04 Potência Elétrica

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POTÊNCIA ELÉTRICA 
 
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Potência Elétrica 
Podemos dizer que ainda hoje uma das maiores preocupações mundiais refere-se ao consumo de 
energia elétrica. Além de a energia elétrica aumentar o orçamento das famílias, sua produção e sua 
distribuição constituem um grande desafio para os governantes das mais diversas nações. Você já 
deve ter comprado lâmpadas para sua casa ou ao menos deve ter trocado uma lâmpada queimada. 
Para isso, duas coisas foram observadas: a tensão da rede local (110 V ou 220 V) e a potência nominal 
da lâmpada. 
Podemos dizer que a potência está ligada ao brilho da lâmpada e à energia que está sendo transfor-
mada em cada unidade de tempo. Assim, quando utilizada nas condições especificadas pelo fabricante 
da lâmpada, uma lâmpada de 100 W brilha mais e também consome mais energia que uma lâmpada 
de 50 W. 
Em meio a esse exemplo podemos dizer que potência é uma grandeza física que mede a energia que 
está sendo transformada na unidade de tempo, ou seja, mede o trabalho realizado por uma determi-
nada máquina na unidade de tempo. Assim, temos: 
 
Potência em Dispositivos Elétricos 
Podemos dizer que a função básica de uma máquina, elétrica ou não, é transformar energia. Na eletri-
cidade, os dispositivos elétricos estão constantemente transformando energia: o gerador de eletricidade 
transforma energia não elétrica em energia elétrica, o resistor transforma energia elétrica em calor, etc. 
Para transportar uma carga elétrica entre dois pontos cuja diferença de potencial é U, o trabalho reali-
zado pela força elétrica é . Portanto, temos: 
 
Como: 
 
 
Vimos que a intensidade da corrente elétrica que atravessa uma seção de um fio é dada por: 
 
Substituindo i no lugar do quociente q/Δt, a nova configuração da equação é: 
 
Onde: 
P – é a potência, que é dada em watt (W) 
i – é a corrente elétrica, que é dada por ampère (A) 
U – é a tensão, que é dada em volt (V) 
A equação acima em destaque é usada para o cálculo da potência elétrica, que pode ser aplicado para 
diversos aparelhos elétricos ou eletrônicos. 
Potência Elétrica – Energia Elétrica 
Potência Elétrica – Energia Elétrica 
Energia 
POTÊNCIA ELÉTRICA 
 
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Normalmente o conceito e uso da palavra energia se referem à capacidade para executar trabalho ou 
realizar uma ação. Pode ter várias formas: potencial, mecânica, química, eletromagnética, elétrica, tér-
mica, etc. 
O termo energia também pode designar as reações devido à uma determinada forma de trabalho, por 
exemplo, o calor, trabalho mecânico (movimento) ou luz. 
Estes que podem ser realizados por uma fonte inanimada (por exemplo, motor, caldeira, refrigerador, 
alto-falante, lâmpada, chuveiro, ventilador) ou por umorganismo vivo como, por exemplo, os músculos, 
a energia biológica, etc. 
Energia Elétrica 
Energia elétrica ou eletricidade é como se designa os fenômenos em que estão envolvidas cargas 
elétricas. 
Todos os aparelhos elétricos necessitam de energia elétrica para funcionar. 
Quando recebem essa energia, eles a transformam em outra forma de energia. Assim, um ventilador 
transforma energia elétrica em energia mecânica e energia térmica; uma lâmpada de filamento trans-
forma energia elétrica em luminosa e térmica; um chuveiro elétrico transforma energia elétrica em tér-
mica, etc. 
 
Potência Elétrica 
 Quanto maior for a quantidade de energia transformada numa dada unidade de tempo, maior será a 
potência do aparelho. Portanto, potência elétrica é uma grandeza que mede a rapidez com que aener-
gia elétrica é transformada em outra (ou outras) forma de energia, numa dada unidade de tempo. 
Define-se potência elétrica (Po) como a razão entre a energia elétrica transformada ou transferida (W) 
e o intervalo de tempo (Δt) dessa transformação. 
 
Observe na expressão acima que, quanto maior for a potência de um aparelho, maior será a quantidade 
de energia por ele dissipada. 
Relação entre potência elétrica (Po), corrente elétrica (i) e diferença de potencial, tensão ou voltagem 
U 
 
POTÊNCIA ELÉTRICA 
 
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Consumo de energia elétrica (W) 
 Sendo o joule (J) uma unidade de energia elétrica muito pequena, para medir o consumo de energia 
elétrica de residências, prédios, fábricas, etc. 
Sendo que essa medida, em joules (J) é expressa por um número muito grande e, assim, na práticausa-
se o quilowatt-hora (kWh), cuja relação com o joule é a seguinte W = Po.Δt 1kWh = 
1000W.1h = 1.000W.3.600s 1kWh = 3,6.106J 1 kW.h é a quantidade de energia dissipada por 
um aparelho elétrico de potencia nominal 1.000 Watts, funcionando durante uma hora. 
 
Os medidores de energia elétrica e o respectivo consumo são expressos em kWh. 
O que você deve saber, informações e dicas 
 
 
 
 1kWh = 3,6.106J 1 kW.h é a quantidade de energia dissipada por um aparelho elétrico depotencia 
nominal 1.000 Watts, funcionando durante uma hora (3.600s). 
 Uma lâmpada incandescente de Po = 100W e U =127V tem a mesma luminosidade que umalâm-
pada fluorescente de Po = 25W e U = 127V, mas a lâmpada de Po= 25W dissipa menos potência e 
consequentemente consome menos energia elétrica. 
POTÊNCIA ELÉTRICA 
 
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Em toda embalagem deve vir: Marca do fabricante, potência (W), tensão (V), eficiência em 
 
lúmens por Watts (lm/W) e corrente eficaz (A). 
Embora a corrente e a tensão sejam as duas variáveis básicas em um circuito elétrico, elas não são 
suficientes por si mesmas. Por razões práticas, precisamos conhecer a potênciacom a qual um dispo-
sitivo elétrico consegue lidar. Todos sabemos pela experiência prática que uma lâmpada de 100 W 
brilha mais do que uma lâmpada de 60 W. Também sabemos que quando pagamos nossa conta de 
energia às distribuidoras, estamos pagando pela energia consumida em um certo período de tempo. 
Então, o cálculo da potência e da energia são importantes para a análise de circuitos. 
Para relacionar potência e energia à tensão e à corrente, recordamos da Física que: 
Potência é a taxa temporal de gasto ou absorção de energia, medida em watts (W). 
Escrevemos essa relação como 
sendo a potência em watts (W), a energia em joules (J) e o tempo em segundos (s). 
Sabendo que e, podemos usar as equações (2) e (3) para transformar a Eq. (1) em: 
Ou A potência na Eq. (5) é uma quantidade variante no tempo e é chamada potência instantânea. 
Então, a potência absorvida ou fornecida por um elemento é o produto da tensão entre os terminais do 
elemento e a corrente através dele. Se a potência tem um sinal de +, ela está sendo enviada para ou 
absorvida pelo elemento. 
Se, por outro lado, a potência tem um sinal de -, a potência está sendo fornecida pelo elemento. Mas 
como sabemos quando a potência tem um sinal negativo ou positivo? 
A direção da corrente e a polaridade da tensão têm uma grande importância na determinação do sinal 
da potência. Por isso é importante que prestemos atenção à relação entre a corrente e a tensão na 
Figura 1(a). 
A polaridade da tensão e a direção da corrente devem estar conformes com aquelas exibidas na Fig. 
1(a) de forma a potência ter um sinal positivo. Isso é conhecido como a convenção do sinal passivo. 
Por essa convenção, a corrente entra pelo terminal de polaridade positiva do elemento. 
Neste caso, ou implica o elemento estar absorvendo potência. Entretanto, se ou , como na Fig. 1(b), o 
elemento está liberando ou fornecendo potência. 
POTÊNCIA ELÉTRICA 
 
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Figura 1 – polaridades de referência para a potência utilizando a convenção do sinal passivo: (a) ab-
sorvendo potência, (b) fornecendo potência. 
A convenção do sinal passivo é satisfeita quando a corrente entra pelo terminal positivo de um elemento 
e p = +vi. Se a corrente entra pelo terminal negativo, p = -vi. 
Por exemplo, o elemento em ambos os circuitos da Figura 2 está absorvendo +12 W porque a corrente 
positiva entra no terminal positivoem ambos os casos. Na Figura 3, entretanto, o elemento está forne-
cendo +12 W porque a corrente positiva entra no terminal negativo. Claro, uma absorção de -12 W é 
equivalente a um fornecimento de +12 W. Em geral, 
+Potência absorvida = -Potência fornecida 
 
FIGURA 2 – dois casos de um elemento que está absorvendo potência de 12 w: (a) p = 4 x 3 = 12 w, 
(b) p = 4 x 3 = 12 w. 
 
FIGURA 3 – dois casos de um elemento fornecendo potência de 12 w: (a) = p = -4 x 3 = -12 w, (b) p = 
-4 x 3 = -12 w. 
De fato, a lei da conservação da energia deve ser obedecida em qualquer circuito elétrico. Por essa 
razão, a soma algébrica da potência em um circuito, em qualquer instante de tempo, deve ser zero: 
Isso confirma novamente o fato de que a potência total fornecida ao circuito deve ser igual ao total da 
energia absorvida. 
Da Eq. (1), a energia absorvida ou fornecida por qualquer elemento do tempo ao tempo é: 
POTÊNCIA ELÉTRICA 
 
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Energia é a capacidade de realizar trabalho, medida em joules (J). 
As companhias distribuidoras de energia medem a energia em watt-horas (Wh), sendo 
1 Wh = 3.600 J 
Potência e energia elétrica – Aula de revisão para Física Enem e Vestibular 
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e do Enem. 
Assim como na mecânica, definimos potência como sendo a energia total de um sistema dividida pelo 
tempo de produção ou gasto dessa energia. 
No caso da eletricidade, a potência elétrica de um circuito é a razão entre a energia elétrica pelo tempo 
de produção ou gasto da energia dentro do circuito. 
Veja as 10 questões que mais caem no Enem 
 
A energia elétrica ΔE em um circuito é o produto da ddp pela quantidade de carga transportada: ΔE = 
U. Δq. Portanto, podemos escrever nossa equação de potência como: 
 
 ; sabemos que: , e, 
portanto: P = U . i 
Temos ainda outras formas de calcular potência, onde podemos substituir a tensão U, pois U = R.i, ou 
ainda substituir a corrente i, pois i = U/R; e com isso teremos: 
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Desta forma, temos que a potência elétrica fornecida para um circuito é o produto da ddp pela corrente 
elétrica. Lembre-se que a unidade utilizada no SI para potência é o watt (W). 
Energia elétrica consumida 
POTÊNCIA ELÉTRICA 
 
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Todo aparelho elétrico que temos em nossa casa consome energia elétrica, que é proveniente da rede 
pública de energia, ou ainda de um gerador, ou até mesmo de uma bateria. Esta energia consumida 
pode ser calculada, através do produto da potência consumida pelo aparelho pelo tempo de consumo 
da energia. ΔE = P. Δt 
Se a potência for dada em watts e o tempo em segundos, a energia consumida estará em joules. 
Porém, uma unidade muito utilizada é o quilowatt-hora (Wh). Neste caso, teremos a potência dada em 
quilowatts, e o tempo estará em horas. 
1 kWh = 1000 W . 3600 s = 3600000 J 
Abaixo, temos a imagem de um relógio de luz, um aparelho utilizado para medir o consumo de energia 
elétrica. Observe a unidade utilizada pelo aparelho como sendo o quilowatt-hora (kWh). 
 
Efeito Joule 
Os resistores, quando percorridos por corrente elétrica, sofrem aquecimento. Isto é o que chamamos 
de efeito joule. As lâmpadas incandescentes, além de ocorrer o brilho em seu filamento, também emi-
tem muito calor; outro exemplo são os resistores dos chuveiros elétricos, que utilizam o princípio do 
efeito joule para aquecer a água. 
Potência Eléctrica 
A Potência de um componente eléctrico indica-nos a quantidade de energia gasta por unidade de tempo 
por esse componente A unidade de Sistema Internaciona SI para a potência é o Watt (W). Para deter-
minar a potência eléctrica de um componente eléctrico em funcionamento num circuito, é necessário 
conhecer a Diferença de Potencial (U) aos seus terminais e a Intensidade de Corrente (I) que o atra-
vessa. Para calcular a potência basta multiplicar a Diferença de Potencial (U) pela Intensidade de Cor-
rente: 
Potência = Diferença de Potencial x Intensidade de Corrente 
ou 
 
P = U x I 
POTÊNCIA ELÉTRICA 
 
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Considera o exemplo seguinte: 
 
Sabendo que a Diferença de Potencial aos terminais da lâmpada é de 3 V, e a Intensidade de COrrente 
que a percorre é de 0,5 A, a potência eléctrica da lâmpada será: 
P = U x I ⟺ 
 
P = 3 x 0,5 ⟺ 
 
P = 1,5 W 
A Potência eléctrica da lâmpada é de 1,5 W, ou seja, a cada segundo que passa a lâmpada consome 
1,5 Joule de Energia. 
PUB 
Energia 
Uma vez que a Potência eléctrica nos informa sobre a quantidade de energia consumida por unidade 
de tempo, para calcular a energia(E) consumida por um condutor precisamos de saber durante quanto 
tempo (t) este esteve em funcionamento e qual a sua potência (P). Assim: 
E = P x t 
 
ou 
 
E = U x I x t 
Considera o exemplo anterior e admite que a lâmpada funcionou durante 10 segundos. 
 
A energia consumida pela lâmpada nos 10 segundos de funcionamento calcula-se da seguinte forma: 
POTÊNCIA ELÉTRICA 
 
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E = U x I x t ⟺ 
 
E = 3 x 0,5 x 10 ⟺ 
 
E = 15 J 
Manual de Correção do Fator de Potência 
Fator de Potência 
Conceitos Básicos 
A maioria das cargas das unidades consumidoras consome energia reativa indutiva, tais como: moto-
res, transformadores, reatores para lâmpadas de descarga, fornos de indução, entre outros. As cargas 
indutivas necessitam de campo eletromagnético para seu funcionamento, por isso sua operação requer 
dois tipos de potência: 
Potência ativa: potência que efetivamente realiza trabalho gerando calor, luz, movimento, etc. É me-
dida em kW. A figura abaixo mostra uma ilustração disto. 
Potência Reativa: potência usada apenas para criar e manter os campos eletromagnéticos das cargas 
indutivas. É medida em kvar. A figura seguinte ilustra esta definição. 
 
Assim, enquanto a potência ativa é sempre consumida na execução de trabalho, a potência reativa, 
além de não produzir trabalho, circula entre a carga e a fonte de alimentação, ocupando um espaço no 
sistema elétrico que poderia ser utilizado para fornecer mais energia ativa. Definição: o fator de potência 
é a razão entre a potência ativa e a potência aparente. Ele indica a eficiência do uso da energia. Um 
alto fator de potência indica uma eficiência alta e inversamente, um fator de potência baixo indica baixa 
eficiência energética. Um triângulo retângulo é frequentemente utilizado para representar as relações 
entre kW, kvar e kVA, conforme a Fig. 3. 
 
Consequências e Causas de um Baixo Fator de Potência / Perdas na Instalação 
POTÊNCIA ELÉTRICA 
 
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As perdas de energia elétrica ocorrem em forma de calor e são proporcionais ao quadrado da corrente 
total (I2.R). Como essa corrente cresce com o excesso de energia reativa, estabelece-se uma relação 
entre o incremento das perdas e o baixo fator de potência, provocando o aumento do aquecimento de 
condutores e equipamentos. 
Quedas de Tensão 
O aumento da corrente devido ao excesso de energia reativa leva a quedas de tensão acentuadas, 
podendo ocasionar a interrupção do fornecimento de energia elétrica e a sobrecarga em certos ele-
mentos da rede. Esse risco é sobretudo acentuado durante os períodos nos quais a rede é fortemente 
solicitada. As quedas de tensão podem provocar ainda, a diminuição da intensidade luminosa das lâm-
padas e aumento da corrente nos motores. 
Subutilização da Capacidade Instalada 
A energia reativa, ao sobrecarregar uma instalação elétrica, inviabiliza sua plena utilização, condicio-
nando a instalação de novas cargas a investimentos que seriam evitados se o fatorde potência apre-
sentasse valores mais altos. O “espaço” ocupado pela energia reativa poderia ser então utilizado para 
o atendimento de novas cargas. 
Os investimentos em ampliação das instalações estão relacionados principalmente aos transformado-
res e condutores necessários. O transformador a ser instalado deve atender à potência total dos equi-
pamentos utilizados, mas devido a presença de potência reativa, a sua capacidade deve ser calculada 
com base na potência aparente das instalações. 
A Tabela 1 mostra a potência total que deve ter o transformador, para atender uma carga útil de 800 
kW para fatores de potência crescentes. 
 
Também o custo dos sistemas de comando, proteção e controle dos equipamentos cresce com o au-
mento da energia reativa. Da mesma forma, para transportar a mesma potência ativa sem o aumento 
de perdas, a seção dos condutores deve aumentar à medida em que o fator de potência diminui. A 
Tabela 2 ilustra a variação da seção de um condutor em função do fator de potência. Nota-se que a 
seção necessária, supondo-se um fator de potência 0,70 é o dobro da seção para o fator de potência 
1,00. 
 
 
A correção do fator de potência por si só já libera capacidade para instalação de novos equipamentos, 
sem a necessidade de investimentos em transformador ou substituição de condutores para esse fim 
específico. 
POTÊNCIA ELÉTRICA 
 
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Vantagens da Correção do Fator de Potência / Melhoria da Tensão 
As desvantagens de tensões abaixo da nominal em qualquer sistema elétrico são bastante conhecidas. 
Embora os capacitores elevem os níveis de tensão, é raramente econômico instalá-los em estabeleci-
mentos industriais apenas para esse fim. A melhoria da tensão deve ser considerada como um benefí-
cio adicional dos capacitores. A tensão em qualquer ponto de um circuito elétrico é igual a da fonte 
geradora menos a queda de tensão até aquele ponto. Assim, se a tensão da fonte geradora e as diver-
sas quedas de tensão forem conhecidas, a tensão em qualquer ponto pode ser facilmente determinada. 
Como a tensão na fonte é conhecida, o problema consiste apenas na determinação das quedas de 
tensão. 
 
A fim de simplificar o cálculo das quedas de tensão, a seguinte fórmula é geralmente usada : 
 
Por esta expressão, torna-se evidente que a corrente relativa à potência reativa opera somente na 
reatância. Como esta corrente é reduzida pelos capacitores, a queda de tensão total é então reduzida 
de um valor igual a corrente do capacitor multiplicada pela reatância. Portanto, é apenas necessário 
conhecer a potência nominal do capacitor e a reatância do sistema para se conhecer a elevação de 
tensão ocasionada pelos capacitores. Nos estabelecimentos industriais com sistemas de distribuição 
POTÊNCIA ELÉTRICA 
 
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modernos e a uma só transformação, a elevação de tensão proveniente da instalação de capacitores 
é da ordem de 4 a 5%. 
Redução das Perdas 
Na maioria dos sistemas de distribuição de energia elétrica de estabelecimentos industriais, as perdas 
RI2t variam de 2,5 a 7,5% dos kWh da carga, dependendo das horas de trabalho a plena carga, bitola 
dos condutores e comprimento dos alimentadores e circuitos de distribuição. As perdas são proporcio-
nais ao quadrado da corrente e como a corrente é reduzida na razão direta da melhoria do fator de 
potência, as perdas são inversamente proporcionais ao quadrado do fator de potência. 
Redução percentual das perdas : 
 
A Fig. 5 está baseada na consideração de que a potência original da carga permanece constante. Se 
o fator de potência for melhorado para liberar capacidade do sistema e, em vista disso, for ligada a 
carga máxima permissível, a corrente total é a mesma, de modo que as perdas serão também as mes-
mas. Entretanto, a carga total em kW será maior e, portanto, a perda percentual no sistema será menor. 
 
 
 
Algumas vezes torna-se útil conhecer o percentual das perdas em função da potência aparente (S) e 
potência reativa (Q) da carga e da potência reativa do capacitor (Qc). Assim : 
 
POTÊNCIA ELÉTRICA 
 
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Vantagens da Empresa 
Redução significativa do custo de energia elétrica; 
 
Aumento da eficiência energética da empresa; 
 
Melhoria da tensão; 
 
Aumento da capacidade dos equipamentos de manobra; 
 
Aumento da vida útil das instalações e equipamentos; 
 
Redução do efeito Joule; 
 
Redução da corrente reativa na rede elétrica. 
 
Vantagens da Concessionária 
 
O bloco de potência reativa deixa de circular no sistema de transmissão e distribuição; 
 
Evita as perdas pelo efeito Joule; 
 
Aumenta a capacidade do sistema de transmissão e distribuição para conduzir o bloco de potência 
ativa; 
 
Aumenta a capacidade de geração com intuito de atender mais consumidores; 
 
Diminui os custos de geração. 
 
Definições 
 
Potência: Capacidade de produzir trabalho na unidade de tempo; 
 
Energia: Utilização da potência num intervalo de tempo; 
 
Potência Ativa (kW): É a que realmente produz trabalho útil; 
 
Energia Ativa (kWh): Uso da potência ativa num intervalo de tempo; 
 
Potência Reativa (kvar): É a usada para criar o campo eletromagnético das cargas indutivas; 
 
Energia Reativa (kvarh): Uso da potência reativa num intervalo de tempo; 
 
Potência Aparente (kVA): Soma vetorial das potências ativa e reativa, ou seja, é a potência total ab-
sorvida pela instalação. 
 
 
 
POTÊNCIA ELÉTRICA 
 
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O que é Fator de Potência? 
Posted on 17/01/2017 Bruno ScarpinPosted in posts 
Este artigo é uma continuação de uma série sobre os indicadores em nossa conta de energia. No artigo 
anterior foi explicado sobre o Fator de Carga e como ele pode nos ajudar a entender melhor o nosso 
regime de consumo de energia. Neste artigo, será explicado um outro indicador muito importante, prin-
cipalmente quando se trata de contas de energia industriais: o Fator de Potência. 
Antes de entrar na explicação sobre o Fator de Potência, é importante entender o conceito de Potência 
Reativa, Potência Aparente e Potência Ativa: 
Potência Aparente: é a potência instantânea medida multiplicando a tensão pela corrente, medida em 
kVA (quilo Volt-Ampere). 
Potência Ativa: é aquela que é usada no equipamento para realizar trabalho, ou seja, é de fato utilizada 
na conversão de energia elétrica em mecânica, térmica…etc. É medida em kW (quilo Watts). 
Potência Reativa: é utilizada na manutenção dos campos eletromagnéticos nas estruturas das cargas 
indutivas, como motores de indução. Sua unidade de medida é o kVAr (quilo Volt-Ampere Reativo). 
Quando cargas indutivas são acionadas com alimentação por corrente alternada, ocorre um fenômeno 
de defasagem entre as ondas da tensão e da corrente, causando o surgimento da Potência Reativa. 
Esta defasagem é quantificada pelo chamado Fator de Potência (FP). 
Uma analogia muito usada para compreender melhor essa relação é um copo de cerveja com colarinho. 
Pode-se dizer que a Potência Aparente é a altura inteira do copo. Essa é a potência que se mede com 
os medidores convencionais. A Potência Reativa é a espuma, ou seja, ocupa espaço no copo mas não 
mata a sede; e a Potência Ativa é o líquido, que é o mais importante e mata a sede, como mostra a 
imagem a seguir: 
 
Logo, de uma forma resumida, o Fator de Potência (FP) nada mais é que uma medida de quanto da 
potência elétrica consumida está de fato sendo convertido em trabalho útil. 
Segundo a Legislação Brasileira o Fator de Potência mínimo permitido para as contas de energia é de 
0,92. Abaixo deste valor, a Concessionária deve cobrar multa na fatura de energia sobre o consumo 
de Potência Reativa além dos 8% máximos permitidos. 
As principais cargas que causam baixo Fator de Potência são lâmpadas fluorescentes, transformado-
res em vazio (sem carga) ou com baixa carga e motores de indução (motores mais usados na indústria). 
A forma de compensar o baixo Fator de Potência é a instalaçãode bancos de capacitores em paralelo 
na entrada de energia ou no próprio equipamento com carga indutiva. Esses bancos introduzem na 
instalação uma carga capacitiva, que tem o efeito contrário da carga indutiva. Isso compensa o 
baixo Fator de Potência e ajusta o valor para mais próximo de 1, evitando as multas. 
Medidores de qualidade de energia, como o da CUBi, são importantes na identificação dos equipamen-
tos com baixo Fator de Potência e assim otimizar a implementação de projetos para correção. 
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