O que é energia elétrica e como é calculada?

Quando falamos de eletricidade, um dos conceitos mais frequentemente utilizados é a energia elétrica. Na verdade, é um dos termos fixos que compõem a nossa conta de eletricidade. Nesta ocasião, explicaremos exatamente em que consiste e como pode ser calculado.

Definição de energia elétrica

A potência elétrica é a taxa por unidade de tempo em que a energia elétrica é transferida num circuito elétrico. Mais simplesmente, pode ser considerada como a quantidade de energia consumida ou gerada por um elemento num dado instante.

Uma lâmpada, por exemplo, podemos dizer que tem uma potência de 12W e assim indicar que, quando está a funcionar, consome essa quantidade de energia num determinado momento.

Lâmpadas LED com casquilho E27 e E14

No caso de uma casa, se tivermos um contrato de 5kW, esta é a potência máxima que podemos utilizar. Podemos cozinhar na placa (2,2kW), ter a máquina de lavar a funcionar (1,5kW), o frigorífico (0,25kW) e o aquecimento (1kW) ao mesmo tempo, uma vez que somam 4,75kW, mas se nesse momento quisermos utilizar o microondas (0,9kW) a eletricidade “saltará”.

Fórmulas para calcular a energia elétrica, aprender a fazê-lo

Da sua definição podemos inferir que a energia é calculada como a carga elétrica que passa num tempo limitado através de uma diferença potencial.

Podemos normalmente definir a potência de um aparelho elétrico como o produto da tensão a que está ligado (V) e a intensidade da corrente que passa por ele (I), onde P = V * I é sem dúvida a versão mais conhecida da energia elétrica.

Fórmula de potência elétrica

Sendo:

  • Q a carga elétrica medida em coulombs
  • t o tempo em segundos
  • Va diferença ou tensão potencial, medida em volts
  • I a corrente elétrica em amperes

Fórmula de potência em corrente contínua

A fórmula para calcular a energia elétrica em circuitos onde é aplicada uma corrente contínua é a mesma que no ponto anterior. Se estamos também a considerar um circuito resistivo, podemos aplicar a lei de Ohm (V = I * R) para desenvolver expressões alternativas:

A fórmula de potência em corrente contínua

Onde R é a resistência elétrica.

Por exemplo, se tivermos um dispositivo a funcionar a 24V e 10mA (miliamperes) a fluir através dele, podemos calcular a potência como se segue:

P=VI=24·0’01=0.24W

Fórmula de potência elétrica em alterna

Neste caso, os elementos indutivos e capacitivos dos circuitos geram um intervalo de tempo entre a tensão e a corrente. Por esta razão, os valores quadráticos médios das duas quantidades devem ser tidos em conta.

Em corrente alternada, teremos a voltagem por um lado:

Fórmula para tensão alternada

Com um valor de pico Vp e uma frequência f, sendo os valores típicos 230V e 50Hz, se considerarmos a rede doméstica.

Por outro lado, a corrente:

Fórmula para corrente alterna

Onde temos o valor máximo (Ip), a frequência (f) e o deslocamento de fase (φ) introduzidos pelos elementos reativos.

A fórmula para a energia elétrica alternada seria a seguinte:

Cálculo da potência da corrente alternada

Aplicando um pouco de trigonometria e substituindo os valores de pico pelos valores rms ( valor quadrático médio ou root mean squared), obtemos isso:

Fórmula de potência em alterna

Onde temos um primeiro termo constante, que é o poder ativo, e um segundo termo variável.

Por exemplo, considerando uma carga linear (onde cos(φ) coincide com o fator de potência), podemos calcular a potência ativa desenvolvida por um dispositivo que funciona a 220VAC monofásico, circulando 15A e tendo um fator de potência de 0,9 como:

P=220·15·0’9=2970W=2’97KW

Como é medida a potência elétrica

Tendo visto como são feitos os cálculos da potência elétrica, vamos agora discutir como é medida em aplicações reais, onde não podemos ou não queremos fazer cálculos.

Para medir a potência, podemos usar o que é conhecido como um wattímetro.

Wattímetro

O wattímetro, seja digital ou analógico, é um dispositivo para medir a potência num determinado circuito. Na sua versão analógica, são constituídos por duas bobinas fixas (amperimétricas) que medem a corrente e uma bobina móvel (voltímetro) que mede a tensão. As bobinas de corrente são ligadas em série e a bobina de tensão em paralelo.

Antigo wattímetro
Vatímetro antiguo

As versões digitais mais recentes amostram a tensão e a corrente várias vezes por segundo e calculam a potência a partir da média. Pode encontrar estes medidores de potência na nossa loja online. Ao ligá-los entre qualquer aparelho e a rede, pode descobrir o seu consumo.

A potência elétrica na fatura de eletricidade

Como já mencionamos em outras ocasiões, o termo de potência contratada é a potência máxima que podemos utilizar simultâneamente. É uma das partes fixas da fatura e uma das primeiras que temos de ajustar às nossas necessidades reais se quisermos poupar na eletricidade.

Sabemos agora um pouco mais sobre potência elétrica e como esta é calculada tanto em circuitos AC como DC.