Entendendo Potência em Circuitos AC Resistivos e Reativos

Em um sistema AC monofásico de 120 V, 60 Hz, uma carga puramente resistiva consome 2 A (RMS) e dissipa 240 W. Como a carga não tem reatância, as formas de onda de tensão e corrente estão em fase, e a forma de onda de potência é sempre positiva.

Abaixo está o esquema do circuito resistivo básico:

Quando você plota tensão, corrente e potência instantânea, as curvas de tensão e corrente se sobrepõem, enquanto a curva de potência fica inteiramente acima da linha zero, refletindo dissipação contínua de energia. A forma de onda de potência oscila ao dobro da frequência da tensão ou corrente porque potência é o produto das duas.

Cargas Puramente Reativas

Um circuito com apenas indutor (ou capacitor) comporta-se diferentemente. A tensão lidera a corrente em 90°, e a potência instantânea oscila acima e abaixo de zero, significando que energia é alternadamente absorvida da e devolvida à fonte. Transferência líquida de energia sobre um ciclo é zero.

Esquema típico:

Cargas Mistas Resistivo-Reativas

Quando resistência e indutância coexistem, a impedância é complexa:

• Resistência, R = 60 Ω
• Reatância indutiva, X_L = 2πfL = 2π·60·0,160 = 60,319 Ω
• Impedância, Z = R + jX_L = 60 + j60,319 Ω ≈ 85,078 Ω ∠ 45,152°

Com suprimento de 120 V RMS, a corrente RMS é:

$$ I = \frac{V}{|Z|} = \frac{120\,\text{V}}{85,078\,\Omega} \approx 1,41\,\text{A} $$

O indutor em si não dissipa potência real; apenas armazena e devolve energia. O resistor dissipa a porção real da potência, então a carga consome mais energia do que devolve.

Formas de onda ilustrativas:

Note que a forma de onda de potência passa mais tempo acima da linha zero que abaixo, confirmando absorção líquida de energia.

Principais Conclusões

• Apenas resistivo: Tensão e corrente em fase; toda potência dissipada como calor.
• Apenas reativo: Tensão e corrente 90° fora de fase; nenhuma potência líquida dissipada.
• Misto: Ângulo de fase entre 0° e 90°; alguma potência armazenada/devolvida por reatância, enquanto resistor dissipa o restante.

Como a onda de potência instantânea tem frequência e comportamento de fase diferentes que tensão ou corrente, é mais preciso calcular potência usando magnitudes escalares de tensão, corrente, resistência e reatância em vez de álgebra complexa.

Planilha Relacionada: Planilha de Potência AC