A potência é a taxa de transferência de energia.
Um watt (W) corresponde a um joule de energia transferida por segundo. Um quilowatt (kW) corresponde a 1,000 W. A potência indica a rapidez com que a energia está a ser transferida num determinado momento.
Para DC constante, a potência elétrica é P = V × I. Uma carga de 24 V que consome 0.5 A recebe 12 W.
A energia inclui o tempo.
20 W × 5 h = 100 Wh = 0.1 kWh. Um quilowatt-hora é uma quantidade de energia, não uma taxa de consumo.
Para potência constante, energia = potência × tempo. Se a potência variar, some a energia dos diferentes períodos em vez de presumir potência máxima o dia inteiro.
Potência em AC: watts, VA e fator de potência.
Com uma alimentação AC, a tensão e a corrente variam ao longo de cada ciclo. Os seus picos não têm de ocorrer em simultâneo. As bobinas e os condensadores podem armazenar energia temporariamente e devolvê-la, pelo que pode circular corrente sem que toda contribua para uma transferência líquida de energia.
Para uma carga monofásica, três grandezas ajudam a compreender a situação. Aqui RMS (raiz quadrada da média dos quadrados) significa uma tensão ou corrente eficaz, baseada no seu efeito térmico equivalente numa resistência.
- Potência ativa, P — watts (W)
- A taxa média de transferência líquida de energia elétrica. Inclui energia convertida em saída útil e energia perdida como calor.
- Potência aparente, S — volt-amperes (VA)
- Tensão eficaz (RMS) × corrente eficaz (RMS). Descreve a combinação de tensão e corrente que a alimentação e o equipamento devem suportar.
- Fator de potência, PF — sem unidade
- Potência ativa ÷ potência aparente. Para uma carga que consome energia, P = S × PF.
Uma carga monofásica absorve 2 A RMS a 230 V RMS, com um fator de potência de 0.80.
- Potência aparente: 230 × 2 = 460 VA.
- Potência elétrica ativa de entrada: 460 × 0.80 = 368 W.
Um fator de potência de 0.80 não significa que o equipamento tenha um rendimento de 80%. O rendimento compara a saída útil com a entrada ativa. Também 460 − 368 não é um cálculo de watts desperdiçados: VA e W descrevem grandezas diferentes.
Para a mesma potência ativa e tensão, um fator de potência mais baixo significa maior corrente RMS. Isso pode aumentar as perdas na cablagem de alimentação. A explicação da impedância relaciona este fenómeno com a resistência e o armazenamento de energia; a lição sobre eletricidade trifásica aborda uma configuração de alimentação diferente.
Opcional: ângulo de fase, distorção e potência reativa
Para tensão e corrente sinusoidais, PF = cos φ, em que φ é a diferença de fase entre elas. Num circuito consumidor, φ = 0 dá um fator de potência de 1. Com corrente distorcida, o fator de potência também reflete a forma de onda: um ângulo de fase, por si só, não o descreve.
A potência reativa, Q, exprime-se em vars. No caso monofásico sinusoidal, Q = VRMSIRMS sin φ e S² = P² + Q². Descreve a troca alternada de energia associada aos campos, não uma quantidade adicional de calor consumido.
O ponto de partida geral para a potência ativa é a média do produto instantâneo v(t) × i(t). É o produto em instantes correspondentes, não o produto de duas formas de onda cujas médias foram calculadas separadamente.
A potência de entrada e a potência útil de saída são diferentes.
O equipamento não converte toda a energia de entrada no resultado pretendido. Por exemplo, os motores também produzem calor. O rendimento compara a saída útil com a entrada em condições especificadas.
A chapa de características de um motor indica habitualmente a potência mecânica nominal de saída. A potência elétrica real de entrada depende do ponto de funcionamento e das perdas; não é automaticamente igual aos kW indicados.
O consumo de energia de um elevador varia ao longo do dia.
Deslocação, espera, iluminação e equipamento de comando contribuem de modo diferente. Algumas instalações também podem devolver energia à alimentação em funcionamento gerador.
Uma comparação significativa exige um período e condições operacionais definidos. Uma potência nominal do motor menor não comprova, por si só, menor consumo do ascensor.
Um olhar mais próximo
Para cargas AC, multiplicar a tensão RMS pela corrente RMS dá a potência aparente em volt-amperes num circuito monofásico. A potência ativa em watts depende também do fator de potência. Não aplique o cálculo simples de DC a todos os circuitos de motor.
Verifique o que aprendeu
Uma carga constante de 2 kW funciona durante meia hora. Quanta energia consome?
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1 kWh: 2 kW × 0.5 h. Utilizar 2 kW durante uma hora consumiria 2 kWh.
Leitura adicional.
Leitura opcional para aprofundar esta lição.
- EIA: medição da eletricidade
Uma explicação acessível de watts, quilowatts e quilowatts-hora. Use o exemplo do aparelho para relacionar a potência nominal com a energia usada ao longo do tempo.
- OpenStax: energia e potência elétricas
A secção 9.5 acrescenta equações de circuitos e exemplos resolvidos. Use-a para a relação entre potência elétrica, tensão, corrente e aquecimento resistivo.
- Yokogawa: fundamentos das medições de potência elétrica
Leia «Triângulo de potências e fator de potência» para conhecer a diferença entre watts e volt-amperes, incluindo a ressalva relativa a formas de onda não sinusoidais. Trata-se de uma explicação de medição, não de um procedimento de ensaio em tensão.
- OpenStax: troca de energia e potência média em AC
A Figura 15.16 compara a potência instantânea em resistências, condensadores e bobinas. Ajuda a explicar como a energia pode ser devolvida durante um ciclo; a dedução por integração é opcional.