UNIVERSIDADE DO PLANALTO CATARINENSE CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

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1 UNIVERSIDADE DO PLANALTO CATARINENSE CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA PAULA MARX NORA ESTUDO PARA POSSÍVEL ADEQUAÇÃO DO BANCO DE CAPACITORES E DO FATOR DE POTÊNCIA DA INDÚSTRIA MENDES E CIA LTDA. LAGES (SC) 2016

2 PAULA MARX NORA ESTUDO PARA POSÍVEL ADEQUAÇÃO DO BANCO DE CAPACITORES E DO FATOR DE POTÊNCIA DA INDÚSTRIA MENDES E CIA LTDA Estágio Supervisionado submetido à Universidade do Planalto Catarinense para obtenção dos créditos de disciplina com nome equivalente no curso de Engenharia Elétrica. Orientação: Prof. Juan Carlos Guglielmo Benítez. LAGES (SC) 2016

3 PAULA MARX NORA ESTUDO PARA POSSÍVEL ADEQUAÇÃO DO BANCO DE CAPACITORES E DO FATOR DE POTÊNCIA DA INDÚSTRIA MENDES E CIA LTDA Este relatório foi julgado adequado para a obtenção dos créditos da disciplina de Estágio Supervisionado, do 10º semestre, obrigatória para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica da Universidade do Planalto Catarinense. Banca Examindora: Orientador: Conceito:. Prof, Msc. Juan Carlos Guglielmo Benítez. Supervisor de Estágio: Conceito:. Prof, Msc. Carlos Eduardo de Liz. LAGES, 1 DE DEZEMBRO DE 2016

4 AGRADECIMENTOS Agradeço a todos que contribuíram para a realização deste trabalho. Primeiramente gostaria de agradecer a Deus, pelo dom da vida, por sempre estar ao meu lado e colocar pessoas essenciais no meu caminho. Aos meus pais, Marlene e Paulo, por acreditarem no meu esforço, por sempre se dedicarem e me apoiarem nos momentos mais difíceis. A Mendes e Cia Ltda., por ter aberto as portas para que esse estágio pudesse ser realizado, pela confiança, ajuda e dedicação de todos os profissionais para que esse trabalho pudesse ser concretizado, além de todo o conhecimento adquirido. Ao professor Juan, de maneira especial por toda a dedicação e competência nas orientações, e também por ter sempre acreditado no meu potencial e não ter medido esforços para me ajudar. Ao professor Carlos, e aos demais professores, pela ajuda, dedicação e conhecimento repassado, com empenho e profissionalismo. Aos meus amigos, André e Gabriel, por todas as conversas, risadas, conhecimentos compartilhados, e por sempre terem sido fundamentais.

5 RESUMO Nos dias atuais o aumento crescente no preço da energia elétrica vem causando grandes impactos em grandes, médias e pequenas empresas, saber contornar tal impacto é essencial por isso cada vez mais empresários dos mais diversos setores vem buscando a correção do fator de potência, e a implementação de bancos de capacitores. O fator de potência ideal é o unitário, que é o objetivo desse estudo e trabalho, pois o mesmo significa que toda potência drenada da fonte pela carga está sendo transformada em trabalho útil sem perdas. Um fator de potência abaixo de 0,92, estipulado pela ANEEL acarreta em multas, por vezes as multas também são geradas por atrasos na entrada ou saída dos capacitores da rede, em outras palavras pelo atraso em ligar ou desligar o banco de capacitores que corrige o fator de potência. O presente estudo tem como objetivo verificar o consumo de energia elétrica da empresa Mendes e Cia Ltda., localizada em Curitibanos, analisando a possível melhoria do fator de potência para o unitário e compreendendo o sentido da multa aplicada pela concessionária local, apesar do fator de potência estar dentro das normas exigidas por lei. Palavras-chave: Fator de potência. Correção do fator de potência. Banco de capacitores.

6 ABSTRACT Nowadays, the increasing increase in the price of electric energy has caused great impacts on large, medium and small companies, knowing how to circumvent such an impact is essential. Therefore, more and more entrepreneurs from the most diverse sectors have been seeking the correction of the power factor. Implementation of capacitor banks. The ideal power factor is the unitary, which is the purpose of this study and work, since it means that all power drained from the source by the load is being transformed into useful work without losses. A power factor below 0.92 stipulated by ANEEL leads to fines, sometimes the fines are also generated by delays in the input or output of the capacitors of the network, in other words by the delay in turning on or off the bank of capacitors that it corrects The power factor. The objective of this study is to verify the electric energy consumption of the company Mendes e Cia Ltda., Located in Curitibanos, analyzing the possible improvement of the fact of power for the unitary and understanding the direction of the fine applied by the local concessionaire, despite the factor of Power is within the norms required by law. Keywords: Power factor. Power factor correction. Capacitor bank.

7 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica CAFP Controle Automático do Fator de Potência DNAEE Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica FP Fator de Potência P Potência Ativa S Potência Aparente Q Potência Reativa.

8 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO APRESENTAÇÃO DA EMPRESA DEFINIÇÃO DO PROBLEMA JUSTIFICATIVA OBJETIVO GERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS REVISÃO DA LITERATURA CONCEITOS BÁSICOS CONSEQUÊNCIAS DO FATOR DE POTÊCIA BAIXO Perdas na instalação Quedas de tensão Subutilização da capacidade instalada VANTAGENS DA CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA TIPOS DE CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA BANCO DE CAPACITORES AUTOMÁTICO METODOLOGIA DELINEAMENTO DA PESQUISA DEFINIÇÃO DA ÁREA OU POPULAÇÃO ALVO DO ESTUDO PLANO DE INSTRUMENTOS DE COLETA DE DADOS PLANO DE ANÁLISE DE DADOS RESULTADOS CONCLUSÃO REFERÊNCIAS... 26

9 9 1 INTRODUÇÃO O presente trabalho trata da possível melhoria do fator de potência da empresa Mendes e Cia Ltda., este estudo e provável melhoria serão efetuados durante o estágio supervisionado. O aumento crescente no número de estudos relacionados à correção do fator de potência está atrelado ao aumento significativo nas contas de energia elétrica, como também nos problemas acarretados pelo fator de potência nos processos produtivos e comerciais, isso é notável nas obras de (COTRIM, 2003), (HAFTNER; LOPES; LIMA, 2005), e (MARTINS; COUTO; AFONSO, 2003) apud PEREIRA apud et al. (2015). Há várias formas de diminuir as perdas de energia elétrica nas instalações das unidades consumidoras, uma das maneiras mais simples, e de maior custo benefício são os bancos de capacitores. Os capacitores são instalados como fonte de energia reativa, e tem como objetivo corrigir o fator de potência, trazendo consigo diversos benefícios como, por exemplo, melhoria da tensão (FLARYS, 2006). O fator de potência pode variar de zero a um, entre indutivo e capacitivo. Este trabalho tem como objetivo descrever as atividades realizadas no estágio obrigatório do curso de Engenharia Elétrica, realizado entre 15/8/16 e 26/09/16, tendo como carga horária total 180 horas. O mesmo foi efetuado na empresa Mendes e Cia Ltda., situada no município de Curitibanos, sobre supervisão do engenheiro mecatrônico Diego Uncini. As atividades realizadas correlacionam-se com a administração da produção. 1.1 APRESENTAÇÃO DA EMPRESA A empresa Mendes e Cia Ltda., tem como atividade a fabricação de máquinas para madeira e mancais industriais, está estabelecida no município de Curitibanos/ SC, na BR 470, km 249, bairro universitário, possui uma área industrial de quase cinco mil metros quadrados. Sua missão é apresentar soluções diversas em máquinas e componentes industriais, com fiabilidade, para que seja possível o máximo desempenho no processo de produção. A mesma foi fundada em janeiro de 1956 pelos empreendedores Orlando Mendes e Armando Tortato, por mais de 50 anos, foi uma pequena oficina especializada em consertos de máquinas para madeira. Com o passar dos anos conquistou o mercado nacional e internacional, tornando se uma conceituada indústria do setor madeireiro. A Mendes e Cia Ltda., tem como uma de suas prioridades o atendimento rápido e

10 10 eficaz, contanto com uma equipe treinada, para retirar dúvidas, auxiliar na instalação dos equipamentos. Além de possuir estoque de peças para reposição, como também oferece treinamento para a afiação de serras de fita e circulares. Atende todo o mercado da Argentina, Chile, Venezuela, Peru, Guatemala, Bolívia, Paraguai, Honduras, El Salvador, Canadá e África, além de todo o território nacional, sendo destaque em seu meio. A figura 1 representa as instalações físicas da empresa. Figura 1 - Mendes e Cia Ltda. 1.2 DEFINIÇÃO DO PROBLEMA Fonte: MENDES E CIA LTDA. (2016). Atualmente o Brasil está passando por uma crise energética, onde poupar energia é fundamental. A grande maioria das cargas instaladas em unidades que consomem energia elétrica absorve energia reativa, isto devido, precisar criar um campo eletromagnético para o seu perfeito funcionamento, necessitando assim de dois tipos de energia, a ativa e a reativa. Exemplos dessas cargas são motores, transformadores, lâmpadas com reatores entre outros. A energia ativa é transformada em trabalho útil, enquanto a energia reativa não produz trabalho algum, apenas ocupa espaço entre a fonte e carga, espaço este que poderia ser aproveitado para que mais energia ativa fosse fornecida. O fator de potência é a relação entre a energia ativa e a reativa existente em certa instalação de origem elétrica. Valores elevados de fator de potência, próximos ao unitário (1), indicam que o uso de energia reativa está baixo, em relação ao da energia ativa. O contrário acontece com fatores de potência abaixo de 0,92. Dessa forma nasce à pergunta central desse trabalho, é possível adequar o fator de potência para o unitário e gerar economias para a empresa em questão?

11 JUSTIFICATIVA Conforme Braga (2014), atualmente projetistas elétricos e eletrônicos possuem grande preocupação em relação ao fator de potência correto, pois a ele está atrelado o melhor aproveitamento da energia e menor consumo. Durante os quatro anos e meio de estudos dentro da Universidade do Planalto Catarinense muitas matérias abordaram a importância da correção do fator de potência e a significativa redução na conta de luz, pois a não correção gera multa por reativos excedentes. Além de quanto mais próximo do valor unitário (um), o fator de potência estiver melhor será aproveitada a energia. O Decreto nº 479, de 20 de março de 1992, relata a importância e obrigatoriedade de conservar o fator de potência o mais próximo possível do unitário, essa medida deve ser adotada tanto pelos consumidores como pelas concessionárias que fornecem a energia. Também coube ao DNAEE (Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica), hoje ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), o estabelecimento do limite do fator de potência indutivo e capacitivo, como a maneira de avaliar o faturamento da energia reativa excedente (WEG, [s.d]). 1.4 OBJETIVO GERAL Ltda. Estudar e relacionar a possível melhoria no fator de potência da empresa Mendes e Cia 1.5 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Fundamentar conceitualmente fator de potência e sua importância para a indústria. Compreender a circunstância que acarreta na eventual multa pela concessionária local. Verificar possível correção do fator de potência para unitário. Fazer amostragem do fator de potência durante quatro meses. Calcular valor médio da multa paga pela empresa. Averiguar se houve alguma melhoria no fator de potência, e se reduziu a multa.

12 12 2 REVISÃO DA LITERATURA O Fator de Potência (FP) é um indicador de como a energia fornecida pela concessionária esta sendo utilizada. O controle apropriado em instalações consumidoras é muito importante, tanto no aspecto eletroenergético como também no financeiro (SILVA M., 2009). O Fator de Potência acarreta em diversos problemas, como por exemplo, um determinado acréscimo na conta de energia elétrica, que é inversamente proporcional ao valor do mesmo, ou seja, quanto menor for o valor do fator de potência, maior será a multa. Este é verificado pela concessionária por meio de medição apropriada, assim é gerada uma determinada multa quando os valores estão abaixo de 0,92 (92%). É importante que os consumidores de energia elétrica levem a sério o mesmo, pois além de muitas vantagens técnicas, também traz vantagens econômicas, como a redução nos custos finais de produção (GUELFI, 2007). Conforme o Decreto número 479, de 20 de março de 1992, art. 7º todos os concessionários de serviços públicos de energia elétrica e unidades consumidoras tem a obrigação de manter o fator de potência de seus sistemas e suas instalações elétricas o mais próximo possível da unidade, como também ao Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica (DNAEE), atual ANEEL terá a responsabilidade de estabelecer os limites mínimos do fator de potência capacitivo e indutivo referência para o sistema elétrico brasileiro e para as instalações elétricas das unidades consumidoras, como também a forma de medição e o critério de faturamento de energia reativa excedente. A nova legislação modificou alguns aspectos do Decreto de 17 de maio de 1968, como por exemplo, aumentou o limite máximo do fator de potência de 0,85 para 0,92, como também a redução do período da avaliação do fator de potência de mensal para horário. O fator de potência mensal é calculado através dos valores mensais de energia ativa, ou seja, através dos ( kwh ) e da energia reativa ( kvarh ), Já o fator de potência horário é calculado através da energia atva ( kwh ) e energia reativa ( kvarh ), aferidos de hora em hora (FRANCHI, 2014). Além disso, foi definido que no período das 6h da manhã às 24h o fator de potência deve ser no mínimo de 0,92 para a energia e demanda de potência reativa indutiva, e o intervalo das 24h até às 6h o mínimo de 0,92 para energia demandada de potência reativa capacitiva recebida (WEG [s.d]). Segundo Duailibe (2000), o fator é a razão entre a potência ativa e aparente,

13 13 matematicamente pode ser expresso pela equação (1): FP P S Q cos cos( arctg ) P (1) Onde FP é o fator de potência, P é a potência ativa em Watts, S é a potência aparente medida em Volt, Ampère, e Q é a potência reativa e sua unidade de medida é Volt, Ampère reativo. O fator de potência é a porcentagem da potência total fornecida em kva que realmente é transformada em potência ativa (W). Outro conceito importante sobre fator de potência é o triângulo das impedâncias onde é possível obter o cosφ, este representado pela figura 2. Figura 2 - Triângulo de Potências Fonte: RODRIGUES, (2012)...circuitos lineares alimentados por fontes senoidais, o fator de potência é simplesmente definido como cos, onde é o ângulo de defasagem entre tensão e corrente. Para uma carga puramente resistiva, tensão e corrente estão em fase, o que leva a um fator de potência unitário. Neste caso, a potência aparente e ativa são iguais (BUTTENDORFF, [s.d], p.124). 2.1 CONCEITOS BÁSICOS Conforme a legislação brasileira é possível que as concessionárias calculem o custo das faturas de acordo com o consumo em (kwh), demanda (kw), fator de potência ou ainda diferentes tipos de tarifas. Além disso, os consumidores de energia elétrica são classificados

14 14 conforme o nível de tensão em grupo A, ou seja, são aqueles que possuem tensão maior que 23kV, com o nível de tensão de 13,8kV, como por exemplo, industrias, shoppings centers, e alguns edifícios comerciais. Ou podem ser classificados como grupo B, que são os consumidores com tensão menor que 23kV com nível de tensão de (220/127), tais como residências, lojas, agências bancárias, entre outros (CAGNON, 2007). Conforme a Resolução Normativa nº 414/2012 da ANEEL, o consumo de energia elétrica, é a quantidade de potência elétrica gasta em um determinado intervalo de tempo, sua unidade é o quilowatt-hora (kwh), esse valor é alcançado através da potência do equipamento em relação ao tempo em que foi utilizado. Outros dois conceitos interessantes e importantes são: Horário de Ponta: É o período de 3 (três) horas consecutivas exceto sábados, domingos e feriados nacionais, definido pela concessionária, em função das características de seu sistema elétrico. Em algumas modalidades tarifárias, nesse horário a demanda e o consumo de energia elétrica têm preços mais elevados (PROCEL, 2011, p.9). Horário fora de ponta são as outras 21 horas do dia que não estão inclusas no horário de ponta (PROCEL, 2011). De acordo com Duailibe (2000), nos dias atuais muitas das cargas presentes na indústria em geral consomem energia reativa indutiva, por exemplo, motores, transformadores, lâmpadas de descarga, fornos de indução, entre outros. As cargas indutivas necessitam de campo eletromagnético para seu funcionamento, essa é a razão para que seu funcionamento requeira dois tipos de energia: Potência Ativa(W): É aquela que realmente realiza trabalho útil, ou seja, gerando calor, luz, movimento, entre outros, sem que seja necessária a transformação imediata de energia, alguns exemplos de potência ativa são os chuveiros, resistores, aquecedores (FRANCHI, 2014). Potência Reativa (VAr): É a potência utilizada apenas para criar e manter campos eletromagnéticos das cargas indutivas. A mesma é trocada entre o gerador e a carga, sem ser de fato consumida. Alguns exemplos de equipamentos que fazem uso da energia reativa são: Motores de indução, transformadores, máquinas de solda e lâmpadas de descarga (FRANCHI, 2014). Potência Aparente (VA): É a soma vetorial da potência ativa, juntamente com a

15 15 potência reativa, através dessa são feito os dimensionamentos de motores, transformadores entre outros (FRANCHI, 2014). De acordo com Fragoas (2008), embora a energia reativa seja imprescindível para o funcionamento e rotação de determinadas máquinas e no processo de geração de energia, sua utilização deve ser racionalizada, pois acarreta em condutores de maior seção, uma estrutura de rede reforçada, além de ocasionar perdas térmicas por efeito Joule, e quedas de tensão. 2.2 CONSEQUÊNCIAS DO FATOR DE POTÊCIA BAIXO Um fator de potência baixo pode ser acarretado por diversos fatores, tais como, motores superdimensionados, ou seja, aqueles que trabalham com carga pequena para sua potência especificada ou motores trabalhando a vazio (sem carga), lâmpadas de descarga, ou seja, aquelas que possuem reator de baixo fator de potência, ou as de vapores, máquinas de solda entre outros (FRANCHI, 2014). O fator de potência baixo traz consigo diversas consequências, entre elas podemos citar: Perdas na Instalação Essas perdas são consequência das perdas de energia elétrica que acontecem através do efeito Joule, ou seja, calor, e são proporcionais ao quadrado da corrente total. Essa corrente aumenta com o excesso de energia reativa, quanto maior a perda, mais baixo será o fator de potência ocasionado pelo aumento do aquecimento de condutores e equipamentos ligados à rede (SILVA D., 2009) Quedas de Tensão O excesso de energia reativa na rede leva a quedas de tensão elevadas, sendo possível que o fornecimento de energia seja completamente interrompido, devido à sobrecarga em certos elementos da rede. Esse evento pode ocorrer em momentos em que a rede é muito utilizada, sendo outras consequências da queda de tensão a redução da intensidade luminosa das lâmpadas e o aumento da corrente nos motores elétricos (WEG, [s.d]).

16 Subutilização da Capacidade Instalada Quando a energia reativa sobrecarrega uma instalação elétrica, é impossível a utilização plena da mesma, pois o espaço que esta ocupa poderia ser mais bem aproveitado com novas cargas. O capital investido na ampliação das instalações está geralmente relacionado ao transformador e aos sistemas de proteção e comando, pois transportar uma mesma potência com o fator de potência mais baixo significa uma seção maior dos condutores (SILVA D., 2009). Quando há a correção do fator de potência, está já libera capacidade para instalação de novos equipamentos, sem que seja necessária a troca propriamente dita de equipamentos. As principais causas de um fator de potência baixo são motores e/ ou transformadores trabalhando em vazio, ou apenas com pequenas cargas, motores e / ou transformadores trabalhando acima de sua capacidade (superdimensionados), grande quantidade de motores de pequena potência, máquinas de solda, lâmpadas de descarga, fluorescentes, vapor de mercúrio, vapor de sódio sem reatores de alto fator de potência, excesso de energia reativa capacitiva (CODI, 2004). 2.3 VANTAGENS DA CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA Existem diversas vantagens provenientes da correção do fator de potência, entre elas podemos citar, como vantagens para a empresa, a redução significativa no consumo de energia elétrica, e consequentemente em seu valor, aumento da eficiência energética, melhoria da tensão, aumento da capacidade dos equipamentos de manobra, aumento da vida útil das instalações como também dos equipamentos, diminuição do efeito Joule, decrescimento da corrente reativa na rede elétrica (WEG, [s.d]). Além disso, é possível mencionar os benefícios causados nas concessionárias de energia, como por exemplo, a parte de potência reativa passa a não existir mais circulando no sistema de transmissão e distribuição, evita as perdas por efeito Joule, acrescenta a capacidade do sistema de transmissão e distribuição para conduzir o bloco de potência ativa, aumenta a capacidade de geração e consequentemente é possível atender mais consumidores, reduz os custos de geração (FRANCHI, 2014).

17 TIPOS DE CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA A correção do fator de potência em uma instalação deve obedecer a certos critérios e possuir algumas prudências, analise de forma individual de cada caso é fundamental, pois não há uma fórmula pronta para a correção do fator de potência, sendo possível sua correção através do aumento do consumo de energia ativa, com a utilização de máquinas síncronas, ou através de capacitores (FRANCHI, 2014). De acordo com Bardalati (2007) capacitores são dispositivos estáticos, tendo como finalidade introduzir capacitância em um circuito elétrico, dessa forma equilibrando o efeito causado por cargas indutivas. São especificados pela sua potência reativa nominal e podem ser encontrados na forma mono ou trifásica tanto para alta como também para baixa tensão. A instalação dos capacitores pode ser efetuada em paralelo com qualquer carga com baixo fator de potência para que a energia reativa excedente seja amenizada, eles podem ser instalados na entrada ou perto de cargas individuais, para que seja possível amenizar as perdas e elevar a capacidade do sistema (DUAILIBE, 2000). Há cinco formas distintas de fazer a correção do fator de potência através de bancos de capacitores trazendo benefícios como a conservação da energia e a relação custo/beneficio. Correção na entrada de energia de alta tensão: tem como função a correção do fator de potência visto pela concessionária, porém a desvantagem está em todos os problemas ocasionados pelo baixo fator de potência permanecer internamente, além de possuir um custo elevado (SILVA C., 2006). Correção na entrada de energia de baixa tensão: a principal vantagem é a possibilidade de uma correção do fator de potência significativa, geralmente efetuada com bancos de capacitores automáticos. É recomendada para a correção de instalações elétricas com um grande número de cargas com potências diferentes além de regimes de utilização pouco ou nada uniformes, porém a desvantagem está em não haver alívio sensível nos alimentadores de cada equipamento (SILVA C., 2006). Correção por grupos de cargas: esta visa à correção de um setor ou de um pequeno conjunto de máquinas, estas devem ser menores do que 10cv. Sua instalação deve ser realizada junto ao quadro de distribuição que alimenta os mesmos. Sua desvantagem é não diminuir a corrente nos circuitos de alimentação de cada um dos equipamentos (WEG, [s.d).

18 18 Correção localizada: pode ser feita instalando capacitores junto ao equipamento que necessita de correção, tecnicamente está é a melhor solução, pois apresenta como principais vantagens redução das perdas energéticas em toda a instalação, diminui a carga nos circuitos de alimentação dos equipamentos, é possível a utilização de um único sistema de acionamento, tanto para a carga como para o capacitor, além da geração de potência reativa localizada, onde é preciso (SILVA C., 2006). Correção mista: na questão de conservação de energia, esta é a melhor solução, para que a mesma seja efetuada é necessário levar em consideração os seguintes aspectos, instalação de um capacitor fixo diretamente no lado do secundário do transformador, os motores com 10cv o problema é corrigido localmente, exceto os de alta inércia, os motores maiores de 10cv são corrigidos por grupos, redes próprias para iluminação com lâmpadas de descarga, com reatores de baixo fator de potência, é corrigido na entrada da rede (BARDALATI, 2007). 2.5 BANCO DE CAPACITORES AUTOMÁTICO Para que seja possível a operação automática do banco de capacitores é necessária à utilização de equipamentos de manobra, ou seja, contatores controlados por um controlador automático de fator de potência. A figura 3 ilustra a instalação de um banco automático de capacitores.

19 19 Figura 3 - Banco automático de capacitores fabricado nacionalmente. Fonte: DUAILIBE, (2000). O controle automático do fator de potência (CAFP) é um equipamento microprocessado destinado à supervisão e controle do fator de potência (cos φ) em instalações elétricas, através da comutação automática de banco de capacitores. É um equipamento facilmente programável e a interação com o usuário é feita através de um teclado e um mostrador digital que indica todos os parâmetros da rede (tensão, corrente, fator de potência, potência ativa, potência reativa, potência aparente, frequência, harmônicos) (DUAILIBE, 2000).

20 20 3 METODOLOGIA 3.1 DELINEAMENTO DA PESQUISA Para que essa pesquisa pudesse ser realizada, fez-se o uso da pesquisa exploratória através de fontes eletrônicas, como por exemplo, artigos, teses, manuais, dissertações entre outros, com o intuito embasar a pesquisa e o referencial teórico. Também foram averiguadas as normas, resoluções e leis que regem os estudos relacionados com fator de potência, e todo o sistema elétrico brasileiro. Além disso, conforme os objetivos; geral e específicos foi realizado o levantamento da potência total instalada, e a viabilidade da adequação do fator de potência pra unitário, para posterior cálculo. 3.2 DEFINIÇÃO DA ÁREA OU POPULAÇÃO ALVO DO ESTUDO A área que estará envolvida nesse estudo será as instalações elétricas da empresa Mendes e Cia Ltda., através do levantamento de dados pertinentes a adequação do fator de potência. 3.3 PLANO DE INSTRUMENTOS DE COLETA DE DADOS Os dados serão coletados através de pesquisa e levantamento de dados dentro da empresa, além de ser alicerçado com as documentações existentes e as normas técnicas. 3.4 PLANO DE ANÁLISE DE DADOS A obtenção dos dados será através do levantamento de lâmpadas, motores, máquinas de solda, entre outros equipamentos que necessitem de energia reativa, além da análise da fatura da concessionária local. Todas as possibilidades de melhoria do banco de capacitores, como consequência do fator de potência, servirão para a elaboração de um plano de ação que após execução, espera-se conseguir eliminar a multa, e ter melhor aproveitamento da energia.

21 21 4 RESULTADOS A coleta de dados foi efetuada através de uma amostragem da fatura de energia no período de estágio na empresa, além de um mês antes e um mês depois, e de informações de ordem técnica, a fim de relacionar a relação existente entre o benefício e o valor pago em multas por energia reativa. Conforme diversos autores, com ênfase em Duailibe (2000), a instalação de um banco de capacitores é uma das maneiras mais utilizadas e com maior custo benefício para a correção do fator de potência de uma empresa. A empresa Mendes e Cia Ltda., possui uma potência instalada de 86,46 kw e um fator de potência médio de 0,965 atualmente dentro da legislação da ANEEL, porém o objetivo desse trabalho é estudar a possível readequação do fator de potência para o valor unitário, e compreender porque a empresa paga uma pequena multa por energia reativa excedente mesmo estando dentro das normas. A partir desses dados foi possível realizar os cálculos para descobrir o valor adequado do banco de capacitores. Utilizamos a equação (2), para descobrir a potência aparente e posteriormente a equação (4) para a potência reativa. S P cos (2) Substituindo os valores temos a equação (3): 86,46 S kw 89, 5958kVA 0,965 (3) Utilizando a equação (4), podemos descobrir a potência reativa. Q S 2 P 2 (4) Substituindo temos a equação (5). 2 2 Q (89,5958) (86,46) 23, 4963kVAr (5)

22 22 Nas equações acima, temos: S Potência aparente ( kva ) Q Potência reativa ( kvar ) P Potência ativa (W ) Para o completo entendimento pode-se observar a figura 4, que relaciona todas as potências e o fator de potência em um triângulo, conhecido como triângulo das impedâncias. Figura 4 - Triângulo das Impedâncias Fonte: A autora, (2016). É importante salientar que o triângulo das impedâncias é o mesmo triângulo das potências, a única diferença são as unidades de medida. Cujo primeiro é em W, VA, e o segundo em Ohms. A próxima etapa é conhecer a potência reativa para o fator de potência unitário para posterior dimensionamento do banco de capacitores, para isso é necessário realizar os mesmos cálculos feitos anteriormente, porém agora considerando um fator de potência 1. Utilizando a equação (2), e após a substituição obtemos a equação (6): 86,46 S kw 86, 46kVA 1 (6) O próximo passo é o cálculo da potência reativa, com o auxilio da equação (4), e após a substituição dos valores obtemos a equação (7): 2 2 Q (86,46) (86,46) 0kVAr (7) Como sabemos, quando temos um fator de potência unitário toda a potência absorvida da rede elétrica é transformada em trabalho útil, o que seria o ideal.

23 23 equação 8. Agora é possível calcular o valor da potência do banco de capacitores, através da Qcap Q Q' Onde, o Qcap é a potência reativa do banco de capacitores, Q é a potência reativa com o fator de potência em 0,965, e Q' é a potência reativa com fator de potência em 1. Após a substituição dos valores adequados, obtemos a equação (9): Qcap 23, , 4963kVA Para que seja possível a alteração do fator de potência de 0,965 para o valor unitário, será necessário a instalação de um banco de capacitores de 24kVAr, trazendo consigo benefícios como a redução das perdas, e a redução da corrente. Com o intuito de realizar uma amostragem foram coletados dados na empresa em questão dos valores do fator de potência dentro de quatro meses. (8) (9) Mês/Ano Fator de Potência Média Valor Máximo Valor Mínimo jul/16 0,96 ago/16 0,95 set/16 0,97 out/16 0,98 0,965 0,98 0,95 Dentro desses quatro meses a empresa pagou em média 95 reais de multa por reativo excedente, as multas não foram causadas pelo baixo fator de potência e sim por um atraso no relógio do banco de capacitores tornando em alguns momentos o fator de potência mais indutivo ou capacitivo quando o mesmo necessitaria ser ao contrário. Pois a ANEEL estabelece que o fator de potência das unidades consumidoras, deve ser de pelo menos 0,92 capacitivo durante as 6 horas da madrugada e 0,92 indutivo durante as 18 horas restantes. Durante o estágio esse problema já foi resolvido, reduzindo cerca de 68,90% da multa. Como existe o uso do gerador para a carga plena nos dias úteis, não há necessidade de correção do fator de potência quando o mesmo está operando. Por isso é necessário desligar o banco de capacitores quando o gerador estiver funcionando. A instalação de um controlador automático de fator de potência traria consigo inúmeros benefícios, tais como: as medições de corrente e tensão monofásica e trifásica,

24 24 comutação inteligente dos estágios de entrada e saída aumentando a vida útil dos capacitores e contatores, entre outras vantagens.

25 25 5 CONCLUSÃO Através desse relatório foi possível relacionar conceitos aprendidos em sala de aula e a prática. Foi possível identificar a importância da correção do fator de potência, as causas do baixo fator e potência, como corrigi-lo e a importância de se ter um fator de potência próximo ao unitário. Atualmente é possível verificar a importância que a correção do fator de potência vem ganhando dentro das mais diversas indústrias, pois o mesmo resulta em reduções de custos, com isso trazendo maiores economias e como consequência maior lucro. Como atividade futura, faço a sugestão do estudo para implantação de um banco de capacitores automático, devido a todas as vantagens que o mesmo possui como também um melhor controle na supervisão do fator de potência.

26 26 REFERÊNCIAS Agência Nacional de Energia Elétrica - (ANEEL). Resolução ANEEL nº 456. Brasília: ANEEL, p. 62. Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Resolução Normativa Nº 414/2010. BARDALATI, R. Gerenciamento de Enegia na Busca da Eficiência Energética - Um Estudo de Caso f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Elétrica, Universidade São Francisco, Ouro Preto, BRAGA, N. Entenda o Fator de Potência (EL052) Disponível em: Acessado em 28 de agosto de CAGNON. Manual de Orientação aos Consumidores Energia Reativa Excedente f. Disponível em: e.pdf. Acessado em 5 de setembro de 2016 CODI (Comitê de Distribuição de Energia Elétrica) ENERGIA REATIVA EXCEDENTE, DUAILIBE, P. Consultoria para Uso Eficiente de Energia f. Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca, Rio de Janeiro, FLARYS, F. Eletrotécnica Geral. São Paulo: Editora Monole, FRAGOAS. A. G. Estudo de caso do uso de bancos de capacitores em uma rede de distribuição primária indicativos da sua viabilidade econômica. Curso de Engenharia Elétrica. Universidade de São Paulo São Carlos, FRANCHI, C. M. Acionamentos Elétricos. São Paulo: Érica Ltda., GUELFI, R. Análise da Relação entre o Faturamento do Consumo de Energia Elétrica e Demanda de Potência Ativa e Reativa Utilizando Hiperbolóides de Carga e Potência f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Elétrica, Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira, PEREIRA, R. F. et al. Correção do Fator de Potência: Estudo de Viabilidade da Implantação de um Banco Capacitor em uma Empresa de Mineração Localizada em Cataguases - MG. Fortaleza: p. 14 f. PROCEL. Manual de Tarifação da Energia Elétrica f. RODRIGUES, F. J. Correção do Fator de Potência f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Elétrica, Universidade São Francisco, Itatiba, 2012.

27 27 SILVA, C. Correção do Fator de Potência f.Disponivel em: otencia.pdf. Acessado em 30 de agosto de SILVA, D. L. da. Controle de Fator de Potência no Secundário (Lado da Carga) de um Transformador Trifásico f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia de Controle e Automação, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, SILVA, M. C. I. CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA DE CARGAS INDUSTRIAIS COM DINÂMICA RÁPIDA f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Minas Gerais Escola de Engenharia, Belo Horizonte, WEG. Manual para Correção do Fator de Potência. [s.d]. 40 f. Disponivel em: Acessado em 18 de agosto de 2016.