Fator de potência em acionamentos industriais
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António Varandas Marketing & Business Development Industry Manager Schneider Electric Portugal Tel.: +351 217 507 100 · Fax: +351 217 507 101 pt-comunicacao@schneider-electric.com · www.schneiderelectric.com/pt
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A energia reativa é responsável pela produção do fluxo magnético essencial ao funcionamento de motores, transformadores e outras máquinas, tendo forte impacto no valor da fatura elétrica e, por conseguinte, na competitividade industrial.
A sua elevada importância na indústria lança o desafio de reduzir o consumo de energia reativa presente desde o acionamento das máquinas do processo de produção industrial, favorecendo o ponto de equilíbrio entre consumo e produção. Enquanto a energia ativa é necessária para a produção industrial tornando possível, por exemplo, a rotação do eixo dos motores, a energia reativa é necessária para produzir o fluxo magnético indispensável ao seu funcionamento. Assim, a energia reativa é consumida por todos os equipamentos que, pelo seu princípio de funcionamento, necessitam de campos magnéticos (motores, balastros de lâmpadas fluorescentes, fontes de alimentação de todos os recetores eletrónicos, entre outros). O total da corrente absorvida por um motor, por exemplo, é determinada pelo somatório dos vetores da corrente Ir (parte resistiva) e Il (parte indutiva). Estas correntes estão relacionadas com a potência ativa (Ir) e com a potência aparente (Il). A potência reativa não produz trabalho mecânico e funciona como uma carga suplementar para a fonte de energia. O Fator de Potência (f.p.) traduz o grau de eficiência dos sistemas elétricos. O fator de potência é a relação entre potência ativa e potência aparente, indicando a eficiência da utilização de energia. Ou seja, o fator de potência traduz o grau de eficiência ou o rendimen-
to da utilização dos sistemas elétricos. Por exemplo, uma máquina que forneça 200 kW mas que apresente uma energia consumida de 250 kVA traduz um fator de potência de 80%. Neste caso, a máquina em questão está a aproveitar apenas 80% da potência com que está a ser alimentada. Existe, portanto, um desperdício de 20% da energia utilizada. Os valores elevados de fator de potência (próximos da unidade) indicam o uso eficiente da energia elétrica. Por sua vez, os valores mais baixos indiciam o seu mau aproveitamento, além de representarem uma sobrecarga para todo o sistema elétrico.
CAUSAS DA REDUÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA Perdas na Instalação As perdas de energia elétrica ocorrem em forma de calor e são proporcionais ao quadrado da corrente total I2xR. Como essa corrente aumenta com o excesso de energia reativa, estabelece-se uma relação entre o incremento das perdas e o fator de potência baixo, provocando o aumento do aquecimento de condutores e equipamentos. Quedas de Tensão O aumento da corrente devido ao excesso de energia reativa implica 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 da iluminação e o aumento da corrente nos motores. Sobredimensionamento excessivo da Potência Instalada A energia reativa, ao sobrecarregar uma instalação elétrica, inviabiliza a sua utilização. Condicionando a instalação de novas cargas a investimentos que seriam evitados se o Fator de Potência apresentasse valores mais altos (fp = 0,93). O “espaço” ocupado pela energia reativa poderia ser utilizado.
CONSEQUÊNCIAS DA REDUÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA Aumento da fatura de energia elétrica, disponibilidade de potência, quedas e flutuações de tensão, aumento das perdas de Joule na instalação, aumento da secção dos cabos, aumento dos calibres da aparelhagem de corte e proteção. Além de apresentar custos de produção, a energia reativa sobredimensiona o sistema do pedido de energia que poderia ser utilizado para realizar mais energia ativa. Consequentemente é provocada a perda de energia nos transformadores e nas redes de transporte e distribuição, conduzindo ao aumento do pedido de energia, pelo que o seu consumo tem de ser controlado. A compensação de energia reativa permite a redução de perdas no processo produtivo, evitando que parte desta energia ou a sua totalidade circule pela rede. Em consequência, verifica-se a redução da corrente elétrica total circulante. Ou seja, essa energia passa a estar disponível para ser alocada à verdadeira produção, contribuindo para o aumento da produtividade.