Fator de Potência:
O fator de potência representa um indicador fundamental na avaliação da eficiência energética de sistemas elétricos industriais. Define-se como a razão entre a potência ativa, correspondente à energia útil, e a potência aparente, que representa a energia total. Seu valor varia entre 0 e 1. Um fator de potência próximo a 1 indica uma utilização eficiente da energia, ao passo que um valor reduzido reflete um desperdício energético sob a forma de potência reativa. Sua expressão pode ser dada em percentual (%), sendo que uma porcentagem inferior indica menor eficiência energética e, consequentemente, um maior consumo aparente.
O fator de potência também pode ser definido como a razão entre a potência de trabalho, medida em quilowatts (kW), e a potência aparente, aferida em quilovolts-ampères (kVA).
Fórmula da Potência Elétrica
A compreensão da fórmula da potência elétrica (P = V x I) é imprescindível para otimizar a eficiência e fundamentar decisões informadas acerca do consumo de energia elétrica. Tal fórmula expressa a quantidade real de energia fornecida por dispositivos, sendo crucial para a compreensão do consumo e da medição de energia. (pesquise fórmulas corretas e detalhadas com profissionais especializados pois existem fatores específicos de correção para seus circuitos em estudos, a formula mencionada é a formula básica a ter-se como conceito).
Tipos de potência em sistemas elétricos:
Potência ativa (kW): Energia destinada à realização de trabalho útil, tal como o funcionamento de motores ou a iluminação de instalações.
Potência reativa (kVA): Energia que, embora não realize trabalho útil, é necessária para a operação de equipamentos elétricos, como motores e transformadores.
Potência aparente (kVA): Representa a combinação da potência ativa e reativa, correspondendo à energia total consumida pelo sistema. Também designada como demanda, mede a quantidade de energia utilizada para a operação de máquinas e equipamentos durante um período determinado. Obtém-se pela multiplicação da tensão (V) pela corrente (A), sendo o resultado expresso em unidades de kVA.
kVA = V x A
Cálculo do Fator de Potência:
O cálculo do fator de potência é realizado mediante o uso de um analisador de qualidade de energia ou um analisador de potência, que mensuram a potência de trabalho (kW) e a potência aparente (kVA), aplicando-se a fórmula FP = (Potência real) / (Potência aparente), ou FP = W / VA.
Impacto do Fator de Potência:
Um fator de potência reduzido acarreta uma utilização ineficiente de energia, resultando em:
Danos térmicos aos componentes do circuito;
Redução da energia útil;
Necessidade de condutores e equipamentos de maior capacidade;
Aumento do custo total do sistema de distribuição de energia.
Em um circuito com eficiência de 100% (Fator de Potência igual a 1), a demanda seria equivalente à potência disponível. Entretanto, quando a demanda excede a potência disponível, o sistema de energia elétrica é sobrecarregado. Muitas concessionárias aplicam uma taxa de demanda às contas de grandes clientes, com o intuito de compensar as disparidades entre oferta e demanda, notadamente quando a oferta é inferior à demanda. Para a maioria das concessionárias, a demanda é calculada com base na carga média instalada em um período de 15 a 30 minutos. A irregularidade na demanda implica a necessidade de uma maior capacidade de reserva por parte da concessionária, em comparação a um cenário de demanda de carga constante.
A demanda de pico ocorre quando a demanda atinge seu valor máximo. O desafio para as concessionárias reside na garantia do fornecimento de energia para atender aos picos de cada cliente. A utilização de energia no momento de maior demanda pode ocasionar a interrupção do fornecimento geral, a menos que haja reservas suficientes. Em virtude disso, as concessionárias efetuam cobranças pela demanda de pico. Em relação a alguns clientes de grande porte, as concessionárias podem considerar a maior demanda e aplicá-la durante todo o período de faturamento.
Em síntese, quanto maior o fator de potência, menor a cobrança adicional.
Consequências de um Fator de Potência Baixo
As empresas industriais enfrentam consequências negativas decorrentes de um fator de potência baixo, incluindo:
Aumento dos custos de energia devido à utilização ineficiente da mesma;
Cobranças adicionais por parte das concessionárias de energia;
Redução da vida útil dos equipamentos, em virtude da sobrecarga em geradores e transformadores.
Exigências do fator de potência: Em âmbito global, existem requisitos de fator de potência estabelecidos em normas, regulamentações nacionais e portarias ou legislações. Grandes consumidores comerciais e industriais são, geralmente, obrigados a manter um fator de potência mínimo de 0,8 ou superior. O não cumprimento dessa exigência pode resultar em penalidades, tais como o aumento de tarifas e taxas, e no risco de interrupção do fornecimento de energia. Tal interrupção, em uma fábrica ou distrito, impacta todas as fábricas conectadas ao mesmo ramal de distribuição no restante do distrito.
Um fator de potência baixo indica uma utilização ineficiente da energia, o que pode resultar em:
Danos térmicos ao isolamento e a outros componentes do circuito;
Redução da quantidade de energia útil disponível;
Aumento da necessidade de condutores e equipamentos de maior capacidade.
Ademais, um fator de potência baixo eleva o custo total de um sistema de distribuição de energia, em virtude da exigência de uma corrente mais elevada para alimentar as cargas.
Considerações para a Solução de Correção do Fator de Potência:
Ao projetar uma solução PFC personalizada, diversos fatores devem ser levados em consideração:
Tipo de carga;
Harmonia do sistema;
Instalação e manutenção;
Relação custo-benefício.
Sinais de que seu sistema pode se beneficiar da Correção do Fator de Potência:
Cobrança de kVA na conta de luz;
Fator de potência persistentemente baixo (normalmente inferior a 0,9);
Potência aparente (kVA) consideravelmente superior à potência real (kW) consumida;
Operação próxima à capacidade do sistema elétrico e intenção de instalar mais equipamentos.
Baixo fator de potência: Caso o fator de potência seja persistentemente baixo (normalmente inferior a 0,87~0,9), é recomendável considerar a correção. Um fator de potência defasado de 0,8 ou inferior indica uma necessidade significativa de correção do fator de potência.
Alta potência aparente: Se a potência aparente (kVA) for substancialmente maior do que a potência real (kW) consumida, tal fato demonstra um baixo fator de potência e ineficiência energética. A correção do fator de potência (F.P.) contribuirá para a economia.
Caso o sistema esteja operando próximo à sua capacidade e haja o desejo de instalar mais equipamentos, o sistema de correção de FP pode eliminar a necessidade de modernizar a infraestrutura elétrica do local, pois ele é capaz de eliminar a potência aparente consumida, liberando mais kW reais (efetivos) para utilização.
As concessionárias aplicam sobretaxas a empresas com fator de potência inferior. Os custos da ineficiência podem ser elevados, comparáveis ao consumo excessivo de combustível de um automóvel. Quanto menor o fator de potência, menos eficiente é o circuito e maior o custo operacional total. O aumento do custo operacional aumenta a probabilidade de penalidades por parte das concessionárias devido à superutilização. Na maioria dos circuitos de corrente alternada (CA), o fator de potência nunca atinge o valor um, em razão da presença constante de alguma impedância (interferência) nas linhas de energia.
ATENÇÃO: Bancos de capacitores superdimensionados descarregam além do necessário no circuito da instalação e queimar componentes elétricos como sensores, placas eletrônicas de inversores, controladores, bobinas de contatores.
Melhoria do Fator de Potência:
Soluções de correção do fator de potência, tais como bancos de capacitores e filtros ativos, são essenciais para mitigar tais penalidades e otimizar a eficiência energética.
O projeto de uma solução de correção deve ser personalizado, observando os tipos de cargas, a distribuição e a topologia do sistema e dos circuitos (localização de ramais, quadros etc.), o espaço disponível e o orçamento.
Considerações adicionais para a solução de correção de F.P.:
Tipo de Carga: Cargas indutivas, comuns em motores e transformadores, frequentemente exigem métodos de correção diferentes daqueles aplicáveis a cargas capacitivas em fornos elétricos ou iluminação LED.
Harmonia do Sistema: É fundamental garantir que as soluções recomendadas se integrem perfeitamente ao sistema elétrico existente. Problemas de compatibilidade podem gerar complicações inesperadas.
Instalação e Manutenção: O monitoramento do consumo de equipamentos de correção do fator de potência é crucial para assegurar o funcionamento eficiente do sistema e evitar impactos no restante do circuito.
Custo-Benefício: Sistemas de correção do fator de potência podem proporcionar uma economia significativa a longo prazo e o maior retorno sobre o investimento (tanto do sistema de correção do fator de potência como das demais máquinas elétricas), podendo ser complementados de acordo com a evolução das demandas.
Conclusão:
A correção do fator de potência é um aspecto crucial na gestão moderna de sistemas elétricos. Com a solução adequada, é possível melhorar substancialmente a eficiência energética, reduzir a demanda e os custos de eletricidade e garantir um melhor custo-benefício.
O investimento em analisadores de qualidade de energia e a implementação de medidas de correção do fator de potência podem resultar em contas de energia mais baixas.
Sistemas mal dimensionados ou super dimensionados podem gerar perturbações no sistema de energia e afetar motores elétricos, inversores e até mesmo queima de itens mais sensíveis como sensores e circuitos eletrônicos de controladores, por isso o correto dimensionamento é essencial. Bancos de capacitores muito grandes podem descarregar além do necessário no circuito da instalação e queimar componentes elétricos.
