sejam bem-vindos meu nome é rub Machado sou engenheiro e mestre em engenharia elétrica este material é um conteúdo adicional esclarece da forma o mais simples possível o conceito de potência embora o pleno entendimento dos conceitos dependa de um desenvolvimento mais complexo e na análise de equações aqui faremos uma introdução mais qualitativa isso porque nossa intenção aqui é definir um contexto suficiente para darmos continuidade no projeto de instalações elétricas aqui nossa preocupação é definir alguns conceitos importantes necessários para pleno conhecimento do que estamos fazendo quando nos propomos a realizar o projeto de uma instalação elétrica em
outros materiais relacionados às disciplinas de circuitos elétricos tratar-se a de forma mais robusta e definitiva o conceito de potência seus conceitos implicações e aplicações aqui também definiremos as equações necess á para efetivarmos os cálculos necessários as nossas especificações em projetos elétricos básicos em baixa tensão toda vez que projetamos algum componente ou sistema sempre Estamos preocupados com aspectos relacionados a energia em um projeto de instalações elétricas energia configurem um parâmetro fundamental sobre vários aspectos por exemplo nos interessa quanta energia será necessária para manter uma instalação e operação também nos interessa saber quanta energia estaremos perdendo no
processo de manutenção de operação do sistema para fins de análises de eficiência energética por exemplo a questão aqui é como medimos energia sem a possibilidade de efetuarmos medições não podemos viabilizar análises comparações e ou especificações minimamente aceitáveis minimamente ótimas ao longo da história fomos desenvolvendo formas indiretas de medirmos energia e dentre as metodologias possíveis uma uma outra grandeza se tornou especialmente interessante dada sua possibilidade de conseguimos efetuar medições mesmo que indiretas e cálculos de formas mais simples e assim viabilizarmos comparações e análises essa grandeza O que foi denominado potência a taxa com a qual um
determinado sistema ou componente absorve consome Ou libera produz energia no tempo no sistema internacional de unidades a unidade de potência é [Música] oo um pouco mais rigoroso algebricamente a definição de potência é dada pela derivada da em função do tempo assim potência é uma função do tempo ou seja o resultado dessa equação matemática nos fornece uma equação que nos permite obter o valor da potência em qualquer instante de tempo a denominada potência instantânea assim potência instantânea é qualitativamente a taxa na qual um elemento está produzindo ou absorvendo energia em um dado intervalo infinitesimal de tempo
este material não detalharei a dedução que resumidamente se apresenta nesse slide utilizando-se de outra grandeza da física o trabalho O importante para nós é que em eletricidade a forma mais básica para calcularmos a potência instantânea é multiplicando a diferença de potencial atenção V na equação em destaque e corrente e na equação também destacada no final desse slide duas grandezas que conseguimos medir ponto relevante aqui é que esta equação nos permite em Sistemas elétricos calcular a potência taxa com a qual um sistema absorve ou produz energia instantaneamente ou seja em um momento específico de tempo assim
para calcular potência em um watts em um dado instante de tempo basta medir a diferença de potencial a tensão em volts e a corrente em amperes e depois multiplicar esses dois valores medidos o resultado nos permite encontrar o que denominamos potência instantânea o problema é que se a tensão e corrente variarem no tempo a potência instantânea também pode ser variável e se a variação tiver uma frequência muito alta o processo de medição e análise pode ficar bastante complexo instalações elétricas normalmente ou utilizamos tensões e correntes contínuas situação em que a potência também vai ser contínua
ou seja não vai variar no tempo ou a alimentação será alternada a senoidal situação em que tensões e correntes variarão numa frequência normalmente de 60 hz ou seja 60 ciclos por segundo na na prática neste caso a potência instantânea apresentará uma variação com Doo desta frequência ou seja 120 hz medir e analisar um sinal com essa frequência é complexo e sejamos sinceros ultrapassem muito nossa capacidade humana de interpretação mais uma vez o ser humano ou uma classe especial deles os cientistas Principalmente aqueles preocupados com a aplicação prática das teorias procurou encontrar uma forma de traduzir
variações de energia no tempo a potência utilizando grandezas com valores fixos e que embora não reproduzam exatamente o que vai estar ocorrendo nos sistemas ao longo do tempo permitem representar o comportamento dos mesmos de tal forma que na prática para grande parte das demandas e ou problemas temos valores que nos permitem identificar o comportamento desses sistemas com relação ao fluxo de energia e principalmente de definir metodologias de análise muito mais simples bem resta noos entender como sistemas elétricos podem se comportar de forma diferente com relação a potência produção ou consumo de energia em Sistemas elétricos
com relação à potência energia temos três formas básicas de componentes primeiro componentes que sempre fornecem energia as fontes baterias geradores na verdade esses componentes convertem algum tipo de energia mecânica ou química por exemplo em energia elétrica nestes componentes ao longo de um intervalo de tempo o saldo de energia produzida é maior do que aquele absorvido segundo componentes que sempre absorvem energia por exemplo cargas denominadas resistivas como para ilustrar o chuveiro elétrico convencional nestes componentes sempre se estará absorvendo energia disponibilizada em noss no sistema essa energia absorvida será utilizada para viabilizar algo que desejamos por exemplo
no no caso do chuveiro elétrico aquecer a água terceiro componentes que em determinados instantes de tempo absorvem ou consomem energia e em outros instantes de tempo conseguem devolver a energia que armazenaram de volta para o sistema e muitas vezes esses componentes são enquadrados no que denominamos de fontes passivas capacitores e indutores são exemplos típicos e sempre poderão ser encontrados em Sistemas elétricos seja Porque queremos motores Transformadores bancos de capacitores por exemplo seja de forma parasita ou seja se manifestarão por conta da própria natureza envolvida na produção de eletricidade e magnetismo toda vez que construímos um
sistema elétrico esses três componentes podem surgir de novo seja porque desejamos seja de forma parasita ou seja ocorrem pelo próprio comportamento intrínseco do sistemas e ou componentes como devido à própria natureza do eletromagnetismo conforme já mencionado vamos nos abster de mostrar como os conceitos que iremos apresentar na sequência foram desenvolvidos e vamos focar no que no momento nos interessa volto a ressaltar quem tiver interesse em entender melhor esses conceitos pode buscar nos materiais voltados para circuitos elétricos explicações mais robustas a respeito do que qualitativamente vamos mencionar em seguida em resumo na prática temos alguns problemas
para medir e analisarmos potência medir e analisar potência instantânea é complexo assim procurou se definir metodologias de avaliação e medição que possam ser mais simples de se efetuar no mundo real para aplicações em que a simplicidade se sobrepõe à exatidão das grandezas para entender isso vamos nos utilizar de um exemplo bem simples Digamos que desejamos definir critérios para diferenciar um melão de uma melancia temos duas abordagens possíveis a primeira exata na qual além de informações é facilmente mensurar fazemos uso de análises de laboratório que embora mais complexas de implementação nos disponibilizará uma série de parâmetros
que serão passíveis de nos permitir efetuar a comparação desejada com o máxximo de exatidão problema aqui é que para eu utilizar esse procedimento terei de ter à disposição um conjunto de recursos equipamentos por exemplo e muitas vezes um maior gasto de tempo outra abordagem não tão exata utiliza-se às vezes de informações imprecisas e ou qualitativas para realizar essa comparação aqui não tenho toda a riqueza de detalhes Porém na prática consigo fazer isso sem muito dispêndio de recursos e tempo é nessa segunda opção do exemplo que se enquadram as definições de potência que iremos fazer na
sequência e que podem ser matematicamente desenvolvidos segundo ponto importante é que não basta medir potência temos necessidade na prática de diferenciar aquela potência que é totalmente absorvida pela carga daquela potência que em determinados momentos a carga absorve e em outros momentos ela devolve pro sistema fte por exemplo essas potências guardam íntima relação com aquelas características das cargas que anteriormente mencion ambos por último uma metodologia de cálculo e análise de potência alternativa para uso mais corriqueiro na prática deve manter a máxima compatibilidade com a forma rigorosa de cálculo de potência aquela definida para potência instantânea obtida
pelo produto de tensão e corrente aqui temos que fazer uma pausa para mais um conceito uma contextualização já mencionamos que se tensões e correntes em um sistema elétrico de potência são sinais alternados senoidais eles variam no tempo se utilizássemos um instrumento de medição que efetivamente me disse esses sinais as suas indicações variaram na frequência de 60 hz ou seja 60 vezes por segundo essa variação do valor medido não permitiria que um ser humano processasse essa informação obviamente na prática quando utilizamos um voltímetro para medir tensão ou se a gente quiser ser mais rigoroso diferença de
potencial elétrico ou um amperímetro para medição de corrente elétrica na verdade estamos medindo valores eficazes valores contínuos que podem entregar ío a mesma energia ou melhor dizendo potência que o nosso sinal senoidal original assim deixando bem claro quando medimos tens ou diferença de potencial elétrico e corrente obtemos valores eficazes R MS destas grandezas Então vamos as definições o produto da tensão ou diferença de potencial elétrico eficaz e a corrente eficaz de um sistema e o componente nos fornece um valor de potência que denominamos de potência aparente veja bem essa tensão e essa corrente podem ser
fruto de um processo de medição essa potência aparente é a combinação de toda a potência que a carga efetivamente absorve e consome e da potência que a carga em alguns momentos absorve e em outros ela injeta devolve ao circuito veja que a potência aparente é obtida por valores medidos ou seja guarda relação com a prática como tensão e corrente são fácilmente medidos com dispositivos adequados temos simplicidade de aplicação e cálculo desta potência aparente importante destacar a potência aparente possui um valor fixo se não houver variação dos valores eficazes de tensão e corrente no circuito também
a potência aparente somente nos dá uma ideia da energia potência do sistema componente anteriormente mencionamos que determinadas cargas somente absorvem energia e outras podem devolver ao longo do tempo parte da energia absorvida para o circuito que as alimenta a informação de quanto da energia injetada em uma carga ela absorve completamente é fornecida por um parâmetro denominado fator de potência que em nosso material denominaremos por cosseno phi este ângulo phi ele possui significado porém dada a finalidade desse material irei omitir essas informações aqui maiores detalhamentos podem ser buscados junto aos materiais referentes a circuitos elétricos então
da potência aparente Total associada a uma carga aquela parcela de potência que é totalmente absorvida e nunca é devolvida ao sistema denominamos por potência ativa algebricamente a potência ativa pode ser obtida pela multiplicação da potência aparente que é o produto da tensão e corrente eficazes medidos ou nominais do sistema e ou componente pelo fator de potência cosseno Fi na nossa equação assim a potência ativa está associada à energia absorvida por um componente de um sistema elétrico e que o mesmo consome integralmente ou realizando trabalho por exemplo para um motor elétrico acionando uma carga para um
chuveiro elétrico aquecendo a água ou dissipando por exemplo através de perdas por aquecimento a potência ativa pode ser medida na prática utilizando-se um aparelho denominado vatímetro obviamente se o fator de potência o cosseno phi é igual a 1 e significa que a nossa carga possui comportamento resistivo caso por exemplo de um chuveiro elétrico e isso significa que ela absorve toda a energia que ela recebe se cosseno Fi fator de potência é igual a zer significa que nossa carga possui um comportamento reativo ou seja toda a energia absorvida pela carga é integralmente devolvido pro circuito por
exemplo a fonte a cada Cico um exemplo vamos assumir que um dado equipamento possui os seguintes dados nominais tensão nominal de 220 V corrente nominal de 26,4 a e fator de potência o nosso cosseno Fi de 0,82 Se quisermos calcular a potência aparente basta multiplicarmos a tensão eficaz de 2 20 pela corrente eficaz 26,4 com isso nós vamos encontrar a potência aparente que normalmente a gente associa a letra maiúscula a s e a unidade vai ser o volt para eu calcular a potência ativa basta eu pegar o valor da potência aparente e multiplicar pelo fator
de potência que no nosso caso é 0,82 tá com isso a potência ativa que a gente normalmente utiliza a letra maiúscula P vai ser neste caso né Igual a 220 x 26,4 x 0,82 que é 4673 w e significa que [Música] 4673 w são absorvidos pelo equipamento e não são devolvidos ao circuito em uma hora esse equipamento vai consumir 4,67 kW de energia a informação de quanto da energia é injetada em uma carga ela devolve a fonte no circuito é fornecida pela potência reativa que normalmente a gente associa a letra maiúscula q e a unidade
é o vol re V todo equipamento que depende de Campos elétricos e magnéticos para operar por exemplo motores geradores relés eletromagnéticos possuirão um fator de potência entre 0 e 1 assim máquinas elétricas terão um fator de potência inferior à unidade normalmente nos equipamentos é fornecido fator de potência ou seja o cosseno phi assim como no exemplo anterior se necessitasse calcular a potência reativa primeiro teria que encontrar o ângulo phi a partir da informação de fator de potência e depois de fazer esse cálculo eu vou e faço o cálculo do Seno do ângulo PH né porque
que né Eh conforme a gente pode ver nesse slide a potência reativa vai ser a potência aparente vezes o seno do ângulo F na prática como no exemplo anterior a tensão é em tese um valor fixo controlado e ou regulado pelo sistema elétrico de potência ao qual a minha instalação estará conectada A corrente elétrica nominal dependerá da construção potência nominal e das condições de operação da minha carga o equipamento esse valor de corrente será um parâmetro essencial para especificarmos nossos circuitos elétricos de potência está associado ao tipo de equipamento a sua construção e à condições
de operação do mesmo por exemplo um chuveiro elétrico convencional opera utilizando uma resistência elétrica trata-se de uma carga puramente resistiva e portanto possui um fator de potência unitário um motor elétrico é um equipamento cuja operação Depende de Campos eletromagnéticos e assim o seu fator de potência Será menor que a unidade o valor do fator de potência vai variar conforme a construção e as condições de operação do nosso motor elétrico os valores de potência aparente e ativa serão necessárias para que façamos o levantamento de cargas em uma instalação elétrica para uma instalação Residencial o valor da
potência reativa a priori não possuirá aplicação pelo menos em nossa sequência de trabalho para uma instalação industrial ou para ser mais preciso para instalações elétricas cuja carga instalada supere os 75 kW tarifadas o consumo e demanda a potência reativa será um parâmetro essencial para estudos voltados à correção de fator de potência porém eh isso é um assunto para um outro momento e um outro contexto o outro exemplo vamos assumir um chuveiro elétrico com os seguintes dados dominais a tensão de 220 v e a potência de 7800 wat como se trata de um chuveiro elétrico e
assumindo que é puramente resistivo o fator de potência vai ser igual à unidade ou seja cosseno Fi igual a 1 a potência fornecida ela está dada em Wats então trata--se de uma potência ativa se a potência Ativa é de 7800 w né a gente eh pode calcular a potência aparente né se a potência Ativa é a potência aparente vezes o fator de potência o PH E se o cosseno phi é ig a 1 então no caso do nosso chuveiro elétrico o módulo da potência aparente vai ser igual ao módulo da potência ativa no caso 7800
V para eu encontrar a corrente basta eu isolar a corrente na equação de pocia ativa então a corrente nesse chuveiro elétrico para essas condições né nominais fornecidas vai ser a potência ativa dividido pela tensão de operação nominal vezes o fator de potência no nosso caso a potência Ativa é 7800 w a tensão é 220 o fator de igual a 1 com isso esse chuveiro elétrico quando estiver operando nas suas condições nominais demandará em seu circuito de uma corrente de 35,45 Amp Essa será a corrente é a ser utilizada nas especificações dos circuitos que vão alimentar
esse chuveiro elétrico tá e essa corrente e essa potência aparente é quando a gente tiver efetuando o levantamento de cargas vão ser duas informações importantes terminamos por aqui esse material acessório a parte três da nossa sequência de especificação de componentes de uma instalação elétrica para o momento muito obrigado l
