24 maio Generalidades sobre Correção do Fator de Potência
O fator de potência é a relação entre a potência ativa e a potência reativa.
Definições
- Potência é a capacidade de produzir trabalho na unidade de tempo;
- Potência Ativa é aquela que efetivamente produz trabalho útil, normalmente expressa em quilowatt (kW);
- Potência Reativa é aquela utilizada para criar o fluxo magnético necessário ao funcionamento dos equipamentos tais como motores, transformadores e reatores. É normalmente expressa em quilovoltampére-reativo (kvar);
- Potência Aparente é a potência total absorvida por uma instalação elétrica, usualmente expressa em quilovolt-ampére (kVA);
- Energia é a utilização da potência num intervalo de tempo Energia Ativa É a utilização da potência ativa durante qualquer período de tempo, usualmente expressa em quilowatt-hora (kWh). Na conta de energia elétrica a energia ativa aparece sob a denominação de consumo (kWh);
- Energia Reativa é a utilização de potência reativa durante qualquer período de tempo, usualmente expressa em quilovolt-ampére-reativo-hora (Kvarh);
- Demanda é a utilização de potência ativa durante um determinado intervalo de tempo, mensurada por aparelho integrador (medidor de demanda), durante um intervalo de tempo de 15 minutos. É expressa em quilovolt-ampére (kVA).
Como especificar o capacitor
Quando e como ocorre a necessidade de energia reativa?
Sabe-se que todos os motores, transformadores e reatores dependem do magnetismo para sua operação. O magnetismo é uma força e, portanto não pode ser consumida no sentido físico. Nos motores de corrente alternada, transformadores e reatores, existe a necessidade periódica da força magnética. A energia elétrica necessária para produzir esta força magnética é chamada de energia reativa, que apesar de não necessária para produção do trabalho útil impõe uma carga ao sistema elétrico de distribuição e à fonte de suprimento de energia elétrica.
O que significa fator de potência?
A potência reativa bem como as potências ativas fluem através de motores, transformadores e reatores. A adição geométrica destas duas potências determina o que chamamos de potência aparente. A divisão de potência ativa pela potência aparente determina o que chamamos de fator de potência:
Quais as causas de um baixo fator de potência?
Muitos equipamentos que necessitam de energia elétrica para o seu funcionamento consomem também energia reativa. Quanto maior o consumo de energia reativa menor será o fator de potência do equipamento e, conseqüentemente, do sistema elétrico em questão. A seguir temos as principais causas de um baixo fator de potência:
a) Motores operando em vazio O consumo de energia reativa necessária à geração do campo magnético de um motor elétrico é o mesmo tanto para operação em vazio quanto à plena carga. Porém a energia ativa é diretamente proporcional à carga mecânica aplicada no eixo do motor. Assim temos que, quanto menor a carga mecânica aplicada, menor a energia ativa consumida, portanto menor será o fator de potência.
b) Motores superdimensionados As conseqüências de aplicação de um motor de potência nominal acima da que for submetida são as mesmas do caso anterior, resultando em um baixo fator de potência.
c) Transformadores operando em vazio ou com pequena carga Quando há superdimensionamento dos transformadores para as cargas a que estão ligados, há um maior consumo de energia reativa em relação à energia ativa, acarretando assim um baixo fator de potência.
d) Lâmpadas de descargas com reatores de baixo fator de potência Os reatores utilizados em lâmpadas de descarga consomem energia reativa para seu funcionamento, provocando baixo fator de potência. Nesse caso recomenda-se a utilização de reatores com alto fator de potência, aos quais são associados capacitores para a compensação de reativos.
e) Nível de tensão da instalação acima da nominal Quanto maior a tensão aplicada além da nominal às cargas indutivas, maior será o consumo de energia reativa e menor o fator de potência.
f) Grande número de motores de pequena potência Devido à oscilação de cargas e à dificuldade de um correto dimensionamento dos motores em função das cargas a eles ligadas, há grande probabilidade de um consumo significativo de reativos, resultando um fator baixo de potência.
Quais os efeitos que de um baixo fator de potência em instalações elétricas?
• Sobretaxa na conta de energia elétrica;
• Redução da capacidade do sistema elétrico;
• Quedas de tensão em circuitos de distribuição de energia elétrica;
• Aumento das perdas elétricas nas linhas de distribuição.
O que os capacitores fazem para corrigir o fator de potência?
Instalando-se capacitores junto aos motores ou transformadores limita-se o fluxo de energia reativa através dos circuitos elétricos. A energia reativa necessária à magnetização de motores, transformadores e reatores, passa a ser fornecida pelos capacitores ao invés de ficar fluindo através dos circuitos de alimentação das referidas cargas.
Qual o valor do fator de potência para haver a necessidade de capacitores?
As companhias fornecedoras de energia elétricas exigem que o fator de potência tenha valor mínimo conforme a legislação. Contudo aconselha-se trabalhar com valores próximos a 0,95 (95%), para um aproveitamento correto de energia, e a eliminação dos riscos de multa.
Onde devem ser localizados os capacitores?
A localização dos capacitores deve obedecer a vários critérios, dependendo da finalidade para a qual estão sendo aplicados. O ponto fundamental é que estejam instalados do lado da carga, tomando como base o ponto de medição. Citaremos alguns tipos de localização dos capacitores para correção do fator de potência:
a) Capacitores instalados junto a motores de indução
A potência do capacitor (em kvar) deve ser aproximadamente a potência aparente (em KVA) do motor trabalhando em vazio.
b) Capacitores instalados junto a transformadores Estes valores dependem muito das perdas dos transformadores, visto que os capacitores neste caso estão indicados somente para suprir os VA reativos dos transformadores operando em vazio.
c) Capacitores instalados junto a agrupamentos de cargas Com o método de correção centralizado todos os motores e transformadores são corrigidos em conjunto. O valor da potência reativa a ser fornecida pelos capacitores pode ser determinado utilizando-se dados mencionados nas contas de energia elétrica. É aconselhável utilizar a média dos dados obtidos em contas de energia de vários meses.
d) Correção aplicando-se bancos automáticos de capacitores
Quando todas as alternativas anteriores forem insuficientes para a correção adequada do fator de potência, ou mesmo por razões de comodidade e confiabilidade, a utilização de bancos de capacitores controlados automaticamente pode ser a solução mais prática.
e) Correção geral aplicando-se capacitores em um sistema industrial
A correção geral envolve os diversos tipos de aplicação citados nos itens anteriores.
Alguns cuidados importantes devem ser observados quando da aplicação de capacitores em sistemas industriais, pois os mesmos não devem operar com valores excessivos de tensão e corrente, conforme especificado na norma IEC831-1. Sabese que os capacitores produzem um aumento de tensão no ponto onde se encontram instalados. Como conseqüência, os capacitores podem ser levados a funcionar numa tensão superior àquela medida antes da ligação dos mesmos. A tensão nos terminais do capacitor pode ser particularmente elevada nos períodos de baixa carga. Neste caso, uma parte ou a totalidade dos capacitores deve ser colocada fora de funcionamento, de modo a evitar que os mesmos sejam submetidos a esforços excessivos e que apareçam sobretensões anormais ao sistema.
Os capacitores não devem jamais funcionar com correntes superiores ao valor máximo especificado na IEC 831-1. As correntes de sobrecarga podem ser produzidas por uma tensão excessiva na freqüência fundamental ou por harmônicos, ou por ambos. As principais fontes de harmônicos são os variadores de velocidade tiristorizados para motores, retificadores, núcleos ferromagnéticos dos transformadores, reatores e outros equipamentos, principalmente quando saturados.
Sempre que necessário, consulte o fabricante para dimensionamento correto dos capacitores em seu sistema industrial. Em sistemas com problemas de harmônicos, é aconselhada a instalação de capacitor tipo “MP”.
A correção do fator de potência foi obtida tomando-se por base as relações trigonométricas do triângulo de potências.
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