Bloco 1 · CA vs CC

Diferenças fundamentais

CA "ganhou" para transmissão; CC voltou a ser importante para HVDC long-distance + baterias + electrónica.

Onde está CA

• Rede pública (230 V monofásico, 400 V trifásico).
• Motores industriais (AC induction).
• Iluminação (lâmpadas + balastros).
• Aquecimento resistivo.
• Compressores, bombas com motor AC.

Bloco 2 · Sinusoide

Características

V(t) = V_pico × sin(2πft + φ)

V_pico = amplitude
f = frequência (50 Hz Europa)
t = tempo
φ = fase

Período T = 1/f = 1/50 = 20 ms na Europa.

Representação gráfica

+V_pico ─────────╭───╮
              ╭──╯   ╰──╮
            ╭─╯           ╰─╮
0 ─────────╯───────────────────╲─────
                                  ╲
                                   ╲___
                                       ╰──╮
-V_pico ──────────────────────────────────╯
        0    T/4   T/2   3T/4    T

T = 20 ms (Europa).

Fase

Duas sinusoides podem estar desfasadas:

• Em fase — picos coincidem.
• Desfasadas 90° — uma adiantada/atrasada T/4.
• 180° — opostas.

Em trifásico, 3 fases desfasadas 120°.

Bloco 3 · Valores

Pico, eficaz, médio

V_pico    = amplitude máxima
V_pp      = pico a pico = 2 × V_pico
V_eficaz  = V_pico / √2 = V_pico × 0,707
V_médio   = 0 (sinusoide pura) — falamos do médio absoluto

Importante: "230 V" da rede é V_eficaz (RMS). V_pico = 230 × √2 ≈ 325 V.

Porquê eficaz

V_eficaz é o equivalente em DC para potência dissipada num resistor:

P = V_eficaz² / R       (igual à fórmula DC)

Multímetros mostram V_eficaz. Osciloscópios mostram V_pico (e calculam V_eficaz se "true RMS").

Bloco 4 · R, L, C em CA

Resistência (R)

• Comporta-se igual em CA e DC.
• Tensão e corrente em fase (φ = 0°).
• P = V × I (mesma fórmula).

Indutor (L)

• Bobine — armazena energia em campo magnético.
• Reactância indutiva: X_L = 2πfL
• Corrente atrasada 90° relativamente à tensão.
• Não dissipa potência (idealmente).

Em DC contínuo, X_L = 0 (bobine é um simples fio).
Em CA: oposição à corrente cresce com frequência.

Condensador (C)

• Armazena energia em campo eléctrico entre placas.
• Reactância capacitiva: X_C = 1 / (2πfC)
• Corrente adiantada 90° relativamente à tensão.
• Não dissipa potência (idealmente).

Em DC contínuo, X_C = ∞ (não passa corrente).
Em CA: oposição diminui com frequência.

Bloco 5 · Impedância

Conceito

Impedância Z = oposição total ao fluxo em CA. Combina R, X_L, X_C:

Z = √(R² + (X_L − X_C)²)

Em circuito RLC série:
- R puro: Z = R
- RL: Z = √(R² + X_L²)
- RC: Z = √(R² + X_C²)

Unidade: Ohm.

Lei de Ohm em CA

V = I × Z

(mesma forma que CC, mas Z em vez de R)

Tensões e correntes em valor eficaz.

Exemplo

Motor com R = 10 Ω, L = 50 mH, ligado a 230 V / 50 Hz.

• X_L = 2π × 50 × 0,05 = 15,7 Ω
• Z = √(10² + 15,7²) = √(100 + 246) = √346 = 18,6 Ω
• I = V/Z = 230 / 18,6 = 12,4 A

Bloco 6 · Trifásico

Sistema trifásico

3 fases desfasadas 120° entre si. Vantagens:

• Mais potência com mesmos cabos.
• Motores começam sozinhos (campo girante).
• Equilibra consumo na rede.

Fase R (vermelha) ─ desfasada 0°
Fase S (preta)    ─ desfasada 120°
Fase T (castanha) ─ desfasada 240°
Neutro            ─ ponto comum

Tensões

V_simples = entre fase e neutro = 230 V (Europa)
V_composta = entre 2 fases = 400 V (Europa)

V_composta = V_simples × √3 = 230 × 1,732 ≈ 400 V

Pesados (motores industriais, fogões) ligam às 3 fases para usar 400 V.
Tomadas habituais usam fase + neutro = 230 V.

Estrela (Y)

       Fase R ──┐
                │
       Fase S ──┼── Neutro
                │
       Fase T ──┘

• 4 fios (3 fases + neutro).
• Tensão composta entre fases = √3 × tensão simples.
• Padrão para distribuição em habitação/comércio.

Triângulo (Δ)

       Fase R ─┐
        │      │
        │      │ carga
        │      │
       Fase T ─┘─ Fase S

• 3 fios (sem neutro).
• Carga vê tensão composta directamente.
• Motores grandes; sistemas onde correntes são altas.

Bloco 7 · Potência em CA

3 tipos de potência

Potência activa     P (W)      = V × I × cos φ  — trabalho útil
Potência reactiva   Q (VAr)    = V × I × sin φ  — armazenada/devolvida
Potência aparente   S (VA)     = V × I          — total que circula nos cabos

S² = P² + Q²

Triângulo de potências

          /|
         / |
      S /  | Q
       /   |
      /φ___|
        P

• P (W) — paga-se na conta.
• Q (VAr) — não paga directamente mas pode levar a multas (factor de potência baixo).
• S (VA) — dimensiona cabos, transformadores, geradores.

Bloco 8 · Factor de potência

cos φ

cos φ = P / S

• cos φ = 1 → carga puramente resistiva (aquecedor, lâmpada incandescente).
• cos φ = 0,8-0,95 → motores comuns sem correcção.
• cos φ < 0,8 → mau; cabo subdimensionado relativamente à potência útil.

Por que importa: cos φ baixo → mais corrente para a mesma potência útil → cabos maiores, perdas maiores, multas dos fornecedores.

Correcção do factor de potência

Bancos de condensadores em paralelo com cargas indutivas (motores) compensam o reactivo:

• Motor "consome" reactivo indutivo (atraso).
• Condensador fornece reactivo capacitivo (adianto).
• Anulam-se → cos φ aproxima de 1.

Indústria com muitos motores tem bancos automáticos que ligam/desligam grupos de condensadores conforme necessidade.

Bloco 9 · Medições CA

Multímetro

• V AC: ligar em paralelo, escala apropriada.
• I AC: em série OU pinça amperimétrica (não invasiva).
• Frequência: alguns medem; típica 50 Hz.

True RMS vs médio rectificado:

• Médio rectificado dá erro em formas não-sinusoidais (ex.: corrente puxada por electrónica).
• True RMS mede correctamente qualquer forma. Multímetro profissional tem.

Pinça amperimétrica

• Mede corrente sem cortar circuito.
• Pinças à volta de 1 cabo por vez.
• Pinças sobre fase + neutro → indica zero (correntes anulam-se) — útil para detectar fugas.
• Tipos: corrente trifásica (3 pinças); diferencial; potência (V + I + fase).

Essencial em manutenção industrial.

Bloco 10 · Aplicações

Rede pública portuguesa

• AT (Alta Tensão) — > 60 kV, transporte longa distância.
• MT (Média Tensão) — 15, 30 kV — distribuição cidades.
• BT (Baixa Tensão) — 400 V trifásico / 230 V monofásico — consumo.

Transformadores em postos de transformação reduzem MT→BT.

Tipos de cargas

Segurança CA

• 50/60 Hz é a frequência mais perigosa para o coração (provoca fibrilhação fácil).
• 230 V é mais perigoso que 12 V DC.
• 400 V trifásico (entre fases) é ainda mais.
• Aplicam-se as 5 regras de ouro (UC02864).