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Motores Elétricos e Energia Ativa (EL059)

É de extrema importância para as instalações industriais controlar a energia que realmente é consumida e aproveitada nos diversos processos. O comportamento elétrico de certos dispositivos, como por exemplo os motores elétricos, pode ser responsável por problemas graves de consumo aos quais uma empresa deve estar atenta. Quais são estes problemas e como controlá-los é assunto deste artigo.

Um motor elétrico é basicamente formado por enrolamentos e, portanto, um circuito magnético que apresenta uma certa indutância.

Diferentemente dos circuitos resistivos puros, tais como lâmpadas de filamento (incandescentes), aquecedores etc., um circuito indutivo com propriedades semelhantes às dos motores: absorve dois tipos de energia.

Uma energia é a chamada “ativa", que é aproveitada para exercer um trabalho mecânico, como a movimentação de um conjunto de engrenagens de uma máquina.

A outra energia é a chamada “reativa" e não é aproveitada, servindo apenas para produzir a imantação do material magnético que existe no motor e é responsável pelo seu funcionamento.

As duas energias vêm da rede, que no caso se manifesta na forma de uma corrente alternada de 60 Hz. No entanto, o comportamento do motor é tal que as correntes da energia ativa e reativa não mantêm a mesma fase (figura 1).

 

Figura 1 – Diferenças de fases das correntes
Figura 1 – Diferenças de fases das correntes

 

Enquanto a corrente que corresponde à energia ativa está em fase com a tensão que alimenta o circuito, a corrente reativa está em defasagem de 90 graus.

O resultado é que o motor que opera segundo este princípio, sem nenhum recurso adicional, é percorrido por uma corrente aparente que corresponde à composição vetorial das duas correntes analisadas.

Na realidade, esta corrente não é tão aparente como o nome indica, pois o faturamento de energia de uma empresa que utilize motores é feito em sua função.

Conforme podemos ver pela figura 2, se a componente ativa de um motor for muito grande em relação à componente reativa, a corrente aparente terá um valor muito próximo da componente ativa.

 

Figura 2 – As componente ativa e reativa
Figura 2 – As componente ativa e reativa

 

Podemos dizer que, neste caso, o motor estará aproveitando bem a energia que ele recebe.

Por outro lado, se a componente reativa for muito grande em relação à componente ativa, a corrente aparente será muito maior que a componente ativa, o que significa que estaremos pagando mais do que utilizamos.

Em suma, é importante manter a componente reativa a menor possível, ou o ângulo ? tão próximo de zero quanto seja possível.

Na prática, não falamos realmente em termos de ângulo, mas sim em “fator de potência" que é medido na forma do cosseno do ângulo ?.

COS ? = Iativa/Iaparente

Na teoria, o cosseno de ? pode variar entre 0 e1 (o ângulo varia entre 0 e 90°), mas na prática os valores ficam entre aproximadamente 0° e 80º para o ângulo.

Na prática, devemos manter o cosseno ? o mais próximo de 1 quanto seja possível, para que possamos pagar pela energia que realmente utilizamos.

Uma tabela pode nos dar uma ideia dos diversos valores deste cosseno, e o que ocorre quando estão sendo constatados:

 


 

 

Como corrigir o fator de potência? Os capacitores apresentam uma característica “oposta" à dos indutores, responsáveis pela corrente reativa.

Enquanto os indutores adiantam a corrente em relação à tensão, os capacitores atrasam.

Se num circuito indutivo, colocarmos um capacitor de valor apropriado, a corrente reativa pela qual o capacitor é responsável tende a se opor à corrente reativa do circuito magnético, conforme mostra a figura 3.

 

Figura 3 – Adicionando um capacitor
Figura 3 – Adicionando um capacitor

 

O resultado é uma redução do ângulo ? e consequentemente um aumento do cosseno ?, com aproximação da corrente aparente do valor da corrente ativa, o que melhora o desempenho do sistema.

Os motores comerciais já vêm com capacitores cuidadosamente calculados para fazer esta compensação, mas se por qualquer motivo este capacitor danificar-se, o problema pode aparecer, com um consumo exagerado do motor que se reflete na conta de luz.

Na figura 4 temos um circuito que permite a utilização de um osciloscópio de duplo traço na verificação do fator de potência.

 

Figura 4 – Visualizando no osciloscópio o fator de potência
Figura 4 – Visualizando no osciloscópio o fator de potência

 

Observe a ligação do ponto comum de terra, que deve ser bem feita para se evitar danos ao instrumento ou perigos de choques.

Com este procedimento podemos verificar a defasagem que existe entre a tensão e a corrente, e com isso determinar o fator de potência.

Para os que operam com muitos equipamentos dotados de motores, a utilização de um medidor de fator de potência ou cosseno de é muito mais cômoda.

 

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