FATOR DE POTÊNCIA

1.1 O que é Fator de Potência?

Antes de iniciar o estudo sobre Fator de Potência (FP), é necessário rever alguns conceitos fundamentais e muito importantes para a compreensão das causas e efeitos do FP.

 W  Esta é a unidade que representa a energia que está sendo convertida em trabalho no equipamento. É chamada de Potência Ativa ou também de Potência Real.

 VAr  Esta é a unidade que representa a energia que está sendo utilizada para produzir os campos elétrico e magnético necessários para o funcionamento de alguns tipos de cargas como, por exemplo, motores, transformadores, cargas não-lineares, retificadores industriais etc. Também é resultado de cargas onde a corrente é “chaveada” através de transistores, diodos, tiristores, etc. É chamada de Potência Reativa.

 VA  Esta é a unidade da Potência Aparente, que é obtida pela “soma vetorial” das Potências Ativa e Reativa.

Para melhor entender o real significado dessas três potências, faremos a seguinte analogia:

Figura 1 – Analogia da Cerveja

Como pode ser visto na Figura 1, a Potência Ativa (W) representa a porção líquida do copo, ou seja, a parte que realmente será utilizada para matar a sede.

Como na vida nem tudo é perfeito, junto com a cerveja vem uma parte de espuma, representada pela Potência Reativa (VAR). Essa espuma está ocupando lugar no copo, porém não é utilizada para matar a sede.

O conteúdo total do copo representa a Potência Aparente.

Tanto espuma quanto cerveja ocupam espaço no copo, da mesma forma que potência ativa e reativa ocupam a rede elétrica, diminuindo a real capacidade de transmissão de potência ativa da rede, em função de potência reativa ali presente.

Com base nos conceitos básicos apresentados pode se dizer que o Fator de Potência é a grandeza que relaciona a Potência Ativa e a Potência Aparente, conforme é observado na Equação 1, abaixo:

Equação 1 - Fator de Potência

A analogia da cerveja pode ser utilizada para as seguintes conclusões iniciais:

- Quanto menos espuma tiver no copo, haverá mais cerveja. Da mesma maneira, quanto menos Potência Reativa for consumida, maior será o Fator de Potência.

- Se um sistema não consome Potência Reativa, possui um Fator de Potência unitário, ou seja, toda a potência drenada da fonte (rede elétrica) é convertida em trabalho.

Em um mundo ideal, relembrando a analogia da cerveja, VAR deve ser muito pequena (a espuma deve se aproximar de zero) com W e VA praticamente iguais, com menos espuma e mais cerveja. Desta forma há um melhor aproveitamento da capacidade do copo (rede elétrica).

1.2 O que causa baixo Fator de Potência?

Com o entendimento do que é Fator de Potência, pode-se analisar o que causa a redução no seu valor.

Uma vez que Fator de Potência (FP) é definido como sendo a razão entre Potência Ativa e Aparente, conclui-se que FP baixo representa baixo valor de Potência Ativa em relação à Potência Aparente.

A seguir podem ser observados os tipos de cargas que produzem baixos valores de FP:

Tabela 1 - Tipos de Cargas

As cargas acima relacionadas foram divididas em dois blocos devido à forma como a sua Potência Reativa se manifesta e também a forma utilizada para reduzir o seu consumo. As cargas do Bloco 01 são as lineares e as do Bloco 02 as não-lineares.

Primeiramente serão analisadas as cargas do Bloco 01 (lineares), verificando-se seu comportamento quando ligadas à rede elétrica. Essas cargas provocam uma defasagem entre tensão e corrente. Gerando uma parcela de potência ativa e outra reativa, pois há momentos em que a carga consome energia da rede e outros onde “devolve” energia à rede. Essas cargas podem ser classificadas ainda como indutivas ou capacitivas, dependendo de como é a defasagem entre tensão e corrente. Seu fator de potência é cargas distintas são ligadas à rede elétrica, sendo uma puramente resistiva e outra indutiva.

Através do produto da tensão pela corrente, se obtém a Potência Instantânea. O valor médio da potência instantânea é o valor que se converte em trabalho na carga, ou seja, é a Potência Ativa.

Embora determinadas cargas apresentem a mesma Potência Aparente, pode haver uma redução da Potência Ativa da carga indutiva devido à defasagem entre tensão e corrente. Em outras palavras, uma carga produziu menos trabalho que a outra, pois há momentos em que ela “devolve” energia à rede.

Existem basicamente 3 tipos de cargas que podem ser ligadas em uma rede elétrica: cargas resistivas (ex.: ferros de passar roupa, lâmpadas incandescentes, chuveiros), cargas indutivas (ex.: motores, transformadores) e cargas capacitivas (ex.: banco de capacitores, lâmpadas fluorescentes, computadores).

Quando se liga em uma rede uma carga resistiva, a corrente que se circula por essa carga também é alternada e acompanha exatamente a tensão aplicada. Quando se é pico na tensão é pico na corrente e quando é vale na tensão é vale na corrente. Quando isso ocorre diz-se que a tensão e a corrente estão em fase, ou seja, sincronizadas. Logo a defasagem é de zero graus e cosseno de zero é 1. Fator de Potência é 1. Toda carga puramente resistiva possui Fator de Potência 1.

Já uma carga indutiva, ela provoca um atraso da corrente. Ela faz com que, ao ser ligada, a corrente comece a circular apenas quando se completa ¼ de ciclo, 90º, da tensão. Isso ocorre devido a campos magnéticos criados pelos enrolamentos de fios (bobinas) existentes nas cargas indutivas. Nesse caso o cosseno de 90º é zero. Fator de potência é zero. Toda carga puramente indutiva possui Fator de Potência zero.

Em contrapartida, uma carga capacitiva provoca um atraso na tensão. Ela faz com que, ao ser ligada, a tensão só começa a aparecer apenas quando se completa ¼ de ciclo, 90º, da corrente. Isso ocorre devido a campos elétricos criados pelos capacitores existentes nessas cargas. Nesse caso o cosseno de 90º é zero. Fator de potência é zero. Toda carga puramente capacitiva possui Fator de Potência zero.