fator de potência

fator de potência

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A instalação de capacitores tem sido alvo de muita atenção nas áreas de projeto, manutenção de finanças de empresas interessadas em racionalizar seus equipamentos elétricos.

A correção do fator de potência é um investimento necessário com retorno garantido!

Em conformidade com o estabelecido pelo Decreto nº 62.724 de 17 de maio de 1968 e com a nova redação dada pelo Decreto nº 75.887 de junho de 1975, as concessionárias de energia elétrica adotaram, desde então, o fator de potência de 0,85 como referência para limitar o fornecimento de energia reativa.

O Decreto nº 479, de 20 de março de 1992, reiterou a obrigatoriedade de se manter o fator de potência o mais próximo possível da unidade (1,0), tanto pelas concessionárias quanto pelos consumidores, recomendando, ainda, ao Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica (DNAEE) o estabelecimento de um novo limite de referência para o fator de potência indutivo e capacitivo, bem como a forma de avaliação e de critério de faturamento da energia reativa excedente a esse novo limite.

A nova legislação pertinente, estabelecida pelo DNAEE, introduz uma nova forma de abordagem do ajuste pelo baixo fator de potência, com os seguintes aspectos relevantes:

Aumento do limite mínimo do fator de potência de 0,85 para 0,92; Faturamento de energia reativa capacitiva excedente; Redução do período de avaliação do fator de potência de mensal para horário, a partir de 1996.

Com isso muda-se o objetivo do faturamento: em vez de ser cobrado um ajuste por baixo fator de potência, como faziam até então, as concessionárias passam a faturar a quantidade de energia ativa que poderia ser transportado no espaço ocupado por esse consumo de reativo. Este é o motivo porque as tarifas aplicadas serem as de demanda e consumo de ativos, inclusive ponta e fora de ponta para os consumidores enquadrados na tarifação horosazonal.

Além do novo limite e da nova forma de medição, outro ponto importante ficou definido:

Das 06:0 às 24:0 o fator de potência deve ser no mínimo 0,92 para a energia e demanda de potência reativa indutiva fornecida. Das 24:0 até às 06:0 no mínimo 0,92 para energia e demanda de potência reativa capacitiva recebida.

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SUIÇA 0,96 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 absorvida pela instalação. Fator de potência (): é a razão entre potência ativa e potência aparente.

A maioria das unidades consumidoras consome energia reativa indutiva, como motores, transformadores, 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 medida em KW. (Ver figura a seguir).

Potência reativa: Potência usada apenas para criar e manter os campos eletromagnéticos das cargas indutivas. É medida em KVAR. (Ver figura a seguir a seguir).

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.

Podemos definir o fator de potência como sendo a relação 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. Um triângulo retângulo é freqüentemente utilizado para representar as relações entre KW, KVAR, e KVA. (Ver figura a seguir a seguir).

Define-se fator de potência como sendo a divisão de potência ativa (KW) pela potência aparente (KVA).

Por exemplo: se uma máquina operatriz está trabalhando com 100 KW (potência ativa) e a energia aparente consumida é 125 KVA, dividindo 100 por 125, você chegará a um fator de potência de 0,80.

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Define-se também como fator de potência a relação entre potência ativa e potência reativa. Ele indica a eficiência com a qual a energia está sendo usada.

Nas contas de energia elétrica não são mencionados os KVA, mas sim o KVARh e os KWh, portanto para se calcular o fator de potência em tarifações convencionais ou horosazonais mensais, deve-se usar a fórmula abaixo:

KQh, precisaremos utilizar a fórmula abaixo para transformar KQh em KVARrh.

Nota: o fator de potência em um sistema não-linear, não respeita as fórmulas citadas se não forem instalados filtros ou indutores nos equipamentos que geram harmônicas.

As perdas de energia elétrica ocorrem em forma de calor e são proporcionais ao quadrado da corrente total. 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.

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 elementos 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 lâmpadas e aumento da corrente nos motores. SUB UTILIZAÇÃO DA

A energia reativa, ao sobrecarregar uma instalação elétrica, inviabiliza sua plena utilização, condicionando a instalação de novas cargas e investimentos que seriam evitados se o fator de potência apresentasse valores bem mais altos. O "espaço" ocupado pela energia reativa poderia ser então utilizado para o atendimento de novas cargas.

Os investimentos em aplicação das instalações estão relacionados principalmente aos transformadores e condutores necessários. O transformador a ser instalado deve atender à potência total dos equipamentos utilizados, mas devido à presença de potência reativa, a sua capacidade deve ser calculada com base na potência aparente das instalações. A tabela abaixo mostra a potência total que deve ter o transformador, para atender uma carga útil de 1000 KW para fatores de potência crescentes.

VARIAÇÃO DA POTÊNCIA DO TRAFO EM FUNÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA Potência útil Absorvida KWFator de PotênciaPotência do Trafo 0,50 2000 1000 0,80 1250 1,0 100

Também o custo dos sistemas de comando, proteção e controle dos equipamentos, cresce com o aumento 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 que o fator de potência diminui. A tabela abaixo 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 1,0).

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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.

Acréscimo na conta de energia elétrica por estar operando com baixo fator de potência; Limitação da capacidade dos transformadores de alimentação; Quedas e flutuações de tensão nos circuitos der distribuição; Sobrecarga nos equipamentos de manobra limitando sua vida útil; Aumento das perdas elétricas na linha de distribuição pelo efeito Joule; Necessidade de aumento do diâmetro dos condutores; Necessidade de aumento da capacidade dos equipamentos de manobra e proteção.

Motores de indução trabalhando a vazio; Motores superdimensionados para sua necessidade de trabalho; Transformadores trabalhando a vazio ou com pouca carga; Reatores de baixo fator de potência no sistema de iluminação; Fornos de indução ou a arco; Máquinas de tratamento térmico; Máquinas de solda; Nível de tensão acima do valor nominal provocando um aumento de consumo de energia reativa.

Uma forma econômica e racional de se obter a energia reativa necessária para a operação adequada dos equipamentos é a instalação dos capacitores próximos desses equipamentos. A instalação de capacitores, porém, deve ser precedida de medidas operacionais que levem à diminuição da necessidade de energia reativa, como o desligamento de motores e outras cargas indutivas ociosas ou superdimensionadas.

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 instalálos em estabelecimentos industriais apenas para esse fim.

A melhoria da tensão deve ser considerada como um benefício adicional dos capacitores. A tensão em qualquer ponto de um circuito elétrico é igual a da fonte de tensão até aquele ponto. Assim, se a tensão da fonte for geradora e as diversas 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:

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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 proporcionais 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 figura a seguir 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 mesmas. Entretanto a carga total em kW será maior, 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:

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.

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.

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A correção pode ser feita instalando os capacitores de quatro maneiras diferentes, tendo como objetivo a conservação de energia e a relação custo/beneficio:

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