Fator De Potência E Sua Importância, Maquinas 2..docx 6a4p5i

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO NORTE

CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR TRIFÁSICO

JOÃO CÂMARA/RN 2014

TIAGO MARTINS SILVAN SOARES GILBERTO BARBOSA VALESCA TACIELE BRENA COSTA KELLYANE OLIVERA

CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR TRIFÁSICO

Relatório de aula avaliativa da disciplina, Máquinas e Acionamentos Elétricos II do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte, com o objetivo de obtenção de nota parcial para 4º bimestre, 2014.1, do curso Técnico Subsequente em Eletrotécnica. Profº.: Odailson Cavalcante.

JOÃO CÂMARA/RN 2014

1. INTRODUÇÃO

Fator de Potencia é uma questão cada vez mais relevante para projetistas de instalações elétricas, pois um menor consumo e um melhor aproveitamento da energia elétrica é algo que preocupa, não apenas em vista dos impactos econômicos, mas também em vista dos impactos ambientais, ando pela temeridade de um possível apagão (falha com interrupção de fornecimento do sistema de geração e transmissão de energia elétrica). Neste trabalho irei utilizar dos métodos ensinados em sala de aula pelo professor da disciplina de Maquinas e acionamentos II e das informações contidas no fundamento teórico para demonstrar a aplicabilidade da correção do fator de potência. A maioria das unidades consumidoras consome energia reativa indutiva, como motores, transformadores, 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 (W). Potência reativa: Potência usada apenas para criar e manter os campos eletromagnéticos das cargas indutivas. É medida em (VAR). 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. Podemos definir o fator de potência como sendo a relação entre a potência ativa e a potência aparente. Ele indica a eficiência do uso da energia. Um alto fator de potência indica uma eficiência alta e inversamente, um fator de potência baixo indica baixa eficiência.

2. MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS.

Motor Elétrico é uma máquina destinada a transformar energia elétrica em energia mecânica. Assim, ao ligarmos um motor á rede elétrica, ele irá absorver uma dada quantidade de energia elétrica e, em troca, acionará uma carga. Motor de indução é um motor elétrico construído de tal maneira que se têm dois campos magnéticos girantes. Um motor de indução é composto basicamente de duas partes: Estator (parte fixa) e Rotor (Parte móvel). O espaço entre o estator e o rotor é denominado entreferro. O estator constitui a parte estática e o rotor a parte móvel. O estator é composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente para reduzir ao mínimo as perdas por correntes parasitas e histerese. Estas chapas têm o formato de um anel com ranhuras internas (vista frontal) de tal maneira que possam ser alojados enrolamentos, os quais por sua vez, quando em operação, deverão criar um campo magnético no estator. O rotor também é composto de chapas finas de aço magnéticas tratadas termicamente, com o formato também de anel e com os enrolamentos alojados longitudinalmente. Existem dois tipos motores de indução, motor de Indução Gaiola de esquilo, no qual o rotor é composto de barras de material condutor que se localizam em volta do conjunto de chapas do rotor, curto-circuitadas por anéis metálicos nas extremidades e motor de Indução com rotor Bobinado, no qual o rotor é composto de um enrolamento trifásico distribuído em torno do conjunto de chapas do rotor. O motor de indução é o motor de construção mais simples. Estator e rotor são montados solidários, com um eixo comum aos “anéis” que os compõem. O estator é constituído de um enrolamento trifásico distribuído uniformemente em torno do corpo da máquina, para que o fluxo magnético resultante da aplicação de tensão no enrolamento do estator produza uma forma de onda espacialmente senoidal. A onda eletromagnética produzida pelo enrolamento é uma função senoidal do espaço e do tempo.

2.1 TIPOS DE MOTORES TRIFÁSICOS

2.1.1 Motores Trifásicos Assíncronos

Motores trifásicos são motores próprios para serem ligados aos sistemas elétricos de três fases e são os motores de emprego mais amplo na indústria. Oferecem melhores condições de operação do que os motores monofásicos porque não necessitam de auxílio na partida, dão rendimento mais elevado e são encontrados em potências maiores. No estator do motor assíncrono de CA estão alojados três enrolamentos referentes ás três fases. Esses três enrolamentos estão montados com uma defasagem de 120º. Do enrolamento do estator saem os fios para ligação do motor á rede elétrica que podem ser em número de 3, 6, 9 ou 12 pontas. Os motores trifásicos podem ter 2 tipos de rotores: - Rotor tipo gaiola de esquilo ou em curto-circuito, do mesmo tipo usado em motores monofásicos.- Rotor bobinado, não é fechado em curto internamente e tem suas bobinas ligadas ao coletor no qual é possível ligar um reostato, o que permite e regulagem da corrente que circula no rotor. Isso proporciona uma partida suave e diminui o pico de corrente comum nas partidas dos motores.

2.1.2 Motores trifásicos síncronos

Os motores síncronos trifásico são máquinas que promovem uma transformação em energia mecânica da energia elétrica, que lhe é fornecida em corrente alternada trifásica. Nessa conversão há uma razão constante entre a freqüência das forças eletromotrizes induzidas e a velocidade de rotação da máquina: f = p·n. É

um motor

elétrico cuja velocidade de rotação é

proporcional

à frequência da sua alimentação. Este tipo de motores elétricos tem grande aplicação nos acionamentos que se realizam a baixa velocidade, com elevado rendimento, e integrados em instalações elétricas onde, simultaneamente, se pretende compensar o consumo de energia reativa. A principal desvantagem deste tipo de motores elétricos consiste no valor elevado da corrente elétrica que absorvem durante o

arranque, além da necessidade de uma instalação de corrente contínua que assegure a alimentação do circuito indutor da máquina. O motor síncrono trifásico é construído, normalmente, como uma máquina elétrica de polos salientes. O seu circuito magnético tem uma parte estatórica constituída por um empacotamento de chapa magnética, que forma uma coroa circular, ranhurada do lado do entreferro. Na superfície da coroa circular existem furos que depois do empacotamento da chapa formam os canais de ventilação. Nas ranhuras do circuito magnético estatórico são colocadas as bobinas com os condutores do enrolamento trifásico. Estes condutores, que formam o enrolamento induzido da máquina, encontram-se eletricamente isolados, entre si e relativamente à massa de ferro.

2.1.3 Ligação dos motores trifásicos

O motor trifásico tem as bobinas distribuídas no estator e ligadas de modo a formar três circuitos simétricos distintos, chamados de fase de enrolamento. Essas fases são interligadas, formando ligações em estrela [ triângulo [

= 380 V] ou em

= 220 V] para o acoplamento á uma rede trifásica. Para isso,

deve-se levar em conta a tensão na qual irá operar. Na ligação em estrela (380 V) os terminais 4, 5 e 6 são interligados e os terminais 1, 2 e 3 são ligados á rede.

Na ligação em triângulo (220V), o início de uma fase é fechado com o final da outra e essa junção é ligada á rede.

Os motores trifásicos de uma só velocidade podem dispor de 3, 6, 9 ou 12 terminais para a ligação á rede elétrica.

3. FATOR DE POTÊNCIA E SUA IMPORTÂNCIA

É indispensável que uma determinada indústria tire o maior ganho possível por certo custo de energia. Por intermédio do fator de potencia de uma instalação de força e luz é possível saber se ele esta sendo utilizado de forma eficiente para obter maior viabilidade econômica, evitando desperdícios e gastos desnecessários de energia elétrica. Um baixo fator de potência causa grandes problemas a instalação elétrica, como sobrecarga nos cabos e nos transformadores, aumento da queda de tensão, além do aumento da conta de energia elétrica. De acordo com o estabelecido pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), reiterou-se a obrigatoriedade de manter o fator de potência o mais próximo possível da unidade 1,00, tanto pelas concessionárias quanto pelos consumidores, recomendando, ainda, o estabelecimento do limite de referência para o fator de potência indutivo e capacitivo, bem como a forma de avaliação e de critério de faturamento da energia reativa excedente a esse limite. A legislação pertinente, estabelecida pela ANEEL, determina os seguintes aspectos relevantes: Limite mínimo do fator de potência de 0,92; das 6 às 24 horas, o fator de potência deve ser, no mínimo, 0,92 para a energia e demanda de potência reativa indutiva fornecida, e das 24 até as 6 horas no mínimo 0,92 para energia e demanda de potência reativa capacitiva recebida. A ANEEL também determina que a ocorrência de excedente de reativo seja verificado pela concessionária por meio do fator de potência mensal ou do fator de potência horário. O fator de potência mensal é calculado com base nos

valores mensais de energia ativa (“KWh”) e energia reativa (“Kvarh”). O fator de potência horário é calculado com base nos valores de energia ativa (“KWh”) e de energia reativa (“Kvarh”) medidos de hora em hora.

3.1 Fator de Potência dos motores de indução trifásicos

Assim como qualquer carga ligada à rede elétrica, os motores de indução trifásicos possuem um fator de potência característico. A tendência do fator de potência é ser maior à medida que a potência nominal da máquina aumenta. A medida que se aplica carga ao rotor da máquina, a corrente da armadura cresce e a defasagem entre a tensão aplicada nos terminais e a corrente que circula na armadura diminui. Assim, conforme o motor recebe carga, o seu fator de potência aumenta. A tendência de o fator de potência aumentar com o acréscimo da carga no eixo do motor observa-se praticamente em todos os motores trifásicos. Ela é mais acentuada nos motores de pequeníssimas potências e menos acentuada nos motores de maior potência.

Causas do baixo fator de potência: 

Motores superdimensionados ou com pouca carga.



Transformadores operando a vazio ou operando abaixo da potência nominal.



Utilização de grande número motores de pequeno porte.



Instalação de lâmpadas de descargas.



Capacitores ligados permanentemente nas instalações.

Vantagens da correção do fator de potência:

Melhoria da tensão: a corrente reativa aparece somente na reatância indutiva. Como essa corrente é reduzida pelos capacitores, a queda de tensão total é reduzida a um valor igual à corrente do capacitor multiplicada pela reatância. Portanto, é necessário apenas conhecer a potência nominal do capacitor e a reatância do sistema para conhecer a elevação de tensão

ocasionada pelos capacitores, que é na ordem de 4 a 5%. Embora os capacitores

elevem

os

níveis

de

tensão,

é

inviável

instala-los

em

estabelecimentos industriais apenas para esse fim. A melhoria da tensão deve ser considerada um benefício adicional dos capacitores. Redução das perdas: as perdas por RI2 (efeito Joule) variam de 2,5 a 7,5% dos kwh da carga, dependendo das horas de trabalho a plena carga, bitola dos condutores e comprimento dos alimentadores e circuitos de distribuição. As perdas são proporcionais ao quadrado da corrente e, como a corrente é reduzida na razão direta da melhoria do fator de potência , as perdas são inversamente proporcionais ao quadrado do fator de potência. Devido à melhoria dos fatores citados, temos as seguintes vantagens: 

Redução significativa do custo de energia elétrica;



Aumento da eficiência energética da empresa;



Aumento da capacidade dos equipamentos de manobra;



Aumento da vida útil das instalações e equipamentos;



Redução do efeito joule;



Redução da corrente reativa na rede elétrica.

Métodos para melhorar o fator de potência

A compensação da energia reativa em uma instalação deve ser analisada com o devido cuidado, evitando soluções imediatistas que podem conduzir a resultados técnicos e/ou econômicos não satisfatórios. É necessário critério e experiência

para

efetuar

uma

compensação

adequada,

analisando

individualmente os casos, uma vez que não há uma solução padronizada. Em princípio, o aumento do fator de potência pode ser conseguido: 

Por meio do aumento do consumo de energia ativa;



Utilizando máquinas síncronas;



Por meio de capacitores.

4. CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA DE UM MOTOR TRIFÁSICO

Dados do Motor

Um motor de indução trifásico é ligado em regime de 12 horas por dia, de segunda a sexta-feira, durante 20 dias ao mês. De acordo com os dados da placa abaixo, pedem-se:

a) Potência fornecida pela rede. A formula abaixo pode-se encontrar a potência fornecida pela rede.

Pe = Potência Elétrica ɳ = Rendimento Pn = Potência Nominal

b) Consumo de energia mensal.

ε = (12h) x (20 dias/mês) x (2573W) ε = Energia elétrica

ε = 617,52 Kw/h

c) Correção de fator de potência e valor do capacitor comercial. FP atual = 0,81 » Cos-1 0,81 = 36o » tg 36 = 0,73 FP desejado = 0,95 » Cos-1 0,81 = 18o » tg 18 = 0,32 0,73 – 0,32 = 0,41 » Fator Multiplicativo 0,41 x 2573W = 1,05 KVar

De acordo com valores comerciais tendo como referência a tabela da WEG

o

valor

mais

próximo

foi

de

1,0

KVar,

acima

deste

valor

superdimensionaria o banco de capacitores, pois de acordo com o catálogo da WEG o valor acima deste seria 1,5 KVar. Este valor encontrado de 1,05KVar equivale a unidade capacitiva trifásica, se quisermos encontrar o valor dos capacitores individualmente, utiliza-se a seguinte formula:

= Capacitor Pq = Potência reativa f = frequência V = tensão

O valor de 6,4µF encontrado corresponde ao valor de apenas um capacitor.

5. CONCLUSÃO

REFERÊNCIAS

MAMEDE FILHO, João. Manual de equipamentos elétricos. v. 2. 2. ed. LTC. Rio de Janeiro: 1994.