Fator de potênciaO fator de potência é uma característica da carga e varia entre 0 e 1.

Um baixo fator de potência é indesejável nas instalações elétricas.

Porquê?

Vamos analisar dois sistemas A e B mostrados na Figura 5, para verificar a influência do fator de potência nas grandezas elétricas de um sistema elétrico.

A Tabela 4.1 mostra as grandezas elétricas calculadas para ambos os sistemas.

  

Table 4.1: Grandezas elétricas dos sistemas A e B.

Consequências:

Observando a Tabela concluímos que um baixo fator de potência traz algumas consequências negativas, tais como:

Solicitação de uma corrente maior para alimentar uma carga com a mesma potência ativa;

Aumento das perdas por efeito Joule; Aumento das quedas de tensão.

O que se deve fazer?

``Corrigir o fator de potência''

Como se faz?

Instalar capacitor em paralelo com a carga (o mais próximo possível), conforme mostra a Figura 6.

Analisando o diagrama fasorial da Figura 6, observamos que a corrente que flui da fonte

para a carga ( ), após a instalação do capacitor, é a soma fasorial da corrente de carga

( ) e a corrente do capacitor ( ).

Como dimensionar o capacitor?

A corrente capacitiva pode ser calculada em função da corrente de carga e dos ângulos de fator de potência antes e após a correção, conforme a Equação 4.15.

 

A reatância capacitiva é calculada pela Equação 4.16:

 

A potência reativa pode ser obtida pela Equação 4.17:

 

Finalmente, a capacitância é calculada pela Equação 4.18:

 

Na prática, tanto a potência reativa como a capacitância podem ser determinada através de tabelas.

A Tabela 3 anexa fornece um multiplicador em função do fator de potência original (cos ) e do fator de potência corrigido (cos ). Assim, a potência reativa do capacitor é

determinada pela Equação 4.19:

 

Tendo-se a potência reativa, em kVAr, a tensão de linha, em V, e a frequência, em Hz, podemos obter a capacitância, em F e a corrente, em A, do capacitor pela Tabela 8 anexa.

Obs.: As Tabelas 3 e 8 serão fornecidas na classe.

VAs, Watts, fator de potência e PFCDicas do Guia do Hardware

Como bem sabemos, o consumo elétrico do PC é medido em watts/hora,

que se acumulam ao longo do mês, formando os kilowatts-hora que

pagamos na conta de luz. Além do consumo em watts temos também o

consumo aparente, medido em VA e o fator de potência, que indica a

diferença entre os dois. Como se não bastasse, temos também o PFC, um

circuito adicional usado para corrigir a diferença. Se você não sabe

explicar a diferença entre watts e VA, e não sabe o qual e a diferença

entre uma fonte de alimentação com e sem PFC, esta dica é para você.

Ao comprar um nobreak (ou um estabilizador), a capacidade é quase sempre informada em VA (Volt-Ampere) e não em watts. Em teoria, um nobreak de 600 VA seria capaz de suportar uma carga de 600 watts, mas na prática ele acaba mal conseguindo manter um PC que consome 400. Se você realmente ligasse um PC que consumisse 600 watts, ele desligaria (ou queimaria!) quase que instantaneamente.

Essa diferença ocorre por que a capacidade em VA é igual ao fornecimento em watts apenas em situações onde são ligados dispositivos com carga 100% resistiva, como é o caso de lâmpadas incandescentes e aquecedores. Sempre que são incluídos componentes indutivos ou capacitivos, como no caso dos PCs e aparelhos eletrônicos em geral, a capacidade em watts é calculada multiplicando a capacidade em VA pelo fator de potência da carga, sendo que a maioria das fontes de alimentação trabalha com fator de potência de 0.65 ou 0.7.

Isso significa que um estabilizador de 600 VA suportaria, em teoria, um PC que consumisse 400 watts, utilizando uma fonte de alimentação com fator de potência de 0.65, por exemplo.

Como é sempre bom trabalhar com uma boa margem de segurança, uma boa regra para calcular a capacidade "real" em watts é dividir a capacidade em VA por 2. Assim, um nobreak de 600 VA suportaria um PC com consumo total de 300 watts com uma boa margem.

É importante não confundir "fator de potência" com "eficiência", que é outra coisa completamente diferente. O fator de potência é simplesmente a diferença entre o consumo aparente (medido em VA) e o consumo real (medido em watts), enquanto a eficiência indica a percentagem de energia que é desperdiçada pela fonte na forma de calor. Uma fonte com eficiência de 66% desperdiça 1 watt de energia para cada 2 watts consumidos pelo PC, enquanto uma fonte com 80% de eficiência desperdiça apenas 1 watts para cada 4 watts consumidos.

De alguns anos para cá, estamos assistindo à popularização das fontes de alimentação com PFC ("Power Factor Correction", ou "correção do fator de potência") que reduz a diferença, fazendo com que o fator de potência seja mais próximo de 1. Na verdade, é impossível que uma fonte trabalhe com fator de potência "1" (o que seria a perfeição), mas algumas fontes com PFC ativo chegam muito perto disso, oferecendo um fator de potência próximo de 0.99.

Usar uma fonte de alimentação com PFC ativo oferece poucas vantagens diretas aqui no Brasil, onde pagamos por watt-hora consumido, independentemente da carga indutiva, mas nos traz algumas vantagens indiretas importantes.

A primeira delas é que ao usar uma fonte com PFC, o consumo em VA fica muito próximo do consumo real, em watts, de forma que você não precisa mais superdimensionar a capacidade do nobreak (caso utilizado), o que pode representar uma boa economia, já que um nobreak de 600 VA custa muito menos do que um de 1.2 kVA, por exemplo. A mesma regra também se aplica aos estabilizadores (caso você ainda utilize um), mas não faz diferença no caso dos filtros de linha, que são dispositivos passivos.

Outra pequena vantagem é que o circuito de PFC isola parcialmente os demais circuitos da fonte da rede elétrica, o que torna a fonte menos susceptível a variações de tensão e reduz a possibilidade de componentes do PC serem queimados por causa de picos de tensão. Ou seja, embora esta não seja sua função, o circuito de PFC acaba servindo como um dispositivo adicional de proteção.

O PFC em si não tem relação direta com a eficiência da fonte, já que consiste apenas em um estágio adicional na entrada do circuito, mas, como se trata de um circuito relativamente caro, os fabricantes, via de regra, aproveitam a inclusão do PFC para melhorar também outros circuitos da fonte, resultando em fontes mais eficientes, ou seja, que desperdiçam menos energia na forma de calor.

A maioria das fontes genéricas trabalham com uma eficiência de 70%, 65% ou, em muitos casos, até mesmo 60%. Isso significa que para cada 100 watts consumidos, a fonte fornece apenas 60, 65 ou 70 watts para o PC, o que é um grande desperdício. Elas, via de regra, também não utilizam PFC, já que ele é um circuito relativamente caro.

Salvo poucas exceções, apenas as fontes com 80% ou mais de eficiência incluem circuitos de PFC, já que o gasto adicional só é justificável em fontes a partir de um certo calibre. Muitos modelos atingem a marca dos 85% de eficiência, o que representa uma economia significativa na conta de luz.