Enunciado

71- Três cargas são associadas em paralelo com uma fonte de 120 ∠ 0 °   V   R M S . A carga 1 absorve 60   k V A R com F P = 0.85 atrasado, a carga 2 absorve 90   k W e 50   k V A R adiantada e a carga 3 absorve 100   k W com F P = 1 .

( a ) Determine a impedância equivalente

( b ) Calcule o fator de potência da associação em paralelo

( c ) Determina a corrente fornecida pela fonte.

Passo 1

Fala meus formatadores de PC! Tudo ok? Então pessoal foi nos dado três cargas, com fatores de potências bem distintos entre si, como que eu tiro a impedância equivalente disso?

O melhor a se fazer aqui primeiramente (na minha visão) é primeiro calcular a potência total de cada uma dessas cargas, pois assim temos uma visão geral da potência que cada carga acumula (em termos reais e complexos). Pois com ela podemos aplicar em uma fórmula já bonitinha para resolver cada uma das questões.

Na carga 1 temos que ver que a potência reativa foi dada e vale 60   k V A R e a potência real pode ser vista pelo triângulo de potências e vale:

P = S c o s   ϕ

Q = S   s e n   ϕ

E note que podemos igualar S da seguinte forma:

P cos ⁡ ϕ = Q s e n   ϕ = S

Então:

P = Q s e n   ϕ cos ⁡ ϕ

E

Q = P tan ⁡ ϕ

Onde cos ⁡ ϕ = F P e s e n   ϕ = 1 - cos 2 ⁡ ϕ = 1 - F P 2 , então calculando a potência total na primeira carga:

S 1 = 60 1 - 0.85 2 × 0.85 + j 60 k V A = 96.81 + j 60 k V A

A potência na carga 2 foi dada em termos da potência complexa e pode ser escrita por:

S 2 = 90 - j 50 k V A

Já a potência complexa no terceiro elemento é:

S 3 = 100 + j 100 1 × 1 - 1 2 k V A

S 3 = 100   k W

Lembrando que quando o fator de potência é adiantada temos uma carga capacitiva ( θ < 0 ) e quando é atrasado a carga é indutiva ( θ > 0 ) . E quando tem F P = 1 a carga produz uma potência 100 % real, sem perdas de impedância. Então a potência total será:

S = S 1 + S 2 + S 3 = 286.81 + j 10 k V A

Dessa potência total podemos encontrar o fator de potência e ele será:

F P = cos ⁡ tan - 1 ⁡ Q P = cos ⁡ tan - 1 ⁡ 10 286.81 = 0.99994

Lembre-se de fazer as contas em radianos.

Passo 2

Agora com poucas linhas podemos encontrar a impedância equivalente e ela será calculada por:

S = V R M S 2 Z *

Como S foi calculado e V R M S = 120   V (dado do enunciado) nós temos:

Z * = 120 2 286.81 + j 10 k V A = 120 2 286.98 k ∠ 2 ° = 0.050178 ∠ - 2 °   Ω

Aqui temos o conjugado da impedância, mas não queremos isso, queremos a impedância de fato.

Então:

Z = 0.050178 ∠ 2 °   Ω = 50.147 + j 1.7512 m Ω

Passo 3

Já a corrente fornecida pela fonte será dada por:

V R M S = Z I R M S

I = V Z = 120 0.050178 ∠ 2 ° = 2391.486 ∠ - 2 ° = 2390.03 - j 83.46 A

Corrente essa em RMS.

Resposta

a ) Z = 50.147 + j 1.7512 m Ω

b )   F P = 0.99994

c )   I = 2390.03 - j 83.46 A   R M S

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