Fator de potência - Trabalho do Jauri 2004

Fator de potência
DEFINIÇÃO: O fator de potência é a defasagem entre a corrente e a voltagem num sistema
elétrico.
Sabemos que num sistema elétrico, existem dois tipos de energia:
- a energia ativa
- a energia negativa.
Qualquer equipamento que transforma a energia elétrica em outra forma de energia,
por exemplo: um ferro elétrico que transforma a energia ativa em energia térmica, não
necessita de energia intermediária fornecida pelo gerador é totalmente utilizada ou
consumida pelo ferro elétrico.
Todos os equipamentos que possuem enrolamentos, tais como: transformadores,
reatores para iluminação fluorescente, reatores para iluminação a vapor de mercúrio, etc.
necessitam de energia magnetizante, como intermediária da energia ativa, e passam a ser
consumidor de energia ativa e reativa. Em outras palavras, a energia reativa, que é aquela
utilizada para criar o campo magnético do circuito, não é propriamente consumida como
energia ativa.
CARGAS: ÔHMICA - INDUTIVA - CAPACITIVA
A) CARGA ÔHMICA:
Ligando-se uma fonte de corrente alternada a um resistor ôhmico (por exemplo, um
ferro elétrico), a voltagem (U) vai variar senoidialmente, como a voltagem que a originou.
Sendo o valor da voltagem, num determinado momento, igual a zero, então também neste
momento não circulará corrente. Quando a voltagem alcança o seu valor máximo, o mesmo
acontecerá com a corrente, isto faz com que se defina: voltagem e corrente estão em
igualdade de fase.
Quando a carga é ôhmica, voltagem e corrente crescem e decrescem simultaneamente. (Fig.5.1)
B) CARGA INDUTIVA:
Quando uma carga indutiva é ligada a uma fonte de corrente alternada, aparecerá
uma diferença de fase entre a voltagem e a corrente sofrer um atraso em seu deslocamento
pela ação da auto-indução. Esta diferença é indicada como ângulo em graus. Quando a
carga é indutiva pura, o que significa que o circuito de corrente não apresenta resistência
ôhmica, a diferença de fase alcança 90 graus.
C) CARGA CAPACITATIVA:
Uma carga capacitiva motiva, num circuito de corrente alternada, um desfasamento
entre a voltagem e a corrente, no sentido contrário ao desfasamento da carga indutiva. Isto
é, a corrente está adiantada de 90 graus em relação à voltagem.
No caso da carga capacitiva pura, a corrente está adiantada, em relação à tensão, de 90 graus. (Fig.5.3)
OBJETIVOS DA MELHORIA DO FATOR DE POTÊNCIA
-
Liberação da capacidade do sistema:
Crescimento do nível de tensão por redução das perdas nos condutores elétricos. As
companhias concessionárias de energia elétrica acrescem uma taxa aos
consumidores que tiverem o fator de potência médio mensal menor que 0,85. Por
exemplo: Uma conta mensal de energia seria de CR$ 100.000,00, porém o fator de
potência médio mensal foi de 0,60, então a taxa a ser paga será:
100.000,00 x 0,85 = CR$ 141.666,66
0,60
MENOR DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES COM ALTO FATOR DE
POTÊNCIA
O dimensionamento dos condutores, em qualquer circuito elétrico, é determinado
pela corrente (ampéres) que circula pelos mesmos. No exemplo abaixo, podemos verificar
que num circuito de baixo fator de potência teremos menor corrente circulando que num
circuito de baixo fator de potência.
Exemplo: Num determinado circuito trifásico, com voltagem de 220V, serão ligados
10kW de potência. Calcular o consumo em ampéres, com o fator de potência corrigido
(Alto Fator) 0,90 e com baixo fator de potência 0,50.
I= W / V. 1.73 cos@
onde V=Tensão da Rede
I=Corrente consumida em ampéres
W=Potência do circuito em watts
1,73=Constante.
cos@=Fator de potência do circuito.
CÁLCULO PARA BAIXO FATOR DE POTÊNCIA
I = 10000 / 220,1,73,0,50 = 52,5 Ampéres
CÁLCULO PARA ALTO FATOR DE POTÊNCIA
I = 10000 / 220,1,73,0,90 = 29,1 Ampéres
Concluímos que em circuitos de alto fator de potência teremos uma corrente
circulante menor que em circuitos de baixo fator de potência. Naturalmente isto não implica
em que o consumo de potência (W) seja menor, porém teremos oportunidade de reduzir o
dimensionamento dos condutores.
Podemos aumentar o fator de potência, nas instalações elétricas, utilizando banco de
capacitores. No caso de haver a necessidade de ampliar a iluminação aconselhamos a
utilização de reatores com fator de potência corrigida.
O que é fator de potência ?
Características especiais das cargas indutivas:
A maioria das cargas dos modernos sistemas de distribuição de energia elétrica são
indutivas. Exemplos incluem motores, transformadores, reatores de iluminação e fornos de
indução, dentre inúmeros outros. A principal característica das cargas indutivas é que elas
precisam de um campo eletromagnético para operar. Por esta razão, elas consomem dois
tipos de potência elétrica:
1) Potência Ativa (KW) para realizar o trabalho de gerar calor, luz, movimento, etc.
2) Potência Reativa (KVAR) para manter o campo eletromagnético. A potência ativa é
medida em Watts (W) ou Kilowatts (KW) e pode ser medida num kilowattimetro.
A potência reativa não produz trabalho útil, mas circula entre o gerador e a carga, exigindo
do gerador e do sistema de distribuição uma corrente adicional. A potência reativa é medida
me kilovolts-Amperes-Reativos (KVAR).A potência ativa e a potência reativa juntas
formam a potência aparente. A potência aparente é medida em kilovolts-amperes (KVA).
Por que se preocupar com fator de potência?
Um baixo fator de potência indica que você não está utilizando plenamente a
energia paga. Veja um exemplo:
Se seu fator de potência está em 80% sua rede está aproveitando 80% da energia
fornecida pela concessionária. Isto quer dizer que 20% do que você paga é desperdiçado.
O que fazer para melhorar o fator de potência ?
Você pode melhorar o fator de potência adicionando capacitores de potência ao seu
sistema de distribuição de energia.
Quando a potência aparente (KVA) é maior que a potência ativa (KW), a
concessionária precisa fornecer além da corrente útil (Ativa), uma corrente reativa. Os
capacitores atuam como geradores de corrente reativa, reduzem a corrente que seu sistema
retira da rede da concessionária.
Um fator de potência de 95% oferece o máximo de retorno
Teoricamente, os capacitores poderiam suprir 100% das necessidades de energia
reativa, veja um exemplo:
Uma instalação com fator de potência em 70% consumia 142 KVA, com a
instalação de um banco automático de capacitores o fator foi elevado para 95%, após a
instalação o consumo de energia caiu para 105 KVA, uma economia de 35% no custo da
energia.
Redução nas contas de energia elétrica
Se sua instalação possui medição de energia reativa, sua concessionária cobra em
forma de multa (pesadíssima) tudo que for registrado abaixo de 92%, os outros 8%
restantes são embutidos na cobrança de energia ativa.
Instalando capacitores, mesmo que você não possua medição e cobrança de energia
reativa, seu sistema de distribuição irá retirar menos corrente da rede da concessionária e
consecutivamente diminuir o valor da tarifa.
Por que instalar um banco automático e não ligar capacitores diretos na rede?
Por uma questão obvia, (mas que por razão de um custo mais elevado muitas empresas
acabam não optando) o capacitor necessita de uma corrente elétrica para fornecer energia
ativa. Portanto um capacitor ligado diretamente à rede quando esta está a vazio (com pouca
carga) consome mais energia que a carga total.
Faça o teste do amperímetro: faça a leitura da corrente da sua carga a pleno uso,
desligue tudo e volte a medir, você vai se surpreender.
Instalando um banco automático isto não ocorre, os capacitores são acionados de
forma automática na proporção exata do consumo da sua carga evitando desperdício e
intempéries da rede elétrica.
IMPORTANTE
Além de corrigir o fator de potência, os bancos de capacitores reduzem a corrente
elétrica que flui para os equipamentos, reduzindo perdas, permitindo uma melhor utilização
dos transformadores e da rede existente e melhorando a performance do sistema elétrico
como um todo.