Energia (w ou E)
• Energia é a capacidade de um corpo, substância ou sistema físico de realizar trabalho
• Trabalho, medido em Joules [J], representa quanta energia é transferida pela aplicação de uma força em um certo deslocamento
• Na física elétrica, o trabalho é executado por uma força eletromotriz externa ao sistema (circuito), conhecida como tensão ou diferença de potencial
Potência instantânea (p) e Energia• Corrente e tensão não são suficientes para descrever um circuito elétrico.
Na prática, é preciso saber quanta potência um dispositivo elétrico dissipa.
• Potência é a variação da energia (liberada ou absorvida) em função da variação do tempo, medida em Watts [W]
Em circuitos CC: 𝑝 = 𝑣. 𝑖 (tensão x corrente)
• Energia é diferente de potência! Energia é potência vezes o tempo: 𝐸 = 𝑃. 𝑡
• Na eletrotécnica usa-se a unidade do watt-hora: 1𝑊ℎ = 3600 𝐽
Potência instantânea (p)• Potência positiva é a que está sendo fornecida para o elemento
• Potência negativa é a que o elemento está fornecendo
• Ex2 – Uma fonte de energia força uma corrente constante de 2 A por 10 s a fluir através de uma lâmpada. Se 2,3 kJ forem fornecidos na forma de luz e aquecimento, calcule a queda de tensão através da lâmpada. R:115V
• Ex3 – Quanta energia uma lâmpada de 100W consome em 2 horas? R:720kJ ou 200Wh.
• Note que, até agora, não foi apresentado o conceito de resistência!
Potência CA• A potência instantânea é o
produto da tensão pela corrente de um circuito em um determinado tempo
• A corrente e a tensão usadas na maioria das instalações possuem função senoidal periódica, de forma 𝑣 𝑡 = 𝑉𝑚á𝑥. cos 𝜔𝑡
• Assim, a potência também é variável no tempo.
Potência CA - monofásica
• Um gerador de energia monofásico em CA possui, na saída, um único sinal periódico do tipo senoidal
• O movimento relativo entre as bobinas do rotor e o campo magnético do estator faz com que a tensão na saída do equipamento varie, de 𝑉𝑚í𝑛 até 𝑉𝑚á𝑥, em um certo tempo período
• A carga alimentada por um gerador CA também terá sua tensão variando dessa forma
• Dependendo do tipo de carga (resistiva, indutiva ou capacitiva), a relação entre tensão e corrente se altera
Potência CA – ondas senoidais• Para explicar como a potência em CA se comporta, é necessário compreender os
conceitos de ondas senoidais defasadas no tempo e do valor eficaz de um sinal
Potência CA – Circuitos trifásicos• Um gerador monofásico possui apenas um enrolamento que, submetido à ação
de um campo magnético, produz apenas uma fase
• O número de fases é proporcional ao número de enrolamentos em grandes geradores, pois sistemas trifásicos são mais econômicos do que os monofásicos, para a mesma potência
Potência CA – Fator de potência (FP)• Fator de potência é o cosseno do ângulo
de defasagem entre a corrente e a tensão, em qualquer circuito
• Para circuitos monofásicos: 𝑃 = 𝑉. 𝐼. 𝐹𝑃
• Para circuitos trifásicos: 𝑃 = 3. 𝑉. 𝐼. 𝐹𝑃
• Potência aparente, N, ou S, é a soma vetorial das potências ativa P e reativa Q
• O fator de potência pode ser definido,
então, como: 𝐹𝑃 =𝑃
𝑆
• Pode-se escrever: 𝑃 = 𝑆𝑐𝑜𝑠𝜑
𝑆2 = 𝑃2 + 𝑄²
Exercícios1) Uma torradeira de 1,2 kW necessita de 4 minutos para aquecer 4 fatias de pão.
Determinar o custo da operação da torradeira, se ela for usada uma vez ao dia, por 1 mês. Considere que o custo da energia é de 9 centavos/kWh. R: 21,6 centavos
2) Um aquecedor de 1,5 kW está conectado a uma fonte de 120 V. Calcule:
a. Quanta corrente o aquecedor irá drenar
b. Quanta energia será consumida, se o aquecedor ficar ligado por 45 minutos
c. O custo de operação do aquecedor ligado por 45 minutos, se cada kWh custa 70 centavos.
d. Refaça os itens 𝑎 a 𝑐, se o equipamento em questão fosse um motor trifásico, com 𝑓𝑝 = 0,8.
Exercícios para estudo: Alexander, Sadiku, 4ª Ed: 1.1; 1.5; 1.7; 1.11; 1.19
Circuitos em série e em paralelo• Circuitos em série são
aqueles que a mesma corrente percorre todos os
seus elementos. A resistência equivalente nesses circuitos é
a soma de todas as resistências
• Circuitos em paralelo são aqueles que a corrente divide-se entre os
elementos do circuito. A tensão é a mesma entre os nós do circuito. A
resistência equivalente nesses circuitos é
•1
𝑅=
1
𝑅1+
1
𝑅2+⋯+
1
𝑅𝑛