A maioria das cargas de uma indústria em geral, consome energia reativa indutiva, tais como: motores, transformadores, reatores para lâmpadas de descarga, fornos de indução, entre outros. As cargas indutivas necessitam de campo eletromagnético para seu funcionamento, por isso sua operação requer dois tipos de potência:
Potência ativa: potência que efetivamente realiza trabalho gerando calor, luz, movimento, etc. É medida em kW.
Potência Reativa: potência usada apenas para criar e manter os campos eletromagnéticos das cargas indutivas. É medida em kVAr.
Assim, enquanto a potência ativa é sempre consumida na execução de trabalho, a potência reativa, além de não produzir trabalho, circula entre a carga e a fonte de alimentação, ocupando um espaço no sistema elétrico que poderia ser utilizado para fornecer mais energia ativa.
O fator de potência (FP) é a razão entre a potência ativa e a potência aparente. Ele indica um melhor aproveitamento da energia elétrica. Um alto fator de potência indica uma eficiência alta e inversamente, um fator de potência baixo indica baixa eficiência energética. Um triângulo retângulo é frequentemente utilizado para representar as relações entre kW, kVAr e kVA, conforme figura abaixo:
O valor determinado pelo governo para o aproveitamento da energia elétrica foi de noventa e dois por cento (92%) da potência total de uma Empresa, ou seja, apenas oito por cento da energia entregue pela concessionária pode se perder.
Antes de realizar qualquer investimento para Correção de Fator de Potência é necessário a identificação da causa de sua origem.
Apresentamos a seguir as principais causas que originam um Baixo Fator de Potência.
Os motores elétricos consomem praticamente a mesma quantidade de energia reativa, necessária à manutenção do campo magnético, quando operando a vazio ou a plena carga.
Entretanto o mesmo não acontece com a energia ativa, que é diretamente proporcional a carga mecânica aplicada no eixo do motor.
Assim quanto menor a carga mecânica aplicada, menor a energia ativa consumida, consequentemente, menor o Fator de Potência.
Este é um caso equivalente ao anterior, cujas consequências são idênticas.
Geralmente os motores são superdimensionados para as respectivas máquinas sendo, em média, de 70% a 75% da potência nominal do motor, a potência efetivamente exigida pela máquina.
É muito comum o costume da substituição de um motor por outro de maior potência, principalmente nos casos de manutenção para reparos e que, por acomodação, a substituição transitória passa a ser permanente, não se levando em conta que um superdimensionamento provocará baixo Fator de Potência.
Como os motores, os transformadores, quando superdimensionados para a carga a qual estão ligados, consomem uma certa quantidade de energia reativa relativamente grande, quando comparada com a energia ativa, provocando um baixo Fator de Potência.
A potência reativa (KVAr) é aproximadamente, proporcional ao quadrado de tensão aplicada, enquanto a potência ativa praticamente só depende da carga mecânica aplicada no eixo do motor.
Assim sendo, quanto maior a tensão aplicada, além da nominal aos motores de indução, maior será a quantidade de energia reativa consumida e menor o Fator de Potência.
A correção do Fator de Potência deverá ser cuidadosamente analisada e não resolvida de forma simples, podendo isso levar a uma solução técnica e econômica insatisfatória. É preciso critério e experiência para efetuar uma adequada correção, lembrando que cada caso deve ser estudado especificamente.
De um modo geral, quando se pretende corrigir o Fator de Potência de uma instalação surge o problema preliminar de se determinar qual o melhor método a ser adotado.
Independentemente do método a ser adotado o Fator de Potência ideal, tanto para os consumidores como para a concessionária, seria o valor unitário (1,0 ou 100%) que significa a inexistência de Kvar no circuito.
Entretanto, esta condição nem sempre é conveniente e, geralmente não se justifica economicamente. A correção efetuada até o valor de 0,95 ou 95% é considerada suficiente.
O aumento da energia ativa pode ser alcançado quer pela adição de novas cargas com alto Fator de Potência, quer pelo aumento do período de operação das cargas com Fatores de Potência próximos ou iguais a unidade.
Este método é recomendado quando o consumidor tem uma jornada de trabalho fora do período de ponta de carga do sistema elétrico (aproximadamente das 18 às 20 horas).
Além de atender as necessidades da produção industrial, a carga ativa que aumentará o consumo de KW/h deverá ser cuidadosamente escolhida a fim de não aumentar a demanda de potência da indústria.
As correções através de motores síncronos superexcitados, além de corrigir o Fator de Potência, fornecem potência mecânica útil.
Entretanto, devido ao fato de ser um equipamento bastante caro, nem sempre é compensador sobre o ponto de vista econômico, só sendo competitivo em potência superior a 200 cv, e funcionando por grandes períodos (superiores a 8/h por dia).
A potência reativa que um motor síncrono fornece a instalação é função da corrente de excitação e da carga mecânica aplicada no seu eixo. Os tipos de motores síncronos comumente utilizados pelas indústrias são os de Fator de Potência nominal igual a 0,80 a 1,00.
A correção do Fator de Potência através de capacitores estáticos constitui a solução mais prática para as indústrias em geral.
Podem os capacitores, em princípio, serem instalados em quatro pontos distintos do sistema elétrico:
a. – Junto às grandes Cargas indutivas (motores, transformadores, Tc…)
b. – No barramento geral de Baixa Tensão (BT).
c. – Na extremidade dos circuitos alimentadores
d. – Na entrada de energia de Alta Tensão (AT) acima de 1.000 V.
Além da redução da penalidade quando o FP menor que 0,92, a correção Fator de Potência traz os seguintes benefícios: