Apostila de eletricidade basica

Apostila de eletricidade basica

(Parte 3 de 8)

Potência em Corrente Alternada (CA)

Em um condutor elétrico energizado em Corrente Alternada (CA), passa uma determinada quantidade de energia, sendo um percentual Ativo e outro Reativo. Quanto maior for o percentual de Potência Ativa (kW) que passar, será melhor e mais econômico.

A Potência Reativa (kVAr) é necessária para produzir o fluxo magnetizante para o funcionamento dos aparelhos (motores, transformadores, etc), pode ser obtida junto a esses equipamentos, com a instalação de Capacitores.

A seguir, serão apresentados alguns conceitos, de forma bastante simplificada.

Como foi visto anteriormente, em Corrente Alternada (CA), a Corrente Elétrica (I) e a Tensão Elétrica (U), são geradas e transmitidas em uma forma de onda de uma senoide. As ondas de Corrente e de Tensão podem estar defasadas uma da outra em um circuito elétrico: quando a Corrente está em uma determinada posição, a Tensão pode estar em outra posição, e vice-versa.

Quando a Tensão está em fase com a Corrente, a carga é denominada de Resistiva. O circuito elétrico é Resistivo.

Quando a Corrente está atrasada em seu deslocamento da Tensão, a carga é denominada de Indutiva. Esse atraso (defasamento) é de até 90o. O circuito elétrico é Indutivo.

Quando a Corrente está adiantada em seu deslocamento da Tensão, a carga é denominada de Capacitiva. Esse adiantamento (defasamento) é de até 90o. O circuito elétrico é Capacitivo.

Em um circuito elétrico de Corrente Alternada (CA), a oposição à passagem da corrente elétrica recebe os seguintes nomes:

Resistência (R) quando se tratar de um circuito formado por resistência elétrica; Reatância Indutiva (XL) quando se tratar de bobinas (enrolamentos); Reatância Capacitiva (XC) quando se tratar de capacitor.

A soma vetorial das Reatâncias (XL + XC) com a Resistência (R), dá-se o nome de Impedância (Z).

X = XL – XC XL > XC (o circuito é Indutivo) XC > XL (o circuito é Capacitivo)

Os valores da Resistência, das Reatâncias e da Impedância podem ser representados graficamente através de um triângulo retângulo.

Onde:

Z = Impedância do circuito, da pela fórmula Z =√ R² + X² R = Resistência do circuito X = Reatância total do circuito (que é igual a X = XL - XC ou X = XC – XL).

Uma carga ligada a um circuito de Corrente Alternada (CA) é quase sempre constituída de Resistência e Reatância, ou seja, tem-se normalmente uma Impedância (Z). A expressão da Potência P = U x I em geral, não é válida para todos os circuitos de corrente alternada, devendo ser acrescida à expressão um outro fator, conforme será mostrado a seguir, foi mostrado que a Potência (P) pode ser dada por:

P = R x I2 em W (Watts). Se for substituído na expressão acima, a Resistência (R) pela Reatância total (X), tem se:

P = X x I2 = VA (Volt Ampère). Substituindo pela Impedância: P = Z x I2 = VA (Volt Ampère)

A expressão da Potência Reativa do circuito elétrico depende das Reatâncias existentes. Este produto é chamado de Potência Aparente, sendo a “soma vetorial” das duas Potências - Ativa e a Reativa.

Observação: não será explicado nas nossas aulas, como é feita a soma vetorial.

Caso sejam necessárias maiores informações, deve-se procurar uma literatura técnica especializada.

Assim tem-se:

W = R x I² VAr = X x I² VA = Z x I²

W = Potência Ativa (ou kW, que corresponde a 1.0 W) VAr = Potência Reativa (ou kVAr, que corresponde a 1.0 VAr) VA = Potência Aparente (ou kVA, que corresponde a 1.0 VA)

Essas três Potências formam um triângulo, denominado “Triângulo das Potências”.

O ângulo Ø é o ângulo do Fator de Potência (cosØ = FP).

Fator de Potência

A Potência Ativa (kW) é a que efetivamente produz trabalho. A Potência Reativa (kVAr) ou magnetizante, é utilizada para produzir o fluxo magnético necessário ao funcionamento dos motores, transformadores, etc. Para que se tenha uma idéia de como são essas duas formas de energia, será dado um exemplo de uma forma bastante simplificada.

Num copo cheio de cerveja, tem-se uma parte ocupada pelo líquido e outra ocupada pela espuma. Para aumentar a quantidade de líquido nesse copo, tem-se que diminuir a espuma. Assim, de maneira semelhante ao copo com cerveja, a Potência Elétrica solicitada, por exemplo, por um motor elétrico, é composta de Potência Ativa (kW) que “corresponde” ao líquido e Potência Reativa (kVAr) que “corresponde” à espuma.

A soma vetorial (em ângulo de 90º), das Potências Ativa e Reativa é denominada de Potência Aparente (kVA) que “corresponde” ao volume do copo (o líquido mais a espuma). Assim como o volume do copo é limitado, também a capacidade em kVA de um circuito elétrico (fiação, transformadores, etc) é limitada. Para aumentar a Potência Ativa em um circuito, é preciso reduzir a Potência Reativa.

O Fator de Potência (FP) é definido como o quociente entre a Potência Ativa (kW) e a Potência Aparente (kVA). O Fator de Potência (FP) também é igual ao coseno do ângulo Ø do “Triângulo das Potências”.

FP = cos Ø ou FP = kW / kVA

Exemplo: Qual a potência do transformador, necessária para se ligar um motor de 10 CV com FP = 0,50 e qual a corrente do circuito para a tensão igual a 220 V? Calcular também para o FP = 1,0.

1º Caso: Para FP = 0,502º Caso: Para FP = 1,0
PkVA = PkW / cosØPkVA = PkW / cosØ
PkVA = 7,3 kW / 0,50PkVA = 7,3 kW / 1,0
PkVA = 14,6 kVAPkVA = 7,3 kVA
I = PVA / UI = PVA / U
I = 14.600 VA/ 220 VI = 7.300 VA/ 220 V
I = 6 AI = 3 A

Transformando a potência do motor de cv para kW tem-se: 10 cv = 10 x 735,5 = 7,3 kW

Transformador de 15 kVATransformador de 7,5 kVA

Resposta: Resposta:

Pelo exemplo, verifica-se que quanto menor o Fator de Potência, mais problemas ele trará ao circuito: transformadores de maior capacidade (PkVA = PkW/cosØ), fiação mais grossa, consequentemente um maior custo, etc. Por isso é importante que o Fator de Potência de uma instalação elétrica tenha um valor mais próximo possível de 1 (um).

Todas as Concessionárias de Energia Elétrica cobram um ajuste financeiro (R$) sobre o FP, quando o mesmo é inferior a 0,92 (capacitivo ou indutivo), de acordo com a Legislação em vigor. Para a correção do Fator de Potência podem ser utilizados os Capacitores, que são normalmente instalados junto as cargas (kW) elétricas.

Aparelhos

Os aparelhos de testes não medem os valores das grandezas elétricas, testam simplesmente a existência ou não, das mesmas. Podem, por exemplo, auxiliar na identificação do fio Fase energizado de um circuito elétrico.

Os aparelhos de medição

Os aparelhos de medição são instrumentos que, através de escalas, gráficos ou dígitos, fornecem os valores numéricos das grandezas que estão sendo medidas.

Como foi ressaltado anteriormente, é sempre preferível a utilização desses aparelhos, ao invés dos aparelhos de teste. Os aparelhos de medição, segundo a maneira de indicar os valores medidos, podem ser:

Amperímetro e Voltímetro

O Amperímetro é utilizado para medir a corrente elétrica de um circuito e deve ser ligado em série com a carga.

O Voltímetro é utilizado para medir a tensão elétrica de um circuito e deve ser ligado em paralelo com a carga.

Wattímetro

A medição de potência elétrica (W) é feita por um aparelho, o Wattímetro, que associa as funções do Voltímetro e do Amperímetro. No Wattímetro, é indicado o terminal comum que deve ser ligado ao lado da carga.

Ohmímetro

O Ohmímetro é utilizado para medir a resistência elétrica. O Ohmímetro é também usado para se verificar a continuidade de um circuito elétrico. Observação: o circuito elétrico deverá estar desernergizado.

Alicate Volt-Amperímetro

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