Valores típicos Fator de potência

Valores típicos Fator de potência

Valores típicos do fator de potência (cosen φ)

Este guia é um recurso indispensável para qualquer pessoa envolvida no projeto, análise ou gerenciamento de sistemas elétricos e de energia. O fator de potência é um dos conceitos fundamentais da engenharia elétrica, e seu entendimento é crucial para garantir a eficiência, estabilidade e qualidade da energia elétrica fornecida ou utilizada nas mais diversas aplicações.

O fator de potência mede a eficiência com que um sistema elétrico transfere energia ativa (útil) em relação à energia aparente (soma da energia ativa e reativa). Um fator de potência baixo pode levar a perdas de energia, ineficiências no uso da energia elétrica e sobrecargas nas redes elétricas. Por outro lado, um fator de potência elevado indica uso eficiente de energia elétrica.

Neste guia, exploraremos uma série de valores típicos de fator de potência para uma ampla gama de equipamentos e sistemas elétricos e eletrônicos. Forneceremos uma visão geral detalhada dos fatores de potência comumente encontrados em diferentes contextos, incluindo motores elétricos, dispositivos eletrônicos, equipamentos industriais e sistemas de energia.

Esses valores típicos de fator de potência são um recurso essencial para engenheiros, técnicos e operadores de sistemas elétricos, permitindo-lhes fazer estimativas precisas do consumo de energia, identificar possíveis ineficiências e planejar estratégias para melhorar a eficiência energética.

Compreender o fator de potência é fundamental para garantir o bom funcionamento dos sistemas elétricos, reduzindo os custos de energia e promovendo a eficiência energética global. Este guia irá fornecer-lhe conhecimentos práticos e uma visão clara dos factores de potência típicos, ajudando-o a tomar decisões informadas na gestão de electricidade.

Valores típicos Fator de potência

O fator de potência (cos φ) de uma carga elétrica é definido como o cosseno do ângulo de deslocamento de fase φ entre a tensão V e a corrente de alimentação I da própria carga em um sistema elétrico de corrente alternada.

Em um sistema elétrico com carga puramente resistiva o deslocamento de fase é zero (cos φ = 1).

 Esta é a situação ideal: a potência aparente VA corresponde à potência ativa W e a potência reativa VAR é zero.

Em um sistema do tipo indutivo (motor elétrico, lâmpada fluorescente, etc.) com cos φ menor que 1, a potência reativa (parasitária) não é zero. Caso atinja valores elevados, deve-se considerar a possibilidade de proceder a uma adequada correção do fator de potência do sistema (os fornecedores de energia elétrica cobram custos adicionais aos clientes de usuários industriais ou comerciais que possuem fator de potência abaixo de um determinado limite - geralmente 0,9, já que isso afeta a eficiência das linhas de transmissão - considerar que com cos φ = 0,7, as perdas no circuito seriam quase o dobro, pois são proporcionais ao quadrado da corrente).

Além disso, todos os componentes do sistema (geradores, cabos, transformadores) devem ser maiores para transportar a maior corrente necessária, com um evidente aumento de custos.    

O fator de potência é medido com um instrumento chamado "Cosphimeter".

Cosfímetro

Valores típicos Fator de potência

Diferença entre potência ativa, reativa e aparente:

Ativo (real): é aquele efetivamente consumido por uma carga – indicado por W;

Reativo: por ser uma energia de troca entre a linha de alimentação e a carga indutiva, não gera consumo - é indicado com VAR;

Aparente: é a soma (em quadratura) entre a potência ativa e reativa – indicada por VA.

Em circuitos puramente resistivos com usuários particulares (lâmpadas incandescentes, aquecedores de água, fornos, etc.), a potência aparente absorvida é toda a potência ativa (cos φ = 1).

Em circuitos com usuários que possuem enrolamentos internos capazes de criar campos magnéticos variáveis ​​(motores, soldadores, fontes de alimentação de lâmpadas fluorescentes, transformadores, etc.), parte da potência absorvida não é utilizada como potência ativa W, mas como potência reativa VAR (cos φ <1).  

Triângulo de poderes

W - potência ativa

VAR - potência reativa

VA - potência aparente

φ - ângulo de mudança de fase

Como corrigir o fator de potência (cos φ tendendo a 1)

O fator de potência (cos φ) das cargas lineares pode ser corrigido através de uma rede passiva de capacitores (capacitores de correção do fator de potência) de forma a ter um valor o mais próximo possível de 1, condição necessária para indicar que toda a energia fornecida pelo fonte é consumida pela carga.

Para corrigir o fator de potência (refasear o sistema), é necessário fornecer energia reativa de sinal oposto (adicionando capacitores que cancelam os efeitos indutivos ou capacitivos da carga).

Os dispositivos para correção do fator de potência (plugues de fase) podem ser colocados em uma posição centralizada do sistema elétrico, espalhados ao longo dele ou inseridos dentro das cargas indutivas individuais. 

Correção do fator de potência

Valores típicos do fator de potência (cos φ)

O fator de potência (cos φ) mede um fenômeno que ocorre quando as cargas não são puramente resistivas (como uma lâmpada ou fogão), mas incluem enrolamentos elétricos ou capacitores.

Essas cargas armazenam energia na forma de campo magnético (no caso de enrolamentos de fios) ou de campo elétrico (para capacitores) e a devolvem ciclicamente a cada meia onda para a rede, sem realmente “consumi-la”.

Uma parte da corrente então passa "para frente e para trás", pode ser medida, mas não contribui realmente para o consumo real em Watts (Active Power W).

É por isso que o consumo real é sempre inferior ao valor em VA (Apparent Power VA).

Há uma mudança de fase entre tensão e corrente que é expressa por um valor chamado cos φ (o cosseno trigonométrico do ângulo entre os vetores de tensão e corrente, chamado pela letra grega φ).

O cos φ ou fator de potência pode variar entre 0 e 1.
A potência ativa (W) é expressa em Watts e é igual a:

Potência Ativa (W) = Potência Aparente (VA) x fator de potência (cos φ) - W = VA x cos φ - onde V e A são os Volts e Amps respectivamente

Valores tipicos

equipamento

Fator de potência cos φ

Motor assíncrono com fator de carga a 0% 0,17
Motor assíncrono com fator de carga a 25% 0,55
Motor assíncrono com fator de carga a 50% 0,73
Motor assíncrono com fator de carga a 75% 0,8
Motor assíncrono com fator de carga a 100% 0,85
Lâmpadas incandescentes 1
Lâmpadas fluorescentes não corrigidas 0,5
Lâmpadas fluorescentes corrigidas por fator de potência 0,93
Lâmpada de descarga 0,4 – 0,6
Fornos de resistência 1
Fornos de indução 0,85
Fornos de perda dielétrica 0,85
Soldador por ponto 0,8 – 0,9
Soldagem a arco alimentada por um grupo estático monofásico 0,5
Soldagem a arco alimentada por um grupo rotativo 0,7 – 0,9
Soldagem a arco alimentada por grupo transformador/retificador 0,7 – 0,8
Fornos de arco 0,8

Fórmulas

V Tensão Volt V
I Atual ampére A
R resistência Ohm W
P Potenza Watt W
Fator de potência mudança de fase n cos φ
P = V x I x cos φ
P = V x I x cos φ x 1,73
Fator de potência =  cosφ =  P ativo = VI cos φ
P aparente VI

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