
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Série de Eletrônica
'eterminação da(otência e um
con)umidor em CC*
A pot!ncia el"trica de um consumidor, representada pela letra P , dependeda tensão aplicada e da corrente %ue circula nos seus terminais&
6atematicamente, a pot!ncia de um consumidor " dada por2
P = V × I 495
onde V " a tensão entre os terminais do consumidor e I a corrente circulante nomesmo&
Eemplo !6
Dma l+mpada de lanterna de @ solicita uma corrente de :,;A das pilas&ual a pot!ncia da l+mpadaJ
7ados 2 V K @ I K :,;@
Solução 2 P = V × I
P K × :,; K ?
!!
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Potência Elétrica em CC
7e forma semelante - 1ei de m, a e%uação da pot!ncia pode ser
colocada em tri+n$ulo, como mostrado na Fig5&
P
V Ix
Fig5 <ri+n$ulo para cálculo da pot!ncia
Assim, obt"m/se facilmente as e%uaç3es de corrente para o cálculo de%ual%uer das tr!s $rande.as da e%uação2
P = V × I ⇐ Cálculo da pot!ncia %uando se disp3e da tensão e da corrente&
V
P I = ⇐ Cálculo da corrente %uando se disp3e da pot!ncia e da tensão&
I
P V = ⇐ Cálculo da tensão %uando se disp3e da pot!ncia e da corrente&
As e&ua'(es devem ser usadas com os valores nas unidades
adr)o de medidas *+, A, -$
Em muitas ocasi3es, fa./se necessário calcular a pot!ncia de umcomponente e não se disp3e da tensão ou da corrente&
Não dispondo da tensão 4V 5, não " possível calcular a pot!ncia pela E78!9
!%
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Série de Eletrônica
Essa dificuldade pode ser solucionada com o au*ílio da 1ei de m dase$uinte forma 2
9& Coloca/se lado a lado os dois tri+n$ulos, como mostrado na Fig$
P V
V Ix R Ix
Fig$ <ri+n$ulo da 1ei de m e da pot!ncia&
F& Atrav"s dos dados fornecidos pelo problema 4 I e R5 e da 1ei de m,obt"m/se a tensão aplicada ao consumidor2
V K R × I 4F5
Substituindo o valor de V da E78%9 41ei de m5 na E78!9 4e%uação da
pot!ncia5, t!m/se2
P K V × I ⇒ P K 4 R × I 5 × I K F I R × 45
Esta e%uação pode ser usada para determinar a pot!ncia de umcomponente e " conecida como e%uação da pot!ncia por efeito Loule&
mesmo tipo de dedução pode ser reali.ado para obter/se uma e%uação%ue permita determinar a pot!ncia a partir da tensão e resist!ncia&
pela 1ei de m 2 R
V I =
Substituindo o valor de I da E78%9 41ei de m5 na E78!9 4e%uação da pot!ncia5, t!m/se2
P K V × I ⇒ P K V ×
R
V K
R
V F
!3
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Potência Elétrica em CC
As e%uaç3es para determinação da pot!ncia podem ser colocadas nostri+n$ulos para facilitar as sua utili.aç3es, como ilustrado na Fig&&
P
V Ix
P
I RxF
V
P Rx
F
Fig& <ri+n$ulos para o cálculo da pot!ncia
A se$uir estão apresentados al$uns e*emplos %ue ilustram a utilidade das
e%uaç3es para a determinação da pot!ncia&
Eemplo %6
Dm a%uecedor el"trico tem uma resist!ncia se MΩ e solicita uma corrente de9:A& ual " a sua pot!nciaJ
7ados 2 I K9: A R K M Ω
Solução 2F
I R P ×= F
9:M×= K M::?
Eemplo 36
Dm is%ueiro de um autom#vel funciona com 9F@cc fornecidos pela bateria&Sabendo/se %ue a resist!ncia do is%ueiro " de Ω, calcular a pot!ncia dissipada&
7ados 2 V K9F V cc R K Ω
Solução 2
R
V P
F
=
C
9FF
= K GM?
!'
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Série de Eletrônica
Potência nominal
Al$uns aparelos el"tricos, tais como cuveiros, l+mpadas e motoresapresentam uma característica particular2 são aparelos %ue t!m uma tensãoestabelecida para o funcionamento&
Assim, e*istem cuveiros para 99:@ ou FF@, l+mpadas para @, 9F@,99:@, FF:@ e outras tens3es e os motores são encontrados para tens3es taiscomo 99:@, FF:@, M:@ e outras&
Esta tensão para a %ual estes consumidores são fabricados " camada detensão nominal de :0ncionamento
Fig( Indicação de tensão defuncionamento
uando estes aparelos são li$ados corretamente, a %uantidade de calor,lu. ou movimento produ.ida " e*atamente a%uela para a %ual foram pro)etados&
!5
s consumidores %ueapresentam estas características devem
sempre ser li$ados na tensão correta4nominal5, %ue normalmente estáespecificada no seu corpo, comoilustrado na Fig(
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Potência Elétrica em CC
Por e*emplo, uma l+mpada de 99:@ e :? li$ada corretamente, produ.:? entre lu. e calor& 7i./se, neste caso, %ue a l+mpada esta dissipando s0a
potência nominal
Portanto, potência nominal " a pot!ncia para %ual um consumidor foi pro)etado& Dma l+mpada, um a%uecedor ou um motor trabalando dissipando a
potência nominal, estão na sua condição ideal de funcionamento&
LI#ITE 'E 'ISSIPA+,O 'E POT&$CIA
E*iste um $rande número de componentes eletrnicos %ue se caracteri.am por não ter uma tensão nominal de funcionamento especificada& Estescomponentes podem funcionar com os mais diversos valores de tensão&
s resistores são um e*emplo típico deste tipo de componentes& Nãotra.em nenuma refer!ncia %uanto a tensão nominal de funcionamento&
Entretanto, todo o resistor %ue " li$ado a uma fonte $eradora dissipa uma pot!ncia %ue pode ser calculada&
<omando/se como e*emplo o circuito apresentado na Fig.&
1 0 V 9 : : Ω R
+
-
I
Fig. Pot!ncia dissipada em um resistor
A pot!ncia dissipada "2
P = V × I = 9:@ × :,9A
P = 9?
Como o resistor não produ. lu. ou movimento, esta pot!ncia " dissipadaem forma de calor, o %ue " constatado pelo a%uecimento do componente&
.s resistores dissiam otência elétrica em forma de calor$
!$
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O necessário $arantir %ue a %uantidade de calor produ.ida pelo resistor nãose)a demasiada, provocando um a%uecimento tão $rande %ue possa destruí/lo&
7essa forma, conclui/se %ue se a dissipação de pot!ncia for limitada, a produção de calor tamb"m será&
Por essa ra.ão, os resistores t!m uma característica denominada de limite
de dissipação %ue estabelece um valor má*imo de pot!ncia %ue o resistor podedissipar sem sofrer danos&
. limite de dissia')o de um resistor é a otência má/ima &ue
ele ode dissiar sem sofrer danos$
s resistores são fabricados em diversos valores de limite de dissipação&Entre os valores mais comuns de limites de dissipação, encontram/se2
9M? ou :,9F;?, 9G? ou :,F;?, 9F? ou :,;?, 9?, F?, ;?, 9:? e outros&7eve/se sempre ter em mente %ue estes valores representam o limite
m;imo de dissipação
Por medida de se$urança - preservação do componente, deve/se manter a pot!ncia dissipada no componente a"aio de ;:Q do valor limite& Isto deve permitir %ue o componente trabale morno& Se for necessário %ue o componentetrabale frio, usa/se no má*imo :Q da pot!ncia nominal& Por e*emplo, paraum resistor de GH:Ω9?, tem/se %ue este resistor trabala no limite dedissipação %uente se ele estiver dissipando 9?, trabala morno se estiver dissipando :,;? e trabala frio se estiver dissipando at" :,?&
s resistores para diferentes limites de dissipação t!m tamanos diferentes,como pode ser visto na Fig!&
G H 9 : ?Ω G H ; ?Ω
!&
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Potência Elétrica em CC
Fig! 0esistores de diferentes limites de dissipação&
Sempre %ue for necessário solicitar ou comprar um resistor, " necessáriofornecer a sua especificação completa 4por e*emplo, resistor de MF:Ω, com 9:Q
de toler+ncia e 9F? de pot!ncia5&
A(êndice
-"ESTIO$.RIO
9& Como se define pot!ncia el"trica e %ual a sua unidade de medida&
F& uais as e%uaç3es básicas para o cálculo da pot!ncia el"trica J
& %ue se entende por limite de dissipação mínima de um resistor J
BIBLIO/RAIA
SENAI7epartamento Nacional& Potência em CC& 0io de Laneiro, 7ivisão deEnsino e <reinamento, 9RM:, HRp 46#dulo Instrucional2 Eletricidade /Eletrot"cnica, H5&
@AN @A1BEND0T, NTE0 U NE@I11E& Eletricidade <;sica& 9;&a
ed&São Paulo, (reitas astos, 9RH:, vol&F&
!(
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