Ângulo de Fase

O ângulo de fase é a distância angular entre corrente e tensão em um circuito de corrente alternada (CA). Ele é representado pela letra grega teta (θ) e mede o deslocamento de fase entre essas duas grandezas.

Para entender melhor o deslocamento de fase, utilizam-se diagramas vetoriais, como os da Figura 5-9. O ângulo de fase θ é medido entre a linha horizontal e o vetor resultante da impedância (Z). Em circuitos simples, o vetor resultante equivale ao vetor de resistência (R), de reatância indutiva (X_L), ou de reatância capacitiva (X_C).

Exemplos de ângulos de fase incluem:

• Em um circuito puramente resistivo (R): θ = 0°
• Em um circuito puramente indutivo (L) ou capacitivo (C): θ = 90°
• Em circuitos combinados (RL, RC, ou RCL): 0° < θ < 90°

A tensão adianta-se em relação à corrente em circuitos indutivos, enquanto a corrente adianta-se em circuitos capacitivos.

Cálculo do Ângulo de Fase

Para determinar o ângulo θ, são usadas funções trigonométricas como seno, cosseno ou tangente. Por exemplo, no cálculo do ângulo em um circuito RL, o seno de θ é calculado como:

sen(θ) = cateto oposto / hipotenusa

Se sen(θ) = 0,446, o valor de θ é encontrado como θ ≈ 26,5°. De forma similar, a tangente e o cosseno podem ser usados para calcular o ângulo com:

tan(θ) = cateto oposto / cateto adjacente

Importância do Ângulo de Fase

O valor de θ é crucial no projeto de circuitos CA. Um ângulo pequeno indica que o vetor de resistência é dominante sobre as reatâncias, o que melhora a eficiência. Um ângulo grande, por outro lado, aponta para a predominância de X_L ou X_C, tornando o circuito ineficiente e sobrecarregando a fonte de energia.

Durante alterações em sistemas elétricos, é importante que o ângulo de fase permaneça dentro das especificações para garantir desempenho ideal.

Exemplo Prático

Considere um circuito CA em série com os seguintes valores:

• X_L = 75 Ω
• X_C = 265 Ω
• R = 214 Ω

Os cálculos são:

1. Determine a reatância total: X_t = X_C – X_L = 265 – 75 = 190 Ω
2. Calcule a impedância total: Z = √(R² + X_t²) = √(214² + 190²) ≈ 285 Ω
3. Encontre o ângulo de fase: tan(θ) = X_t / R = 190 / 214, então θ ≈ 62,6°
4. Determine a corrente total: I = V / Z (com a tensão especificada no circuito)

A análise do ângulo de fase ajuda a projetar circuitos mais eficientes e a evitar problemas de desempenho.