Grandezas Elétricas

      A Eficien Energia preparou abaixo um material didático que auxiliará seus clientes, estudantes e outros interessados a entender de forma simples as grandezas elétricas que possuem vínculo direto com os equipamentos ESS e E1 (Enerkeeper). Bem como, os problemas elétricos que as empresas e indústrias encontram usualmente.

GRANDEZAS ELÉTRICAS

PROBLEMAS ELÉTRICOS NAS EMPRESAS

Tensão elétrica

Tensão elétrica é a diferença de potencial entre dois pontos e é medida em Volts (V).
Com exemplo podemos medir 12V entre os pólos de uma bateria, podemos também medir 220V entre os pinos de uma tomada.
Enquanto a bateria apresenta uma tensão contínua, A tensão da tomada se inverte de polaridade 60 vezes por segundo e é chamada, portanto, de tensão alternada de 60Hz. Como mostra a figura abaixo.

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Corrente
Corrente elétrica é o fluxo de elétrons que percorre um circuito elétrico quando este é conectado a uma fonte de tensão elétrica. Sua unidade de medida é o ampére. Sua intensidade varia de acordo com a carga, ou seja, para uma mesma intensidade de tensão, quanto maior a carga, maior a corrente elétrica.
Uma fonte de tensão contínua, como a bateria, provoca uma corrente contínua no circuito, enquanto que, uma fonte de tensão alternada, como a tomada, provoca no circuito uma corrente alternada.

Potência
Potência elétrica é a capacidade de produzir trabalho, em um circuito simples é calculada como sendo um produto da tensão pela corrente (Potência = Tensão x Corrente).
Em um circuito de corrente alternada podemos encontrar 3 tipos de potência: ativa, reativa, total ou aparente.

Potência Ativa
Potência ativa é medida em kW (kilowatts) e é basicamente consumida na parte resistiva dos circuitos elétricos, incluindo-se as resistências naturais dos condutores elétricos.
A potência ativa que é consumida em um determinado tempo nos leva a energia ativa, que é medida em kWh (kilowatts/ hora).

Potência Reativa
Potência reativa é medida em kVAr. É utilizada basicamente para carga nos capacitores e para produção de campos magnéticos nas bobinas dos motores e transformadores.
Como não é propriamente consumida, mas temporariamente utilizada e depois devolvida, as concessionárias de energia elétrica impõe limites a sua utilização. Como capacitores e bobinas se utilizam da potência reativa em tempos inversos, usa-se acrescentar capacitores nas instalações elétricas onde há bobinas, para que troquem potência reativa entre si, melhorando assim o fator de potência e evitando-se multas por parte da concessionária.

Potência Total ou Aparente
Potência total ou aparente é medida em kVA (kilo Volt Ampére). É a soma vetorial das potências ativa (kW) e reativa (kVAr). Como mostra a figura abaixo.

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Tendo como analogia um copo de chopp podemos visualizar a potência total. O líquido do chopp é representado pela potência ativa e a espuma a potência reativa em kVAr, a soma dos dois representaria a potência total ou aparente.
Seguindo a mesma lógica, é importante manter os níveis de circulação de potência reativa nas instalações o mais baixo possível, para que permaneça mais espaço para a circulação de potência ativa. Desta forma, quanto mais próximos os valores de potência ativa e da potência total, a instalação de apresentará mais eficiente e com menos perdas.

Fator de Potência
Fator de Potência é a relação entre a potência ativa em kW e a potência total ou aparente em kVA. Pode ser medida através de um indicador de fator de potência ou indicador de cosseno Fi.
Como a potência reativa não é propriamente consumida, mas utilizada e depois devolvida, as concessionárias impõe limitações ao seu uso.
Atualmente a exigência é de que o fator de potência tenha o valor mínimo de 0,92, valores abaixo disso incorrem em multas por excedente reativo. Este valor de 0,92 significa na pratica um consumo mínimo de 92% de potência ativa no consumo total da instalação.
A forma mais usual de melhoria de fator de potência é a instalação de capacitores. Como capacitores de bobinas se utilizam da potência reativa em tempos inversos eles trocam de potência reativa entre si. A potência reativa então trocada entre eles não será mais consumida da concessionária. Desta forma, podem-se acrescentar capacitores até que o nível de fator de potência atinja o valor desejado. Para acompanhar a variação de cargas indutivas em uma instalação, usa-se instalar bancos de capacitores automáticos para correção do fator de potência.

Defasagem
A análise de circuitos em corrente alternada é fundamental, visto que os sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica operam com tensão alternada na freqüência de 60 Hz.
A potência instantânea continua sendo o produto da tensão pela corrente no elemento de circuito. No entanto, se a carga não for resistiva pura, então entre a tensão e corrente haverá uma defasagem, o que implicará num fator de potência diferente da unidade. Isto quer dizer que a potência efetivamente transformada em trabalho pela carga não é igual à potência aparente fornecida pela fonte de energia elétrica, ou seja, a defasagem é o ângulo entre a tensão e a corrente.

Fluxo Magnético
As linhas de fluxo de um campo magnético são coletivamente chamadas fluxo magnético, para o qual se usa o símbolo , a letra grega Phi. A unidade de fluxo magnético (ou fluxo de indução magnética) no Sistema Internacional de Unidades (SIU) é o weber (wb).

Indução Magnética ou Densidade do Fluxo Magnético (B)
É o número de linhas de fluxo por unidade de área que permeiam o campo magnético. É uma quantidade vetorial, sendo a sua direção em qualquer ponto do campo magnético a direção do campo naquele ponto.

PROBLEMAS ELÉTRICOS NAS EMPRESAS

Impedâncias
Impedância em circuitos elétricos não é um fator, mas é expressa como um número complexo, possuindo uma parte real, equivalente a resistência R, e uma parte imaginária, dada pela reatância X.
A impedância também é expressa em ohms e designada pelo símbolo Z. Indica a oposição total que um circuito oferece ao fluxo de uma corrente elétrica variável no tempo.

Harmônicas

Harmônicas são ondas elétricas de freqüências múltiplas da freqüência fundamental de 60Hz . Conforme figura:

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São produzidas de forma contínua pelas cargas não lineares, como por exemplo: cargas indutivas, equipamentos eletro-eletrônicos, chaves de partidas, no-breakes, acionamentos estáticos, fornos a arco, máquinas de solda, fontes chaveadas, etc. As harmônicas que trazem as piores conseqüências são as ímpares de 3º e 5º ordem (180 e 300Hz respectivamente).
As ondas harmônicas se somam a onda fundamental de 60Hz, resultando em uma onda distorcida. As conseqüências para os equipamentos são: redução sensível da vida útil, operação falsa de proteções e erros em medições, erros de operação e comutação nos equipamentos que usam a freqüência fundamental de 60Hz como referência, assim PLC , posicionadores, acionadores, apresentam erros de operação devido as múltiplas passagem da onda pelo zero.
As alterações de freqüência elétrica, causam alterações da freqüência mecânica nas máquinas levando ao desgaste prematuro de rolamentos e do sistema mecânico.
Os capacitores eventualmente instalados para a correção do Fator de Potência não causam harmônicas, mas podem amplificá-las por interação junto as cargas indutivas. A este fenômeno se dá o nome de ressonância harmônica ou ressonância paralela.

Potência Reativa

Potência Reativa é medida em kVAr. É utilizada basicamente para carga nos capacitores e para produção de campos magnéticos nas bobinas dos motores e transformadores.
Como não é propriamente consumida, mas temporariamente utilizada e depois devolvida, as concessionárias de energia elétrica impõe limites a sua utilização. Como capacitores e bobinas se utilizam da potência reativa em tempos inversos, usa-se acrescentar capacitores nas instalações elétricas onde há bobinas, para que troquem potência reativa entre si, melhorando assim o fator de potência e evitado-se multas por parte da concessionária.

Fator de Potência
Cargas resistivas mantêm a corrente em fase com a tensão que a produziu. Cargas indutivas, no entanto, atrasam a corrente em relação a tensão. Neste caso há além do consumo de potência ativa, devido a resistência dos condutores, o consumo da potência reativa, utilizada nos campos magnéticos da bobinas.
A potência reativa uma vez que não é consumida, retorna a fonte. Desta forma circula cíclica e continuamente pelas instalações, as conseqüências são: subutilização ou sobrecarga da instalação devido ao espaço ocupado pela potência reativa, perdas por aquecimento ou efeito joule, quedas de tensão devido a sobrecarga nos cabos e multas das concessionárias por excedente reativo, quando o fator de potência fica abaixo de 0,92.
A solução normalmente adotada é a instalação de bancos de capacitores próximos a fonte. Soluciona-se desta forma o problema com as concessionárias, no entanto como a potência reativa continua a circular entre as cargas e o banco de capacitores, o problema em si não foi solucionado.

A Eficien propõe como solução o equipamento ESS, o qual proporciona a correção pontual do fator de potência junto aos quadros de comando, desta forma, a instalação é beneficiada como um todo.

Surtos Transientes de Tensão
Os Surtos Transientes de Tensão caracterizam-se por elevações bruscas de tensão da ordem de 1.000 a 6.000V e duração de milésimos de segundo. Fluem para as máquinas e equipamentos eletrônicos, através das instalações e painéis de forma contínua e constante.
São provocados entre outros, por descargas atmosféricas à distância, comutação de chaves e partidas de motores e exercem efeitos negativos, ao provocar um súbito aumento da corrente. Particularmente Surtos Transientes de Tensão podem causar danos fatais em equipamentos e aparelhos, computadores, lâmpadas, motores e nos sistemas elétricos devido a sobre corrente e falhas de isolação.
Considera-se que mais de 80% dos defeitos não identificados se devem a ação dos Surtos Transientes de Tensão.

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