Correção prática do fator de potência

Quando surge a necessidade de corrigir o fator de potência pobre em um sistema de energia CA, você provavelmente não terá o luxo de saber a indutância exata da carga em henrys para usar em seus cálculos.

Você pode ter a sorte de ter um instrumento chamado medidor do fator de potência para dizer qual é o fator de potência (um número entre 0 e 1) e a potência aparente (que pode ser calculada tomando a leitura de um voltímetro em volts e multiplicando por uma leitura de amperímetro em amperes).

Em circunstâncias menos favoráveis, você pode ter que usar um osciloscópio para comparar as formas de onda de tensão e corrente, medindo a mudança de fase em graus e calcular o fator de potência pelo cosseno dessa mudança de fase.

Muito provavelmente, você terá acesso a um wattímetro para medir a potência real, cuja leitura você pode comparar com um cálculo de potência aparente (a partir da multiplicação das medições de tensão total e corrente total). A partir dos valores de potência real e aparente, você pode determinar a potência reativa e o fator de potência.

Exemplo de problema

Vamos fazer um exemplo de problema para ver como isso funciona:(Figura abaixo)

Wattímetro lê a potência real; o produto das leituras do voltímetro e do amperímetro produz potência aparente.

Como calcular a potência aparente em kVA

Primeiro, precisamos calcular a potência aparente em kVA. Podemos fazer isso multiplicando a tensão de carga pela corrente de carga:







Como podemos ver, 2,308 kVA é um valor muito maior do que 1,5 kW, o que nos diz que o fator de potência neste circuito é bastante pobre (substancialmente menor que 1). Agora, calculamos o fator de potência desta carga, dividindo a potência real pela potência aparente:







Usando este valor para o fator de potência, podemos desenhar um triângulo de potência, e a partir dele determinar a potência reativa desta carga:(Figura abaixo)

A potência reativa pode ser calculada a partir da potência real e da potência aparente.

Como usar o teorema de Pitágoras para determinar a quantidade de triângulo desconhecida

Para determinar a quantidade de triângulo desconhecida (potência reativa), usamos o Teorema de Pitágoras "para trás", dado o comprimento da hipotenusa (potência aparente) e o comprimento do lado adjacente (potência real):

Como corrigir o fator de potência com um capacitor

Se esta carga for um motor elétrico ou qualquer outra carga CA industrial, ela terá um fator de potência retardado (indutivo), o que significa que teremos que corrigi-lo com um capacitor de tamanho apropriado, conectado em paralelo.

Agora que sabemos a quantidade de potência reativa (1,754 kVAR), podemos calcular o tamanho do capacitor necessário para neutralizar seus efeitos:







Arredondando essa resposta para 80 µF, podemos colocar esse tamanho do capacitor no circuito e calcular os resultados:(Figura abaixo)

O capacitor paralelo corrige a carga retardada (indutiva).



Um capacitor de 80 µF terá uma reatância capacitiva de 33,157 Ω, dando uma corrente de 7,238 amperes, e uma potência reativa correspondente de 1,737 kVAR (para o capacitor apenas ) Uma vez que a corrente do capacitor é 180 ^o fora de fase da contribuição indutiva da carga para o consumo de corrente, a potência reativa do capacitor irá subtrair diretamente da potência reativa da carga, resultando em:



Esta correção, é claro, não mudará a quantidade de energia real consumida pela carga, mas resultará em uma redução substancial da energia aparente e da corrente total retirada da fonte de 240 Volt:(Figura abaixo)

Triângulo de potência antes e depois da correção do capacitor.



A nova potência aparente pode ser encontrada a partir dos verdadeiros e novos valores de potência reativa, usando a forma padrão do Teorema de Pitágoras:



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