Qual a potência necessária para o meu gerador de energia?

É fácil confundir as medições de watts e volt-amperes (VA) para energia elétrica CA, bem como fator de potência. Neste manual, você pode encontrar a explicação desses termos, o uso desses valores em fontes de energia de espera específicas e fórmulas de conversão.

Potência: a relação entre o watt e o VA

Em geral, energia é definida como a capacidade de agir, transformar ou colocar em movimento. A definição de potência é a frequência do fluxo de trabalho ou energia (que são numericamente iguais): P= Energia/tempo.

Pode ser mostrado que em circuitos elétricos a potência instantânea é p(t)=v(t)×i(t). Nesta equação, v(t) e i(t) são tensões e correntes instantâneas em função do tempo t. Em circuitos CA, todas essas grandezas variam continuamente. O valor de interesse principal na indústria elétrica é um valor médio de p(t) ao longo de um ciclo CA completo.

Esta quantidade é chamada de potência real (ativa) e é medida em watts (símbolo: W):

Watts=median{v(t)×i(t)}

Representa o trabalho realizado por uma corrente elétrica ou energia consumida por uma carga para dar calor, iluminação ou movimento, por exemplo. Em circunstâncias normais, os sistemas elétricos possuem indutores ou capacitores, chamados de componentes reativos. Componentes reativos ideais não desperdiçam energia, mas consomem corrente e causam quedas de tensão, dando a impressão de que realmente a desperdiçam. Essa “potência imaginária” é chamada de potência reativa. Não contribui para a transferência líquida de energia, mas recircula e força entre a fonte e a carga e coloca uma carga mais pesada na rede elétrica. A potência reativa é medida em volt-ampère reativo (VAR). Ao contrário da potência que representa um valor médio, numericamente VAR representa uma amplitude de potência reativa instantânea.

Além das reatâncias, os sistemas elétricos práticos também contêm componentes não lineares, como retificadores, que distorcem as ondas e causam harmônicos de corrente. Todos esses harmônicos, exceto o fundamental, não contribuem para a transferência líquida de energia. A combinação de potência real, distorção e reativa é a potência aparente (ou total), medida em volt-amperes (VA):

VA= V×I

Nesta fórmula, V e I são os valores da raiz quadrada média (RMS) da tensão e da corrente.

O que é fator de potência (PF)?

PF é a razão entre potência real e aparente:

PF=W / VA

Muitas vezes, a primeira coisa que você faz ao converter volt-ampere (VA) para watts é encontrar uma calculadora. Na verdade, é necessário saber o valor de FP para fazer o cálculo: W=VA×FP, quando FP contém decimais. Da mesma forma, você pode converter watts em potência VA usando esta fórmula: VA=W/FP. Infelizmente, o valor FP quase nunca aparece na folha de especificações do dispositivo. Computadores mais antigos costumavam ter FP=0,6-0,65. Os computadores modernos geralmente têm um suporte de energia PMS com FPC (Power Factor Corrector) que garante unidade próxima ao PF. Aparelhos motorizados (como refrigeradores e condicionadores de ar) normalmente têm PF=0,6-0,8. Se o PF de um dispositivo não for conhecido, é melhor assumir que é 0,6.

Um “triângulo de potência” no qual a potência ativa, reativa e total são representadas como vetores é frequentemente usado para visualizar a relação entre watts e VA em circuitos lineares com sinais senoidais. Quando a tensão e a corrente são senoidais, pode ser mostrado como FP=cosφ, o ângulo φ entre os fasores de tensão e corrente. Para correntes não senoidais, este triângulo é inválido devido à “potência de distorção”, que é negada em muitos manuais elétricos. O valor de PF mede o grau de efetividade do uso da eletricidade. Sabemos pela física que, quando um objeto é movido pela força, o trabalho mecânico é realizado apenas pela componente da força na direção do movimento. Em uma dada força, o trabalho máximo é realizado quando a força e o movimento estão na mesma direção. Se a força for perpendicular à direção do movimento, essa força não transfere energia. Da mesma forma, em circuitos elétricos, a potência real é transferida por componentes de tensão e corrente que têm a mesma frequência. Em determinados valores de tensão e corrente, a potência máxima é transferida cquando estão em fase.

Se a tensão e a corrente senoidal tiverem um deslocamento de fase de 90º, a potência é zero. Em algumas áreas, as concessionárias já instalaram medidores de energia digitais residenciais (“medidores inteligentes”) que calculam W, VAR e PF. Talvez você tenha que pagar mais pelos VARs. No entanto, até agora a maioria dos medidores residenciais nos EUA ainda são dispositivos de discagem móvel que medem apenas watts reais, portanto, o PF dos dispositivos não afeta o custo da eletricidade. Nessas aplicações, o uso de dispositivos corretores de fator de potência (PFC) não reduz as contas de eletricidade. Ainda assim, o FP dos aplicativos precisaria ser levado em consideração ao medir o sistema de energia em espera, como um gerador doméstico ou um no-break.

Além disso, o PF mais baixo causará uma corrente mais utilizável e quedas de tensão adicionais na fiação. Em casos extremos, a redução da tensão no sistema elétrico pode causar superaquecimento e falha prematura de motores e outros equipamentos indutivos. Ao contrário dos clientes normais, para clientes elétricos comerciais e industriais, uma empresa de energia determinará uma penalidade para fatores de energia muito baixos e coletará uma carga adicional quando o PF for inferior a 0,95.

são os mesmos. Como as aplicações mais comuns têm um PF entre 0,6 e 0,8, seu consumo de energia VA é 25% a 60% maior que sua potência. Isso deve ser levado em consideração ao medir um gerador elétrico em espera: suas taxas de saída teriam que ser muito maiores do que a potência líquida dessas cargas motorizadas. Por exemplo, para um dispositivo de 700 W com um PF de 0,7, você precisaria de pelo menos um gerador elétrico de 700/0,7=1000 watts. Atualmente, os aparelhos possuem uma placa que indica sua corrente máxima ao invés de sua potência, portanto, não é necessário saber seu FP, basta multiplicar seu valor de corrente pela tensão AC nominal (120 V. nos EUA). VA. Por exemplo, se seu dispositivo monofásico tiver uma classificação de corrente máxima de 10 A, ele poderá consumir até 120×10=1200 VA. Este valor precisaria ser usado para medir seu gerador elétrico de espera ou UPS para fornecer este aparelho.

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Unidades de potência e energia

O watt é a unidade básica de potência real. É usado como uma unidade derivada no Sistema Internacional de Unidades (SI). De um modo geral, 1 W é igual a 1 joule de energia por segundo. Em termos elétricos, pode-se mostrar que a energia é produzida ou consumida na frequência de um watt enquanto um ampere flui com uma diferença de potencial de um volt: 1 W = 1 V × 1 A. Como esta unidade é pequena para a indústria elétrica , unidades maiores são freqüentemente usadas. Por exemplo, o quilowatt (kW), que é igual a mil watts, costuma ser usado para medir a eletricidade residencial, que classifica tanto os geradores elétricos quanto o consumo de grandes ferramentas e eletrodomésticos: 1 kW=1000 W. Portanto, 1 kVA =1000VA. Outras unidades derivadas também são frequentemente usadas.

A unidade SI para energia é o joule (J). O joule é usado principalmente na ciência. É a soma da energia exercida com a força de um newton (1 N) para mover um objeto a uma distância de 1 m na direção da força. Um joule é uma unidade relativamente pequena. A unidade de energia é comumente usada para o consumo de eletricidade, para contas é usado o quilowatt-hora (kWh), que mede o fluxo líquido de eletricidade em um determinado período de tempo, como um mês. Um quilowatt-hora é a soma de energia equivalente a um fluxo constante de 1 kW por hora. Por exemplo, uma lâmpada consome 1 kWh de energia por 10 horas: 1 kWh = 3.600.000 J.