A indústria tem, como principal objetivo, gerar valor para um cliente, conquistando cada vez mais a sua sustentabilidade financeira (eficiência e lucro).
Para isso, são utilizados diversos métodos e dispositivos que favoreçam os seus ganhos e reduzem os desperdícios.
E, sabendo que o consumo de energia elétrica lidera o ranking de custos de uma empresa, diversos artifícios tecnológicos são utilizados para favorecer o cenário de ganhos e redução de desperdícios, como é o caso de inversores de frequência.
Contudo, a forma como a energia elétrica é utilizada também influencia os custos da operação. E é neste contexto que o fator de potência ganha destaque.
Por meio dele, pode-se analisar o aproveitamento de energia elétrica, e quando ignorado e mantido abaixo dos limites estabelecidos pela regulamentação, pode gerar cobranças adicionais para a sua empresa.
Para lhe ajudar a contornar este problema, criamos este texto para ajudá-lo a entender esse indicador.
Por que ele é importante para a indústria? Quais medidas podem melhorar seu desempenho? Entenda melhor o fator de potência a partir de agora.
O que é fator de potência e por que ele importa na indústria?
O fator de potência é um indicador que apresenta a potência que:
- Realiza o trabalho (chamada de potência ativa);
- E a potência total exigida pela rede elétrica (chamada de potência aparente
Outra coisa interessante é deixar claro que seu valor varia de 0 a 1, sendo que quanto mais próximo de 1, melhor é o aproveitamento da potência fornecida.
Para entender essa relação, é importante conhecer três conceitos:
- Potência ativa (kW): energia convertida em trabalho útil.
- Exemplo: movimentar um motor, aquecer um material ou acionar uma máquina.
- Potência reativa (kvar): potência necessária para estabelecer campos magnéticos e elétricos em equipamentos (motores de indução e transformadores).
- Ela não realiza trabalho útil diretamente, mas é necessária para o funcionamento de diversas cargas.
- Potência aparente (kVA): combinação das potências ativa e reativa, representando a demanda total de potência da instalação.
Além disso, em um sistema com formas de onda senoidais, o fator de potência pode ser calculado pela relação:
FP=PS=
- P é a potência ativa;
- S é a potência aparente;
- é o ângulo de defasagem entre tensão e corrente.
Exemplo
Uma instalação que demanda 100 kVA (potência aparente — combinado das potências ativa e reativa) e apresenta fator de potência de 0,80, utiliza 80 kW de potência ativa.
Isso quer dizer que para fornecer essa potência ativa, a rede precisa transportar uma corrente maior do que seria necessária com fator de potência próximo de 1.
Memorizando
Para ajudá-lo a memorizar tudo o que foi dito até então, vamos utilizar o velho conceito da cerveja com espuma.
O que causa o baixo fator de potência nas instalações industriais?
Em ambientes industriais, em diversos equipamentos dependem de campos magnéticos para funcionar, ocorre a causa frequentemente associada ao baixo fator de potência: excesso de potência reativa em relação à potência ativa consumida pela instalação.
Mas, se você quiser saber mais detalhes de quem são os causadores deste efeito, também ajudamos com isso. Entre as principais , causas, estão:
- Motores elétricos operando com pouca carga: motores superdimensionados ou trabalhando abaixo da capacidade nominal;
- Transformadores pouco carregados: mesmo com baixa demanda de potência ativa, podem consumir uma boa parcela de potência reativa, a depender das condições de operação;
- Soldadoras e outras cargas indutivas: determinados equipamentos podem exigir quantidades relevantes de potência reativa.
- Operação variável da planta: mudanças nos turnos, paradas de linhas e desligamentos de máquinas alteram a relação entre potência ativa e reativa.
- Cargas não lineares: inversores, retificadores e outros dispositivos eletrônicos podem introduzir distorções harmônicas que afetam o fator de potência e exigem cuidados específicos na correção.
Corrigindo o fator de potência industrial
O problema foi apresentado, e agora é hora de aprender a corrigi-lo, a fim de melhorar o aproveitamento da infraestrutura e evitar cobranças por excedentes de energia reativa, quando aplicáveis.
1. Instalação de bancos de capacitores
Essa é a opção mais conhecida e mais utilizada. Isso se deve ao fato de que eles fornecem localmente parte da potência reativa necessária às cargas indutivas, fazendo com que seja reduzida a quantidade que precisa ser fornecida pela rede.
Uma estimativa da potência reativa de compensação pode ser obtida por:
Qc=P(1-2)
Em que:
- Qc é a potência reativa necessária para a compensação, em kvar;
- P é a potência ativa da instalação, em kW;
- 1 é o ângulo correspondente ao fator de potência inicial;
- 2 é o ângulo correspondente ao fator de potência desejado.
Mas, não esqueça de considerar o perfil de carga, as variações operacionais, as tolerâncias dos componentes e as condições da rede.
2. Utilização de bancos automáticos de capacitores
Se a demanda varia ao longo do dia, o banco fixo pode não ser a solução mais adequada. Neste caso, a compensação deve atuar de forma inteligente nos períodos de baixa carga.
Por isso, são utilizados bancos automáticos para que seja monitorado o fator de potência e conectado ou desconectado estágios de capacitores conforme a necessidade.
3. Avaliação de harmônicas e filtros elétricos
Harmônicas aparecem em instalações com muitos inversores de frequência, retificadores e fontes chaveadas. Neste cenário, a conexão de capacitores sem uma avaliação prévia pode provocar ressonância elétrica e amplificar determinadas frequências harmônicas.
Nessas situações, pode ser necessário utilizar bancos de capacitores dessintonizados, associados a reatores, ou filtros harmônicos passivos ou ativos.
Os filtros ativos são aqueles que injetam corrente elétrica de compensação para reduzir distorções.
4. Revisão do dimensionamento e da operação dos equipamentos
É impossível deixar de mencionar a relevância do dimensionamento de motores, da importância em evitar que ocorra funcionamento prolongado de equipamentos em vazio e do desligamento de cargas desnecessárias.
Quero monitorar a minha indústria para manter o fator de potência adequado: o que fazer?
Monitorar é algo importante a se fazer, já que diz respeito a um acompanhamento, mesmo que seja relacionado a algo já solucionado.
Então, mesmo que você tenha corrigido o fator de potência, é preciso monitorar o cenário para que ele se mantenha.
Portanto, siga tais práticas:
- Monitore o fator de potência utilizando analisadores de energia e medidores multifuncionais.
- Acompanhe indicadores de energia ativa e reativa, demanda elétrica e distorção harmônica.
- Inspecione periodicamente capacitores, contatores, fusíveis, reatores e sistemas de ventilação dos painéis.
- Se houver mudanças relevantes na operação, lembre-se de revisar o dimensionamento da compensação;
- Integre os dados elétricos a sistemas supervisórios, plataformas de gestão energética ou ferramentas de análise de dados, facilitando a identificação de desvios.
Conclusão
De fato, o fator de potência é indicador de grande importância não só para a eficiência elétrica, mas também para o controle de custos industriais.
Para averiguar a situação da sua empresa quanto a isso, pode-se realizar diversos passos que juntos se complementam.
Entre eles, destacamos a combinação de diagnóstico elétrico, bancos de capacitores corretamente dimensionados, avaliação de harmônicas e monitoramento contínuo.
Desta maneira, é possível corrigir este problema (que pode estar pesando o seu bolso) de forma mais segura e sustentável.
FAQ
- O inversor de frequência é a solução deste problema?
Embora o inversor de frequência reduza o consumo de energia ao ajustar a operação do motor, ele não pode substituir automaticamente um sistema de correção de fator de potência.
