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CLAUBIO SEBASTIÃO CAMPOS JÚNIOR
INFLUÊNCIA DA REATÂNCIA INDUTIVA NO SISTEMA ELÉTRICO SECUNDÁRIO
Artigo apresentado ao curso de graduação em
Engenharia Civil da Universidade Católica de
Brasília, como requisito parcial para a
obtenção de Título de Bacharel em Engenharia
Civil.
Orientador: Álvaro Bittencourt Henrique Silva
– Engenheiro Civil
Brasília
2016
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Artigo de autoria de CLAUBIO SEBASTIÃO CAMPOS JÚNIOR, intitulado “INFLUÊNCIA
DA REATÂNCIA INDUTIVA NO SISTEMA ELÉTRICO SECUNDÁRIO”, apresentado
como requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil da
Universidade Católica de Brasília, em (16 / 06 / 2016), defendido e aprovado pela banca
examinadora abaixo assinada:
__________________________________________________
Orientador: Álvaro Bittencourt Henrique Silva – Engenheiro Civil
Curso de Engenharia Civil – UCB
__________________________________________________
Prof. Carlos Roberto Augusto
Especialista em Eletrotécnica e Telecomunicações
Examinador
Curso de Engenharia Civil – UCB
Brasília
2016
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AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus que tem providenciado tudo o que precisamos de acordo
com nosso merecimento, a minha mãe Silvana Amorim Resende, por todo o carinho e
cuidado ao longo de minha vida, ao meu pai Claubio Sebastião Campos pelo apoio e parceria
nos processos experimentais e de expansão da consciência, aos amigos, orientadores,
professores que de forma direta ou indireta fizeram deste sonho uma realidade. De coração.
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INFLUÊNCIA DA REATÂNCIA INDUTIVA NO SISTEMA ELÉTRICO SECUNDÁRIO
CLAUBIO SEBASTIÃO CAMPOS JÚNIOR
RESUMO
Este trabalho traz um melhor entendimento sobre o fenômeno da reatância indutiva,
presente nos equipamentos com sistemas indutivos pouco divulgado, mas responsável por
perdas no sistema elétrico primário e secundário, convertidas em custos adicionais ao usuário
final. Para demonstração do fenômeno e de seus efeitos optou-se por um trabalho do tipo
experimental em um laboratório genérico situado à Chácara 65 Lote 6A do SHA – Setor
Habitacional Arniqueiras, Brasília-DF. Simulando uma residência unifamiliar de médio porte
no qual os objetos de estudo foram os equipamentos de uso rotineiro. O método consistiu
basicamente em colocar os equipamentos em funcionamento ligados à rede pública em um
primeiro momento, aferindo as potências ativa, reativa eb k aparente, frequência, tensão,
corrente de operação e corrente de pico analisando simultaneamente o gráfico gerado no
software do wattímetro minipa ET 4055, e em um segundo momento alimentando-os com um
gerador convencional à gasolina para entender os efeitos da reatância indutiva na fonte
geradora de energia, aproveitando para fazer um paralelo entre os dados obtidos nos
experimentos e os dados calculados pelas fórmulas do triângulo de potências da literatura
atual.
Palavras-chave: Reatância. Indutiva. Sistema. Elétrico.
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INFLUÊNCIA DA REATÂNCIA INDUTIVA NO SISTEMA ELÉTRICO SECUNDÁRIO
CLAUBIO SEBASTIÃO CAMPOS JÚNIOR
1. INTRODUÇÄO
Para compreendermos melhor o objeto de estudo deste trabalho, devemos remeter à 21
de abril de 1820 com a experiência simples de Hans Christian Ørsted, que ao preparar seus
materiais para uma palestra, reparou que a agulha de uma bússola defletia do norte magnético,
quando a corrente da bateria que usava era ligada e desligada, convencendo-o que os campos
magnéticos radiam em todos os lados de um fio carregando corrente elétrica, o que
confirmava uma relação direta entre eletricidade e magnetismo, pouco tempo depois iniciou
uma investigação mais intensiva do fenômeno provando que a corrente elétrica produz um
campo magnético a medida que flui através de um condutor (DIBNER, 1962).
Tal descoberta estimulou pesquisas na área por parte de toda a comunidade científica,
sendo Michael Faraday o próximo nome da história. Como a experiência de Orsted provou
que era possível produzir magnetismo por meio da eletricidade, Faraday imediatamente
pensou que o inverso também seria possível, em 1822 escreveu em sua caderneta “Converter
magnetismo em eletricidade”, contudo suas principais experiências fracassaram, seguindo no
caminho da persistência finalmente em 1831 atacou o problema pela quinta vez, “Uma barra
magnética cilíndrica apresentava um extremo inserido no extremo de um solenoide; então
movia rapidamente a barrinha e a agulha do galvanômetro se movia; após movia rapidamente
em sentido contrário e a agulha tornava a se mover, porém em sentido oposto”. Dessa maneira
se produzia energia elétrica pela simples movimentação do imã (CRUSIUS, 1951).
O chamado efeito Faraday nome dado ao conjunto de fenômenos descritos acima que
podem ser resumidos na seguinte frase “Todo campo magnético variável, cria uma corrente
elétrica denominada corrente induzida”, possibilitou o desenvolvimento do motor elétrico e
consequentemente do gerador, uma vez que o motor elétrico transforma energia elétrica em
energia mecânica, e de igual forma o gerador transforma energia mecânica em energia
elétrica, sendo a Lei de Faraday um espelho da Lei de Ampère que explica como uma corrente
elétrica gera um campo magnético, também motivada pelo experimento de Orsted
(CRUSIUS, 1951).
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A indução eletromagnética é o fenômeno que produz a força eletromotriz em um meio
ou corpo exposto a um campo magnético variável, ou em um meio móvel exposto a um
campo magnético estático. Este fenómeno também descoberto por Michael Faraday que o
expressou dizendo que “A magnitude da tensão induzida, é proporcional à variação do fluxo
magnético”, permite transformar energia mecânica e rotação em eletricidade, sob o qual
operam transformadores, geradores, motores elétricos e etc (VILLATE, 2013).
Corrente Alternada
A corrente alternada ou (AC) é a corrente elétrica na qual a intensidade e a direção são
grandezas que variam ciclicamente. Em um circuito de potência de corrente alternada a forma
da onda mais utilizada é a onda senoidal. Esse tipo de corrente surgiu com Nicola Tesla, que
foi contratado para construir uma linha de transmissão entre duas cidades de Nova York.
Naquela época, Thomas Edison tentou desacreditar Tesla de que isso daria certo, no entanto, o
sistema que Tesla fez acabou sendo adotado. A partir de então a corrente elétrica em forma de
corrente alternada passou a ser muito utilizada, sendo hoje aplicada na transmissão de energia
elétrica que vai das companhias de energia elétrica até os centros residenciais e comerciais. A
corrente alternada é a forma mais eficaz de transmissão de energia elétrica por longas
distâncias, pois ela apresenta facilidade para ter o valor da sua tensão alterado por aparelhos
denominados transformadores (VILLATE, 2013).
Principio de Funcionamento do Motor Elétrico
Ao passar corrente no bobinado do estator, cria-se um campo eletromagnético, que por
sua vez induz corrente na armadura do rotor, que por vez cria um campo eletromagnético
secundário, pela tendência de alinhamento dos polos inicia-se o movimento de rotação, que se
mantem com a variação do fluxo eletromagnético.
Lei de Lenz
Segundo a lei de Lenz, o sentido da corrente é o oposto da variação do campo magnético
que lhe deu origem. Havendo diminuição do fluxo magnético, a corrente criada gerará um
campo magnético de mesmo sentido do fluxo magnético da fonte. Havendo aumento, a
corrente criada gerará um campo magnético oposto ao sentido do fluxo magnético da fonte
(TORRES, 2001). Em outras palavras o sentido da corrente induzida é tal que seus efeitos se
opõem às ações que a originam.
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Sendo assim a Reatância Indutiva é uma propriedade intrínseca dos motores, geradores e
transformadores convencionais, que trabalham com corrente alternada, ou seja, por menor que
seja a variação do fluxo temos como resultante a reatância indutiva, aceita e tratada pela
comunidade cientifica como uma barreira intransponível, ou à grosso modo um mal
necessário, o que justifica todo e qualquer estudo que vise identificar, eliminar e/ou minimizar
seus efeitos.
O objetivo geral deste trabalho consiste em verificar se a reatância indutiva deve ser
considerada no dimensionamento elétrico, bem como, da identificação dos efeitos causados
pela sua existência.
Os objetivos específicos são:
Verificar se pequenos geradores de reatância indutiva podem gerar prejuízos ao
consumidor.
Verificar a relação da corrente indutiva com o sistema elétrico residencial.
Fazer um comparativo das equações obtidas no triângulo de potências, com os resultados
obtidos em laboratório;
2. MATERIAL E MÉTODOS
Os materiais e métodos utilizados para comprovação da existência, quantificação e
identificação da influência da reatância indutiva no sistema elétrico secundário estão descritos
a seguir:
RELAÇÃO DE MATERIAIS E EQUIPAMENTOS
Alicate Wattímetro Minipa ET – 4055
Software para tratamento dos dados Minipa ET-4055
Software Microsoft Excell para processamento das fórmulas do triângulo de
potências
Cabo Polarizado 2,5mm²
Pino Macho e Pino Fêmea
Gerador Motomil 3 KVA
Microondas Electrolux
Condicionador de ar Split 9kbtu Carrier
Condicionador de ar Split 9kbtu Carrier Inverter
Liquidificador SPOLU
Máquina de Lavar Roupas Brastemp 11Kg
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Refrigerador Electrolux 2 portas
Batedeira Electrolux
Bomba de Piscina Sodramar 1CV Monofásico
Bomba Axial Weg 2CV Monofásico
Nobreak 700VA NHS
O método consistirá na simulação, de uma residência genérica unifamiliar de médio
porte, da qual os objetos de estudo serão os equipamentos de uso rotineiro, e na simulação de
uma fonte geradora com uso de gerador a gasolina, para alimentação dos equipamentos e
identificação dos efeitos provocados na fonte. No laboratório experimental localizado à
Chácara 65 Lote 6A do SHA – Setor Habitacional Arniqueiras, Brasília-DF, foram realizadas
todas as etapas do experimento.
O processo experimentação iniciou-se com o preparo da ligação elétrica para inserção do
wattímetro no sistema, ligados conforme esquema de ligação wattímetro-equipamento.
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Com o wattímetro inserido e o equipamento em funcionamento iniciamos a aferição das
potências ativa, reativa e aparente, frequência, tensão, corrente de operação e corrente de pico
analisando simultaneamente o gráfico gerado no software minipa ET 4055, afim de identificar
picos e oscilações significativas, registradas em Anexo (A_Planilha Exp. Lab. Reatância 01).
Após registro, encerrou-se a primeira parte da experimentação que deve ser reproduzida para
todos os equipamentos descriminados em materiais. Na segunda fase da experimentação
avaliamos amostras de 5 dos principais equipamentos produtores de reatância indutiva
identificados na primeira fase da experimentação. Entendemos que estes representam com
suficiente quantidade de informações, se comprovadas, as hipóteses levantadas no estudo. Na
segunda etapa da experimentação com o preparo e instalação do gerador, além da inserção do
wattímetro no sistema elétrico gerador-equipamento. Com gerador, wattímetro e equipamento
em funcionamento inicia-se a coleta de dados, registrados em Anexo (B_Planilha Exp. Lab.
Reatância 02). Com os dados obtidos tabulamos o Anexo (A_Planilha Exp. Lab. Reatância
01), que faz referência as fórmulas obtidas através do triângulo das potências.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Resultados constantes dos anexos.
Após coleta e análise dos dados, observamos que os principais geradores de reatância
indutiva são, condicionador de ar 9000 BTU fabricante springer carrier, condicionador de ar
9000 BTU fabricante springer carrier inverter, micro-ondas marca electrolux, moto bomba de
piscina sodramar 1CV monofásico e moto bomba axial weg 2CV monofásico. Característica
importante do condicionador de ar 9000 BTU fabricante springer carrier inverter, observada
nos experimentos que deve ser ressaltada está na ausência da corrente de pico de partida do
compressor. Esse item está justificado pelo tipo de compressor que se mantem sempre em
movimento partindo de forma progressiva, além do consumo energético em torno de 30%
menor para a mesma eficiência térmica.
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Na etapa de comparação das fórmulas geradas pelo triângulo das potências, com os
resultados obtidos na fase experimental, pudemos observar uma divergência entre os
resultados de aproximados 10% para Potência Aparente e de aproximados 40% para Potência
Reativa, justificados por erros e/ou imprecisões dos equipamentos de aferição,
arredondamentos na coleta e variáveis do próprio ambiente de coleta dos dados. No caso da
Potência Reativa, pudemos observar que a divergência entre os valores também está associada
ao formato do motor e/ou transformados do equipamento.
Ao utilizar o gerador como fonte de energia, observamos que mesmo com equipamentos
que demandavam entre 60 e 70% da potência fornecida pelo gerador, com percentuais de
reatância indutiva entre 50 e 60%, ao acionarmos o equipamento a tensão do gerador caía de
240 volts (Fig. 1), para 60 volts (Fig. 2). Este fato sugere uma possível desmagnetização das
bobinas geradoras de energia por excesso de reatância indutiva, comprovando a literatura, que
de forma resumida diz que a reatância indutiva, tem módulo igual e sentido oposto a energia
que à gerou. Dessa forma, retorna anulando a energia capaz de produzir trabalho. Ainda na
fase de experimentação, observamos que em equipamentos com percentuais de reatância
indutiva entre 30 e 40% a potência fornecida pelo gerador mantinha-se entre 70 e 85%
aumentando o trabalho realizado, o que sugere uma possível relação entre baixa reatância
indutiva e maior trabalho realizado, comprovando a literatura.
Fig. 1 – Imagem Gerador Motomil 3000 VA
Fonte: Laboratório Experimental Reatância Indutiva
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Fig. 2 – Imagem Gerador Motomil 3000 VA
Fonte: Laboratório Experimental Reatância Indutiva
RELAÇÃO DE ANEXOS
Anexo A_ Planilha Exp. Lab. Reatância 01
Anexo B_ Planilha Exp. Lab. Reatância 02
Anexo C_ Micro-ondas Electrolux
Anexo D_ Condicionador de Ar 9kbtu Carrier
Anexo E_ Condicionador de Ar 9kbtu Carrier Inverter
Anexo F_ Liquidificador Industrial Spolu
Anexo G_ Máquina de lavar roupas Brastemp 11Kg
Anexo H_ Refrigerador Electrolux 2 portas
Anexo I_ Batedeira Electrolux
Anexo J_ Moto bomba de piscina Sodramar 1CV Monofásico
Anexo L_ Bomba Axial Weg 2CV Monofásico
Anexo M_ Nobreak NHS 700VA
Anexo N_ Gerador – Condicionador de Ar 9000 BTU Carrier - Moto Bomba de piscina
Sodramar 1CV
Anexo O_ Gerador – Condicionador de Ar 9000 BTU Carrier Inverter - Micro-ondas
Electrolux
Anexo P_ Gerador – Moto Bomba Axial Weg 2CV Monofásico
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4. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Entendemos que a reatância indutiva pode sim ser considerada uma característica
negativa para o sistema elétrico secundário e por uma ótica maximizada um problema para
todo o sistema elétrico, visto que pequenos geradores de reatância indutiva em conjunto
representam um grande problema, problema este que se traduz em perdas ainda não
mensuradas, refletindo custos para o consumidor final, comparados com fábricas e grandes
consumidores de energia, que pagam taxas/multas ou são obrigados a instalar conjuntos de
capacitores por gerar reatância indutiva em grande escala, exigindo aumento de campo
magnético nas usinas geradoras de energia, encarecendo seu custo final.
Entendemos que o problema levantado da reatância indutiva poderia ser solucionado,
caso o padrão construtivo dos motores, transformadores e equipamentos indutivos, sofressem
modificações. Pesquisas estão sendo realizadas pelos fabricantes e esperamos que invenções
surjam com o objetivo de neutralizar os efeitos desse fator elétrico, estas pesquisas, estão
voltadas aos sistemas de grande porte, sendo assim, deveremos conviver com este fenômeno
em nossas residências. Uma tendência que já está em fase de testes em nosso país é a medição
inteligente que consiste na substituição do medidor de energia convencional, por um medido
inteligente capaz de aferir os reativos produzidos pelos comércios, residências e utilizadores
do sistema secundário. Com a implantação destes medidores nós consumidores começaremos
a pagar por injeção de reativos na rede. No momento em que o consumidor tiver
conhecimento que gerar reativos gera mais custos, a demanda por equipamentos menos
reativos, aumentará, ou seja, estaremos preocupados com a correção do fator de potência, que
nada mais é que a razão entre as potências ativas, reativas e aparentes, e indica a eficiência do
uso da energia elétrica. Um alto fator de potência indica alta eficiência energética e o mesmo
vale para o inverso.
Após a jornada de imersão na literatura, nos experimentos, e problemáticas geradas
concluímos que o trabalho cumpriu seus objetivos trazendo uma visão mais ampla sobre uma
característica não muito explicita dos equipamentos presentes nas residências que é a reatância
indutiva, ressalvada a necessidade de uma abordagem muito mais sistêmica em vista da
complexidade e da quantidade de fenômenos envolvidos nessa problemática, que torna impossível
sua total abrangência em um só trabalho.
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INFLUENCE OF REACTANCE INDUCTIVE IN SECONDARY ELECTRIC SYSTEM
Abstract
This work brings a better understanding of the inductive reactance phenomenon, present
in household equipment with inductive loop systems, unheralded but responsible for losses in
primary and secondary electrical system, converted into additional costs to the end user. For
demonstration of the phenomenon and its effects was chosen for a work of experimental type
in a generic laboratory located in Chacara 65 Lot SHA 6A – Setor Habitacional Arniqueiras,
BSB simulating a medium-sized single-family residence in which the object of study the
method is basically to put the equipment in operation connected to the public at first, checking
the active, reactive and apparent power, frequency, voltage, operating current and peak
current/simultaneously analyzing the graph generated in Minipa ET 4055 software and in a
second time by feeding them with a conventional generator with gasoline to understand the
effects of inductive reactance at source, taking the opportunity to make a parallel between the
data obtained in the experiments and the data calculated by the formulas of the power triangle
of the current literature.
Keywords: Reactance. Inductive. System. Electric.
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REFERÊNCIAS
Crusius, Augusto, Introducion a La Física. Buenos Aires: Editorial Kapelusz, 1951.
Dibner, Bern, Oersted and the discovery of electromagnetism, Nova Iorque, Blaisdell
(1962).
Gussow, M., Eletricidade Básica. São Paulo: Pearson Makron Books, 1997. ISBN 8534606-12-9
Hans Christian Ørsted, Der Geist in der Natur, 1854
Jaime E. Villate, Eletricidade e Magnetismo. Porto: 20 de março de 2013.
TORRES, Carlos Magno; NICOLAU, Gilberto Ferraro; PENTEADO, Paulo César;
SOARES, Paulo Toledo. Física Ciência e Tecnologia. Volume único. Editora
Moderna (2001).