Tensao, Corrente e Potencia CA

Tensão, Corrente e Potência CA

A referência possui excelente material com fundamentos sobre potência CA e foi a principal obra utilizada para a construção desta página.

O estudo da Potência CA na referência citada tem como foco a medição do consumo de energia elétrica no âmbito residencial e o entendimento de como os equipamentos elétricos residenciais interagem com o sistema de distribuição da energia elétrica.

Cargas Resistivas

Cargas resistivas, como ferros de passar, fornos e chuveiros elétricos, alimentadas com tensão alternada drenam corrente alternada com o valor dado pela Lei de Ohm e com a mesma forma de onda da tensão, conforme ilustra a figura abaixo:

A curva amarela é a potência instantânea, que é igual ao produto da tensão pela corrente em um dado instante de tempo. Note que a potência é sempre positiva, que significa que a energia está fluindo para a carga.

Cargas Parcialmente Reativas

Equipamentos como geladeiras, máquinas de lavar, motores e soldadores elétricos, são cargas que combinam componentes resistivos e reativos. Estes equipamentos consomem energia resistiva e também devolvem energia reativa de volta a rede. A energia devolvida é devido as cargas elétricas armazenadas em componentes internos dos equipamentos, como indutores (presentes em motores) e capacitores (presente nos soldadores por exemplo).

As cargas parcialmente reativas provocam defasagem entre as formas de onda da tensão e corrente, conforme ilustra a figura abaixo:

Note que a curva amarela da potência instantânea tem parte positiva e parte negativa, o que significa que a energia ora flui para a carga e ora flui para de volta para a fonte.

Para entender o que acontece, considere um circuito formado por um capacitor em série com um resistor e alimentado por uma fonte de tensão alternada. Suponha que o capacitor esteja inicialmente descarregado. Quando a tensão na fonte cresce positivamente a energia flui para a carga (resistor em série com capacitor) e o capacitor vai sendo carregado até a tensão da fonte atingir o valor de pico. Quando a tensão da fonte começa a cair, a tesão sobre o capacitor estará maior que a da fonte e, portanto, a energia fluirá em sentido contrário.

Potência Ativa, Potência Reativa e Potência Aparente

As formas de onda da tensão, corrente e potência, mostradas anteriormente, são alternadas e oscilam com frequência de 60 Hz (no Brasil).

Potência Ativa ou Potência Real

É a média da potência instantânea.

A potência ativa é a potência utilizada pela carga para produzir trabalho útil. Olhando para os gráficos acima, quando a potência é positiva a energia flui da rede de distribuição para a carga e quando a potência é negativa a energia flui em sentido contrário. Portanto, a potência que foi realmente usada pela carga é a parte positiva menos a parte negativa da potência.

Potência Reativa ou Potência Imaginária

É a potência que flui da carga para a fonte, a qual não é utilizada para produzir trabalho útil.

Potência Aparente

É o produto da tensão RMS pela corrente RMS.

RMS (Root Mean Square) é a raiz do valor médio quadrático das formas de onda.

Para cargas resistivas o valor da potência ativa é igual ao valor da potência aparente. Para cargas parcialmente reativas, o valor da potência ativa é menor que a potência aparente.

Relação entre a potência ativa, potência reativa e potência aparente para cargas senoidais ideais:

Potência Ativa = Potência Aparente * cos Φ

Potência Reativa = Potência Aparente * sen Φ

O ângulo Φ é a defasagem entre as formas de onda da tensão e da corrente.

O cos Φ é conhecido como fator de potência:

Fator de Potência = Potência Ativa / Potência Aparente

Cálculo da Potência Ativa, Potência Aparente e Fator de Potência

Potência Ativa

É a média da potência instantânea. A potência instantânea pode ser calculada através do produto da tensão instantânea pela corrente instantânea:

for (n=0; n// inst_voltage and inst_current calculation from raw ADC input goes here
  inst_power = inst_voltage * inst_current;
  sum_inst_power += inst_power;
}
real_power = sum_inst_power / number_of_samples;

Tensão e Corrente RMS

for (n=0; n// inst_voltage calculation from raw ADC input goes here.
  squared_voltage = inst_voltage * inst_voltage;
  sum_squared_voltage += squared_voltage;
}
mean_square_voltage = sum_squared_voltage / number_of_samples;
root_mean_square_voltage = sqrt(mean_square_voltage);

for (n=0; n// inst_current calculation from raw ADC input goes here.
  squared_current = inst_current * inst_current;
  sum_squared_current += squared_current;
}
mean_square_current = sum_squared_current / number_of_samples;
root_mean_square_current = sqrt(mean_square_current);

Potênicia Aparente

apparent_power = root_mean_square_voltage * root_mean_square_current;

Fator de Potência

power_factor = real_power / apparent_power;

Referências

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--Evandro.cantu (discussão) 11h40min de 10 de novembro de 2018 (BRST)

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