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FATOR DE POTCNCIA Marc10 Paulo Gretter Junlor prof. Ricardo Radünz Filho Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI aduação Engenharia Elétrica (E 1 6/05/1 1 RESUMO I OF IS Swipe to page Este trabalho nos mostra um problema muito comum nas empresas, o baixo fator de potência, esclarecendo alguns conceitos sobre potência ativa, potência reativa e potência aparente. Mostrando também a leglslação vigente com relação ao fator de potência, e suas conseqüências pela não correção do fator de potência.

A fundamentação teórica se faz necessária para conscientizar da importância desta correção e plicação de bancos de capacitores nas empresas e com isso demonstrar formas de dimensionamentos para evitar gastos desnecessários com multas por consumo de energia reativa. Após ser feito o levantamento dos dados da empresa foi feito o dimensionamento do banco de capacitores para a carga em minucioso, coletando todos os dados necessários para a avaliação, descoberta e correção do problema.

Tenho então como objetivo deste trabalho coletar e analisar os dados da empresa Roterwil Madeiras Ltda ME, que está no mercado a mais de quatro anos, no ramo de pré cortados, fabricando paletes e caixas. Está atuando no 10 e no 20 turno, é atendida pela CELESC, está enquadrada no plano tarifário Horosazonal Verde, trifásico, e posteriormente fazer a devida correção dos problemas encontrados. 2 FATOR DE POTÊNCIA O fator de potência de uma empresa é obtido através da medição da defasagem entre a tensão e a corrente que circulam pelo seu circuito.

Portanto a maior defasagem entre a corrente e a tensão de um circuito é de 900, ou seja, o fator de potencia varia de zero a 1. Se o fator de potência for igual a 1, significa que toda energia que é fornecida é consumida pela carga. 2. 1 POTÊNCIA De acordo com a RESOLUÇÃO DA NO 456, DE 29 DE NOVEMBRO DE 2000, potência é “a quantidade de energia elétrica solicitada na unidade de tempo, expressa em quilowatts (kW)”, refere-se a condição de transformarmos energia elétrica em qualquer outro tipo de energia, e é conhecida pela relação entre a tensão, medlda em Volts (V), e corrente que é medida em Ampéres (A).

A tensão, independente de termos algum aparelho ou máquina em funcionamento, sempre será a mesma, o que vai variar sempre é a corrente, conf nossos equipamentos na motores e transformadores, e cargas capacitivas, no caso das lâmpadas fluorescentes e computadores. Quando ligamos vários motores a um circuito elétrico, ele se torna um circuito altamente indutivo, fazendo com que a corrente fique defasada com relação a tensão do circuito conforme na figura 1 abaixo. picl FIGURA 1 -CIRCUITO ALTAMENTE INDU IVO FONTE: O autor Esta figura nos mostra a curva de corrente defasada em 450 em relação a curva de tensão. O fator de potência de um circulto é dado pelo cosseno do ângulo de defasagem do mesmo, portanto o fator de potência deste circuito é de 0. 71. 2. 2 POTÊNCIA ATIVA, REATIVA E APARENTE Num circuito elétrico temos três tipos de potência, ativa, reativa aparente.

Segundo a RESOLUÇÃO ANEEL NO 456, DE 29 DE NOVEMBRO DE 2000, potência ativa é “aquela que faz o circuito produzir trabalho em um determinado tempo” e potência reativa é “energia elétrica que circula continuamente entre os diversos campos elétricos e magnéticos de um sistema de corrente alternada, sem produzir trabalho, expressa em quilovolt-ampere- reativo-hora (kVArh)”, já a potência aparente por sua vez, é o produto da corrente pela tensão de um circuito, que sempre resultará num valor igual ou superior ao da potência ativa.

A potência reativa de um circuito deve ser a menor possível, ois ao ser devolvida a um sistema causa distorções na forma de onda e por isso ela é cobrada. A potência reativa provêm de equipamentos que necessitam de campos elétricos e magnéticos para o seu funcionamento, com no caso dos motores elétricos e retificadores industriais. Q um número elevado de PAGF3f)FIS esse campo magnético causa uma defasagem na corrente, o que chamamos de energia reativa indutiva. ortanto a energia reativa sempre vai existir num circuito, cabe a nós equilibrarmos o circuito, para que ele não seja nem capacitivo muito menos indutivo. A maioria dos circuitos industriais são ltamente indutivos pela utilização de muitos motores elétricos, fato que pode ser normalizado com a utilização de bancos de capacitores, que são constituídos de vários capacitores e injetam carga capacitiva no circuito elétrico, fazendo a compensação capacitiva necessária. . 3 BAIXO FATOR DE POTÊNCIA Para melhor aproveitarmos a nossa energia, devemos aumentar o nosso fator de potência que de acordo com a RESOLUÇÃO ANEEL NO 456, DE 29 DE NOVEMBRO DE 2000, é “a razão entre a energia elétrica ativa e a raiz quadrada da soma dos quadrados das energias elétricas ativa e reativa, consumidas num mesmo período especificado”.

No caso estudado, vemos que por ser um circuito altamente indutivo podemos solucionar esse problema através da instalação de um banco de capacitares. Esses bancos capacitares automáticos fazem a correção do circuito elétrico compensando a falta de aparelhos capacitivos, aumentando o fator de potência e conseqüentemente eliminando o pagamento de multas por baixo fator de potência.

O baixo fator de potencia não só acarreta no pagamento de multas na fatura de energia elétrica como prejudica também o funcionamento de equipamentos de manobra, aquecimento de condutores elétricos, havendo necessidade de substituí-los or condutores de maiores seções, limitação da capacidade dos transformadores de alimentação, queda e flutuação de tensão nos circuitos de distribuição, entre outros. mpresa, dentre eles, motores superdimensionados para sua necessidade de trabalho, fornos de indução, máquinas de tratamento térmico, máquinas de solda, motores elétricos , quando a um número muito alto destes instalados, etc. 2. 4 BANCO DE CAPACITORES Para corrigirmos o fator de potência de um circuito elétrico devemos aplicar o inverso da energia reativa, ou seja, se possuímos um circuito capacitivo, aplicamos energia reativa ndutiva nele, e se possuirmos um circuito indutivo, aplicamos energia reativa capacitiva.

O caso mais comum é o de circuitos indutivos, e para isso instalamos bancos de capacitores, pois “capacitores são dispositivos, cujo objetivo é introduzir capacitância em um circuito elétrico, compensando o efeito de indução das cargas indutivas” segundo NISKIER (2008, pg. 124). Existem os bancos de capacitares fixos que transferem sempre a mesma carga capacitiva ao sistema, recomendados para cargas indutivas relativamente baixas e para corrigir transformadores que estão operando sem carga, ou com pouca carga.

A figura abaixo mostra o modelo do banco de capacitores fixos. [PiC] FIGURA 2 – BANCO DE CAPACITORES AXO Temos também os bancos de capacitores automátlcos, que através de um controlador micro processado faz a leitura da energia reativa indutiva presente no circuito elétrico e imediatamente faz a compensação mandando a energia reativa capacitiva necessária para normalizar o circuito.

CONTROLADOR DO FATOR DE POTÊNCIA Na figura 3 temos uma foto de um controlador do fator de potência, que recebe as leituras feitas por sensores conectados ao circuito elétrico que fazem a leitura da energia reativa ontida na rede elétrica da empresa e imediatamente aciona os capacitores necessários para fazer a devida correção, fazendo com que haja um equilbrio entre energia reativa e capacitiva. Um controlador lógico programável, é um dispositivo que conta com um microprocessador que desempenha funções de controle através de softwares desenvolvidos pelo usuário, para que atenda a diversos tipos e níveis de complexidade.

Os capacitores que são determinantes nesse processo são componentes eletrônicos que armazenam energia, inserindo na rede elétrica energia capacitiva, equilibrando o sistema, já que ele ica altamente indutivo pela grande quantidade de motores instalados na empresa, com a inserção da energia capacitiva, praticamente toda energia paga é utilizada, o que torna o fator de potência muito próximo a 1 Existem vários tipos de capacitares, de papel, cerâmicos, de vidro e os eletrolíticos.

Os mais usados para este processo são os eletroliticos, é composto por duas folhas de alumínio, separadas por uma camada de óxido de alumínio, enroladas e embebidas em um eletrólito líquido (composto predominantemente de ácido bórico ou borato de sódio), por está configuração interna ele tem formato cilíndrico. ic] FIGURA 4 – BANCO DE CAPACITORES AUTOMÁTICO Na figura 4 vemos um ba tores pronto para ser Segundo a ANEEL (Agencia Nacional de Energia Elétrica), o fator de potência nas unidades consumidoras deve ser o mais próximo possível de 1,0 tendo como mínimo 0,92 que é determinado pelo Artigo no 64 da resolução ANEEL na 456 de 29 de novembro de 2000. Quem descumpre está sujeito a uma espécie de mu ta que leva em consideração o fator de potência medido e a energia consumida ao longo do mês.

Durante o período de 6 horas consecutivas, compreendido, a critério da concessionária, entre 23h e 30min 06h e 30min, apenas os fatores de potência “ft” inferiores a 0,92 capacitivo, verificados em cada intervalo de 1 (uma) hora e durante o período diário complementar ao definido na alínea anterior, apenas os fatores de potência “W’ inferiores a 0,92 indutivo, verificados em cada intervalo de 1 (uma) hora “t” Disponível em: 3 0 PROJETO para fazermos a correção do fator de potência existem vários métodos a serem utilizados, desde a medição através de aparelhos específicos, assim como a análise pela demanda contratada, ou através da analise das ultimas tarifas de energia. Através do estudo tarifário, pode-se constatar que a empresa possui uma demanda contratada de 155 KW e que está apresentando um fator de potência muito baixo, numa média de 0,65 apenas, o que nos lev ue temos que aumentar Lançamentos I Valor em R$ Valor em R$ Demanda contratada fora de horário de ponta 155 KW 1 1 2,528967 II . 941 I Consumo fora de horário de ponta 19451 KW 10,259910 I Consumo horário de ponta 11,523148 15. 055,51 13. 381,39 Consumo 12220 I Consumo energia reativa horário de ponta 1136 KW II ,523142 I I . 30,29 I Consumo energia reativa fora de horário de ponta | 10869 KW ICOSIP 1164,58 I TOTAL I R$ 15. 098,73 0,259910 2. 824,97 TABELA 2 – TARIFA DE ENERGIA REFERENTE A OUTUBRO DE 2010 I ROTERWIL MADEIRAS LTDA ME 112,369612 II . 917,29 12928 | 12928 KW 0,256605 | 1,503778 13. 317,40 12. 806,05 11866 960 KW I I ,503791 II . 443,64 16400 KW I COSIP 1143,00 IRS 11. 269,66 10,256606 | 1. 642,28 Se analisarmos as tabelas acima, vemos que a empresa gastou R$ 6. 641 . 18 nos meses de setembro e outubro de 2010, com o consumo de energia reativa no horário de ponta e fora do horário de ponta. O fator de potência da empresa nestes dois meses fo de 0,65 , conforme consta nas duas tarifas de energia da mesma.

FIGURA 5 – TARIFA DE ENERGIA REFERENTE A SETEMBRO DE 2010 FIGURA 6- TARIFA DE ENERGIA REFERENTE A OUTUBRO DE 2010 Como vemos a energia está sendo mal aproveitada nesta empresa, que está gastando a mais com sua tarifa de energia, portanto temos que melhorar o aproveitamento de energia, como sabemos que nosso circuito é altamente indutivo pela grande quantidade d alados na empresa, Sabendo que a empresa tem 155 KW de demanda e possui um fator de potência médio de 0,65, e que o fator desejado é de 0,92, podemos calcular a potência necessária para o funcionamento correto do banco automático de capacitares. QC = Potência x [ (tan (arccos FP desejado)) (tan (arccos FP atual)) QC 155 x [ (tan (arccos 0,92)) — (tan (arccos 0,65)) 115 war+ Qc— 145 Kvar Como vemos na fórmula acima multiplicamos a potência instalada na empresa, que é dada pela demanda contratada, pela subtração da tangente do arco-cosseno de 0,92, que é o fator de potência desejado, pela tangente do arco-cosseno de 0,65 que é o fator de potência atual da empresa. Ao valor final, soma-se 20% como margem de segurança, para garantirmos que não fique sobrecarregado.

O banco necessário para está empresa é de 145 KVar, que ? controlado por um controlador automático de 12 estágios que faz a leitura da energia reativa presente na rede a cada 15 segundos e faz a correção necessária, através do acionamento dos capacitares. A disposição dos capacitores é feita em forma de pirâmide e em arranjos, com 3 ou mais capacitores a cada estágio, ou seja, começam com os arranjos de menor potência, nos estágios intermediários ficam os arranjos de maior potência, e nos últimos estágios os arranjos de menor potência novamente. Portanto foram utilizados 2 arranjos de 2. 5 KVar, 2 de SKVar, 2 de IOKVar, 2 de 15Kvare4de 20 Kva emente eles farão as PAGF 15