Maximizando a potência de saída de um gerador elétrico!
22 de fevereiro, 2015 às 17:04 | Postado em Corrente contínua e alternada, Eletricidade
Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/Ola professor Lang, eu gostaria de saber se é verdade que um gerador para fornecer potencia maxima a resistência externa deve ser igual a interna? Se sim é possível demonstrar esse resultado? Obrigada
Um gerador com força eletromotriz e resistência interna constantes, isto é, com ambas as características com valor que independente da corrente demandada, tem sua máxima potência de saída quando a intensidade da corrente no gerador é a metade da intensidade de corrente obtida quando o gerador está em curto circuito (resistência externa desprezível). Esta condição também pode ser enunciada na forma que propuseste, isto é, o gerador libera a máxima potência para a parte do circuito externa ao gerador quando a parte externa possui resistência elétrica com o mesmo valor da resistência interna ao gerador.
A demonstração desta interessante propriedade está apresentada abaixo.
Este resultado é relevante pois se é desejável obter a máxima potência de uma fonte não se pode operar com a fonte próxima ao regime de curto circuito. Nesta circunstância, em regime de curto circuito, apesar de a fonte ter a máxima potência de entrada, toda esta potência deve ser consumida DENTRO da fonte, não havendo portanto potência de saída.
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Aqui vai uma observação prática sobre esta condição, que também é chamada de condição de “máxima transferência de potência ou energia”: esta condição é raramente utilizada em situações reais.
Pessoalmente eu sugiro que esta condição, se e quando ensinada/discutida em algum curso, seja ensinada mais como uma “curiosidade”, do que como algo útil. Ou que seja ensinada em um contexto diferente do que geralmente é usado (gerador de energia).
O fato é que quando colocamos um sistema operando nesta condição, seu rendimento é de apenas 50%, pois metade da potência é dissipada internamente na fonte. Isso torna esta uma condição indesejável, quando o objetivo for realmente transferir ENERGIA, que é o que ocorre com geradores, redes de transmissão, fontes de alimentação e baterias. Nesta situação se busca a condição onde as perdas internas no sistema gerador sejam as menores, aumentando o rendimento da transferência de energia.
O uso desta condição acaba sendo restrito, geralmente, aos casos onde o objetivo do sistema não é a transferência de energia/potência, mas a transferência da INFORMAÇÃO que está codificada numa forma eletromagnética. Este é o caso do acoplamento entre transdutores e circuitos eletrônicos de processamento (analógico ou digital), ou entre múltiplos circuitos de processamento. E mesmo neste contexto, restringe-se a aplicação desta condição apenas quando se opera com baixas potências (onde as perdas de energia não são importantes) ou quando o acoplamento é majoritariamente reativo (e a energia não é totalmente perdida na impedância interna da fonte, mas armazenada na sua reatância).
Uma situação real que se aproxima da máxima transferência de potência encontra-se acionamento do motor de arranque de veículos automotores. Entretanto é uma situação transitória, de curta duração, para a bateria.
A discussão dessa propriedade é relevante teoricamente para se compreender que existe um limite superior para a potência útil que se pode obter em uma fonte.
O conhecimento dessa propriedade pode desmistificar facilmente alegações sobre a potência de aparelhos alimentados por pilhas se temos conhecimento sobre a fem e a resistência interna delas.