1
Correção do fator de potência
Paulo Jorge Costa Lima
Engenharia Eletrotécnica e Computadores, IPCA
“Os investimentos em ...
2
tipos de cobranças pelo uso de kVAr. O controlo automático
garante a dosagem exata da potência dos condensadores
ligados...
3
VI. RESULTADOS IDEAIS
Idealmente, se existisse um condensador comercial de
2,314μF que pudesse ser introduzido no sistem...
4
IX. CONCLUSÕES
Ao se corrigir o fator de potência, inserindo um condensador
em paralelo no sistema, previamente dimensio...
Próximos SlideShares
Carregando em…5
×

Correção do fator de potência

595 visualizações

Publicada em

Trabalho para a UC de Eletrotecnia
Paulo Lima
IPCA, 2011

Publicada em: Engenharia
0 comentários
2 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
595
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
1
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
0
Comentários
0
Gostaram
2
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Correção do fator de potência

  1. 1. 1 Correção do fator de potência Paulo Jorge Costa Lima Engenharia Eletrotécnica e Computadores, IPCA “Os investimentos em conhecimento geram os melhores dividendos.” Benjamin Franklin RESUMO O objetivo deste trabalho consiste em corrigir o fator de potência de um pequeno aparelho utilizado no quotidiano. Através dos valores retirados pelos aparelhos de medição, serão efetuados os cálculos necessários para dimensionar um componente que corrija a energia reativa presente no sistema, de modo a se obter um fator de potência igual à unidade. Serão demonstradas de igual modo as potências em jogo antes e depois da correção, as correntes consumidas pelo sistema, as representações fasoriais e as vantagens do uso da correção do fator de potência. I. INTRODUÇÃO A maioria das cargas dos sistemas de distribuição de energia elétrica é indutiva: motores, transformadores, reactâncias de iluminação, fornos de indução, etc. A principal característica das cargas indutivas é que elas necessitam de um campo eletromagnético para operar. Por esta razão, elas consomem dois tipos de potência elétrica: potência ativa (para realizar o trabalho de gerar calor, luz, movimento, etc.) e potência reativa (para manter o campo eletromagnético). 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 ativa e reativa, juntas, formam a potência aparente. Um triângulo retângulo é frequentemente utilizado para representar as relações entre a potência ativa (kW), potência reativa (kVAr) e potência aparente (kVA). O fator de potência é a relação entre potência ativa e a potência reativa. Para determinar o fator de potência (FP) divide-se a potência ativa pela potência aparente. Ele indica a eficiência com a qual a energia elétrica está a ser utilizada. Um elevado fator de potência indica uma eficiência alta e inversamente um fator de potência baixo indica baixa eficiência, sinal que não se está a utilizar plenamente a energia paga. Quando a potência aparente é maior que a potência ativa, a concessionária precisa fornecer, além da corrente útil (ativa), uma corrente reativa. Os condensadores atuam como geradores de corrente reativa e, fornecendo essa corrente, reduzem a corrente que o seu sistema retira da rede da concessionária. Teoricamente, os condensadores poderiam suprimir 100% das necessidades de potência reativa. Na prática porém, a correção do fator de potência para aproximadamente 95%, traz o maior retorno. As concessionárias de energia elétrica fornecem potência ativa e potência reativa para as instalações na forma de potência aparente. Apesar da potência reativa não ser registada no seu medidor de potência ativa, o sistema de transmissão e distribuição da concessionária precisa ser grande o suficiente para fornecê-la. As concessionárias são obrigadas a repassar aos consumidores, o custo de ter de instalar maiores geradores, transformadores, cabos, etc. Os condensadores de potência, oferecem vários benefícios, como a redução nas contas de energia elétrica, o aumento na capacidade elétrica do sistema, melhoria nos níveis de tensão e diminuição de perdas elétricas. Ao efetuar a correção do fator de potência, deve-se escolher o tipo, o tamanho e a quantidade de condensadores para a instalação. Há dois tipos básicos de instalações com condensadores: instalações com condensadores individuais ligados em cargas lineares e instalações com bancos de condensadores fixos ou automáticos ligados na subestação de entrada de energia ou de distribuição. A ligação individual dos condensadores junto às cargas permite um controlo completo, uma vez que os condensadores não causam problemas quando muitas cargas estão desligadas. Esta ligação não requer comutação separada, uma vez que o motor trabalha simultaneamente com o condensador. Apresenta uma maior eficiência dos motores devido à melhor utilização da potência e redução nas quedas de voltagem. Os motores e condensadores, em conjunto, podem ser deslocados mais facilmente, apresentando igualmente uma maior facilidade na escolha correta do condensador para cada carga. Esta solução possui menores perdas na linha e um aumento da capacidade de amperagem do sistema. A instalação de bancos de condensadores ligados na subestação de entrada permite um menor custo por kVAr e um menor custo de instalação. Assegura uma melhoria do fator de potência geral da instalação, eliminando quaisquer
  2. 2. 2 tipos de cobranças pelo uso de kVAr. O controlo automático garante a dosagem exata da potência dos condensadores ligados a qualquer momento, eliminando possíveis sobretensões. II. TESTES E MEDIÇÕES Inicialmente foi utilizado um secador de cabelo da marca CLATRONIC 2000W que forneceu os seguintes valores quando testado a “ar frio”: Neste caso, o aparelho não consumiu energia reativa, logo, passou-se a um segundo teste de confirmação, que é quando o aparelho trabalha a “ar quente”: Mais uma vez o aparelho não consumiu energia reativa, assim, optou-se por realizar o teste no carregador de bateria de um computador portátil: Como esperado, este equipamento que possui bastante eletrónica de potência (indutâncias), tem um consumo elevado de energia reativa. O teste foi realizado numa sala, com a iluminação acesa e onde já diversos aparelhos se encontravam ligados na sua instalação elétrica. De observar que estes fatores podem influenciar os resultados dos testes obtidos. III. DIAGRAMA FASORIAL DA TENSÃO E CORRENTE cos Ø = 0,66 Ø = arccos 0,66 Ø = 48,7˚ IV. TRIÂNGULO DAS POTÊNCIAS Q² = S² - P² Q² = 52,1² - 34,1² Q = √1551,6 Q = 39,39 VAr (ind) Ø = arctg Q/P Ø = arctg 39,39/34,1 Ø = 49,12˚ V. DIMENSIONAMENTO DA SOLUÇÃO O sistema em causa tem uma energia reativa de 39,39 VAr indutivos. Para se corrigir o fator de potência para a unidade, é necessário acrescentar uma energia capacitiva ao sistema de igual módulo para que anule a componente indutiva. Q = Q (ind) + Q (cap) = 0 Logo, QC=39,39 VAr (cap), será a energia a adicionar ao sistema para corrigir o fator de potência para a unidade. Para se corrigir o fator de potência, neste caso para valores próximos do ideal, introduz-se um condensador em paralelo na rede de energia, apenas localmente onde se encontra ligado o carregador de bateria. Esta correção será local, apenas para um aparelho e está-se a idealizar uma situação ideal, pondo de fora a hipótese de mais aparelhos serem ligados ao mesmo circuito. O valor para o condensador a inserir no sistema é obtido através das seguintes equações: QC = U² / XC e XC = 1 / 2π x f x C QC = U² x 2π x f x C C = QC / U² x 2π x f C = 39,39 / (232,8² x 2π x 50) C = 0,000002314 F C = 2,314 μF O valor do condensador comercial mais próximo é de 2,2 μF.
  3. 3. 3 VI. RESULTADOS IDEAIS Idealmente, se existisse um condensador comercial de 2,314μF que pudesse ser introduzido no sistema, o fator de potência seria igual à unidade. Para este valor, a potência ativa é igual à potência aparente do sistema. Assim, é possível calcular o valor da corrente no sistema: S = U x I I = S / U I = 34,1 / 232,8 = 0,1465 A Com o novo valor para a corrente, é possível representar o diagrama fasorial da tensão e da corrente, sabendo que não existe desfasamento (cos Ø = 1). A representação das potências deixa de ser feita na forma de um triângulo, uma vez que apenas vai existir potência ativa em jogo no sistema. VII. RESULTADOS REAIS Como analisado anteriormente, idealmente, a correção do fator de potência deveria anular a totalidade da energia reativa do sistema. Na prática tal não acontece, uma vez que os componentes utilizados apresentam valores comerciais e raramente são idênticos aos calculados teoricamente. Assim, quando se corrige o fator de potência, o objetivo é que este valor seja o mais elevado possível, sendo considerados ideais valores a partir de 0,95. O condensador comercial com valor mais próximo da solução dimensionada foi de 2,2 μF. Assim, é necessário calcular a energia reativa que o condensador anula no sistema. QC = U² x 2π x f x C QC = 232,8² x 2π x 50 x 2,2μ QC = 37,46 VAr (cap) A inclusão do condensador no sistema anula 37,46 VAr da energia reativa. Uma vez que a energia reativa antes da correção é conhecida, é possível aferir o valor final após a correção. Q = Q (ind) – Q (cap) Q = 39,39 – 37,46 = 1,93 VAR (ind) Uma vez que a potência ativa é constante, é necessário calcular a nova potência aparente em jogo no sistema. S² = P² + Q² S² = 34,1² + 1,93² = 1166,53 S = √1166,53 = 34,15 VA A nova corrente consumida pelo sistema é calculada através da potência aparente. S = U x I I = S / U I = 34,15 / 232,8 = 0,1467 A Finalmente é calculado o valor do fator de potência do sistema após a correção. cos Ø = P / S cos Ø = 34,1 / 34,15 = 0,998 O ângulo entre a potência ativa e a potência reativa obtém-se através: Ø = arccos 0,998 = 3,1˚ Os novos valores em jogo para o sistema, encontram-se resumidos na tabela seguinte. O novo diagrama fasorial da tensão e da corrente pode ser representado com os valores calculados. Igualmente é obtida uma nova representação do triângulo das potências após a correção do fator de potência. VIII. RAZÕES PARA CORRIGIR O FATOR DE POTÊNCIA Redução significativa do custo da energia elétrica. Aumento da eficiência energética da instalação. Melhoria da tensão. Aumento da capacidade e resposta dos equipamentos em funcionamento. Aumento do tempo de vida útil dos equipamentos e instalações. Redução do efeito de Joule. Redução da corrente reativa na corrente elétrica. Instalações mais baratas, devido à secção dos cabos a utilizar serem menores.
  4. 4. 4 IX. CONCLUSÕES Ao se corrigir o fator de potência, inserindo um condensador em paralelo no sistema, previamente dimensionado, obteve- se uma diminuição do consumo de corrente ao se conseguir anular a energia reativa que estava a ser gasta pelo equipamento. Teoricamente é a situação em que se atinge a frequência de ressonância, em que a energia reativa indutiva e capacitiva está em equilíbrio e se anula, e só temos a parte resistiva do circuito a dissipar energia ativa, o que provoca o decréscimo do consumo de corrente por parte do circuito, uma vez que o consumo de corrente reativa provém do condensador. X. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] António Herculano Moreira, “PDFs da unidade curricular Eletrotecnia”, Instituto Politécnico do Cávado e do Ave, 2011. [2] Engecomp Sprague Capacitores Ltda, “Correção do Fator de Potência – Guia para o Engenheiro de Fábrica”. [3] [Online]: http://www.wikipedia.org

×