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quinta-feira, 30 de maio de 2013

Fator de Potencia (FP)


Fator de potência

O fator de potência significa em porcentual de eficiência entre a energia absorvida da rede que de fato foi transformada com sucesso em trabalho. Exceto as resistências, as demais cargas não utilizam tudo o que solicitam de energia da rede. Isso se dá por conta de que toda transformação de energia provoca perdas. E grande parte da preocupação é com as cargas indutivas, no geral são motores e lâmpadas com acionamento por arco elétrico, muito comum na indústria.
Para definir o fator de potência de uma instalação, partindo do princípio que conhecemos o KW e o KVAr pode ser utilizada a expressão:

                                                                    


Existem outras formas de chegar ao mesmo resultado, porém, a maioria dos controladores de demanda encontrados no mercado adotam cálculos que utilizam as grandezas em W e VAr, pois os medidores da concessionária fornecem apenas estes valores na saída de usuário (SU).

No que diz respeito a faturamento a ANEEL define em sua resolução que os parâmetros aceitáveis e não passíveis de multa estão entre 0,92 ind a 0,92 cap (com previsão de sofrer alteração em um futuro próximo). Normalmente na fatura há uma sigla FER (Faturamento de Energia Reativa) que nada mais é do que o consumo reativo, também é encontrado o FDR (Faturamento de Demanda Reativa) que é a multa aplicada por excedente reativo na ultrapassagem de demanda. Vale ressaltar que em ambos os casos o valor da tarifa são os mesmos utilizado no faturamento da Potência Ativa.  No que diz respeito a este assunto e com os dados contidos na fatura, não é possível tomar medidas de alteração de contrato para minimizar estas cobranças, porém, é uma unidade de medida que pode ser acompanhada e por isso é considerada uma gestão passiva. Mais a frente o assunto será novamente abordado, porém, de forma a combater essa despesa camuflada na fatura de energia.


Assunto abordado anteriormente, porém com os olhos voltados para o faturamento, agora o foco está na correção da baixa eficiência do sistema. Pensando que o FP é igual ao cosseno do ângulo da carga (FP=cós φ); podemos concluir que no caso de um FP abaixo de 0,92 ind se dá por um valor muito alto de Var ind, ou seja, muita energia absorvida da rede que não está realizando trabalho, isso se dá por conta da construção dos equipamentos e máquinas da planta que tem baixa eficiência. Existem várias formas de redefinir ou até mesmo definir um banco de capacitores, pode ser pelo datasheet fornecido pelo fabricante ou pelo impacto causado na rede. Este segundo método é o mais preciso; apesar de que alguns equipamentos de medição não possuem tanta precisão. Separadamente os métodos serão abordados.

Especificação do Fabricante

Normalmente o fabricante fornece alguns detalhes do tipo rendimento, FP, potência ativa e o capacitor ideal para a instalação da máquina elétrica (neste caso a máquina é um motor elétrico). Com essas informações a primeira atitude deve ser tomada; que é a instalação do capacitor especificado pelo fabricante para ser acionado junto com o motor, conhecido como banco semi-automático. Esta prática ainda é comum em pequenas empresas, condomínios e comércios.

Impactos causados na rede 

Neste caso há um equipamento que faz a comutação dos estágios do banco de capacitor automaticamente conforme necessidade, ou seja, leituras da condição atual da planta são realizadas em uma freqüência de tempo pré-definida no equipamento. Cada unidade consumidora tem um circuito elétrico com particularidades, inserir um motor a rede pode causar impactos distintos. Para entender melhor está afirmação, adotar-se-á uma linha de pensamento: um circuito elétrico é formado por indutores, resistores e capacitores (RLC); sendo o primeiro o foco, pois é o que traz impacto. Quando se pensa em indutores logo vem à mente motores e transformadores, mas deve-se acrescentar a esta lista cabos elétricos, barramentos de cobre e a susceptância do conjunto todo, que pode agravar ou amenizar os efeitos. Existem três formas de realizar esta leitura, será apresentado em ordem de eficácia, da menos significativa para a mais significativa:
a)    Controladores de fator de potência – Se caracterizam pelo aspecto parecido com uma IHM (Interface Homem Máquina), com a particularidade de ter embutido contatos secos que podem variar dependendo do fabricante e modelo. O objetivo dos contatos é comutar cada estágio do banco conforme conveniência. A grande desvantagem é que este tipo de equipamento utiliza um transformador de corrente normalmente instalado na fase R e com referência de tensão das fases S e T. É claro que com a leitura de corrente em uma fase e a leitura de tensão de duas fases é por acreditar que o circuito é equilibrado, fato incomum em 90% das instalações. Por esse motivo se considera um sistema de baixa eficiência na leitura;
b)    Medição Setorial – Nada mais é do que ter uma medição no painel de potência que atende um determinado setor, transformador ou conjunto de cargas. Esse tipo de solução é viável quando esta medição é feita pela configuração 4-3 que respectivamente se refere ao numero de fases (4) e correntes (3) a serem monitoradas. Desta forma a correção do fator de potência se dá por média entre as três fases. Um detalhe a ser esclarecido é com relação ao custo para este tipo de solução que deve contemplar não só o conjunto de medição, mas também o controlador específico para ler as informações do medidor e acionar os estágios do banco. Esta opção de controle é considerada de eficácia média, pelo fato de que estamos corrigindo o FP real da instalação, mas não garante a correção completa quando se olha do ponto de vista da medição de faturamento; tem-se a garantia na instalação interna, porém não no faturamento;
c)    Controladores de Demanda – Apesar do nome controlador de demanda, a grande maioria destes equipamentos tem a capacidade de fazer a automação do fator de potência, neste caso, com muita eficiência, pois as leituras de referência vêem direto da medição do faturamento pela SU.


 Após analisar todas as possibilidades pode-se optar pelo controlador de demanda já que este apresenta um rendimento melhor, quando observado os detalhes, mas a solução que apresenta um desempenho muito satisfatório é aquela que traz satisfação técnica e financeira, sendo assim pode-se fazer a junção do controlador de demanda e a medições setoriais, pois, desta forma consegue-se distribuir os capacitores por toda a planta e assim controlar e monitorar setorialmente, garantindo que no faturamento não haverá multas, pois também se tem a referência da concessionária para cobrir o ponto de vista do medidor de faturamento.
Alguns detalhes sobre os bancos de capacitores devem ser observados, pelo fato de que algumas combinações podem apresentar resultados inesperados. Um exemplo bem simples, e quando pensamos que estamos associando capacitores que são alimentados por cabos de cobre que possui característica indutiva, indutor em série com capacitor provoca aumento de tensão, efeito indesejado para o próprio capacitor que pode vir a estourar dependendo do nível de tensão aplicada. É obvio que tudo depende da potência capacitiva instalada e a indutância oferecida pelo condutor; normalmente a indutância oferecida pelo condutor é desprazível, porém quanto maior à distância, maior é a probabilidade de ocorrer o fenômeno. Alguns fabricantes oferecem capacitores com diferentes níveis de tensão para suportarem estes e outros efeitos.
Redes elétricas com alto índice de harmônica possui baixo fator de potência em função do fator de deformação que é calculado pela divisão da corrente fundamental, pelo somatório de todas as correntes harmônicas, vide equação abaixo:

                                                      

O fator de potência diminui em função da queda do fator de deformação. É fácil perceber na fórmula acima que ao usar o FP encontrado multiplicando por um valor menor que um (1), gera o efeito de divisão já que a tendência e diminuir o valor do FP. Seria muito simples resolver este impasse colocando mais estágios no banco de capacitor, porém, essa prática pode não se mostrar eficaz. Normalmente é preciso que bancos de indutores sejam instalados a montante dos capacitores, isso cria uma defasagem de sintonia e pode solucionar o problema. Se forem adicionados os indutores em série com os capacitores para criar a dessintônia, perdemos parte de reatância capacitiva, ou até mesmo gerar elevação da tensão nominal. Em alguns casos um estudo muito aprofundado é de extrema necessidade, e só assim serão definidos os limites de investimento e a tolerância aceitável para o distúrbio. Ao avaliar os impasses, os projetos atuais definem quais circuitos que podem apresentar uma pré-disposição para geração de harmônicas e fazem a separação por meio de transformadores apropriados para tal finalidade, conhecidos com transformador tipo K.




FONTE:

FACULDADE SENAI DE TECNOLOGIA MECATRÔNICA
PÓS-GRADUAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
MONOGRÁFIA - GESTÃO DE ENERGIA ELÉTRICA NA INDÚSTRIA
SÃO CAETANO DO SUL - 2012