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Eficiência Energética e Qualidade de Energia
Prof. Flávio Moraes
Objetivos
Apresentar conceitos de fator de potência;
Apresentar as consequências do baixo fp no sistema elétrico;
Apresentar técnicas de correção do fp;
Apresentar conceitos sobre qualidade de energia elétrica (QEE);
Sensibilidade das cargas a baixa QEE;
Exercícios.
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Fator de Potência (fp)
Com a mudança das características das cargas ao longo do tempo, em que a eletrônica contribuiu para o desenvolvimento tecnológico dos equipamentos, contribuiu também com algumas desvantagens para o sistema elétrico;
Esses fatores impactam diretamente no fator de potência, podendo este ser capacitivo ou indutivo, na maioria das vezes;
O fp é o resultado da associação das cargas que compõem o sistema elétrico, sendo dependentes de suas características elétrica;
Essas características são as potências ativa (kW), reativa (kVAr) e aparente (kVA);
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Fator de Potência (fp) – Relembrando...
O fator de potência (fp) é definido pela relação trigonométrica da potência ativa (kW), potência reativa (kVAr) e potência aparente (kVA);
Valores altos de fator de potência (~ 1) indicam que está sendo utilizada pouca energia reativa em relação à energia ativa, revelando uso racional de energia elétrica. Em oposição, valores baixos de fator potência (≤ 0,92) indicam que há excesso de energia reativa;
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Fator de Potência (fp)
A eficiência energética das cargas está ligada ao seu fp, quanto maior o fp maior a eficiência energética;
A alta quantidade de reativos influencia no baixo fator de potência, gerando várias consequências ao sistema, por exemplo:
Consumidores atendidos em alta tensão pagam multa por excesso de reativos;
Aumento das perdas energéticas em função da queda de tensão;
Possível superdimensionamento das instalações;
As principais condições que contribuem para um baixo fp são:
Motores funcionando com baixa carga mecânica acoplada, pois a potência reativa absorvida da rede é a mesma quando a plena carga;
Transformadores operando a vazio. Análogo aos motores elétricos;
Motores monofásicos de baixa potência;
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Fator de Potência (fp)
Cagas com características capacitivas como banco de capacitores superdimensionados, linhas de transmissão e cabos elétricos podem contribuir para o baixo fator de potência na rede;
O PRODIST (Procedimento de distribuição) determina os seguintes valores de fp, sendo:
Para unidade consumidora ou conexão entre distribuidoras com tensão inferior a 230 kV, o fator de potência no ponto de conexão deve estar compreendido entre 0,92 e 1,00 indutivo ou capacitivo;
Para unidade consumidora com tensão igual ou superior a 230 kV os padrões deverão seguir o determinado no Procedimento de Rede;
http://www2.aneel.gov.br/arquivos/pdf/modulo8_revisao_5.pdf
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Fator de Potência (fp)
A correção do fator de potência pode ser feito por meio do uso de banco de capacitores, operando de três formas diferentes;
Bancos fixos – São conectados (em paralelo) capacitores de valores fixos diretamente no barramento ou carga;
Bancos semiautomáticos – São ideais para cargas que funcionam de forma constante, onde é feito a programação do horário em que o banco deve ligar e desligar;
Bancos automáticos – Funciona de forma autônoma e independente, sendo inserido ou não no sistema conforme a medição periódica do fp;
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Fator de Potência (fp)
O fator de potência é medido em função da comparação com parâmetros ideais de funcionamento, sendo eles:
Tensões nominais constantes;
Tensões trifásicas equilibradas;
Fator de potência unitário;
Frequência síncrona constante;
Perdas de transmissão e distribuição nulas;
A análise da QEE se baseia em sete aspectos gerais, baseados em uma operação ideal, sendo eles:
Tensão em regime permanente;
Fator de potência;
Harmônicos;
Flutuação de tensão (Flicker);
Variações de tensão de curta duração (VTCD);
Variação de frequência;
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Fator de Potência (fp)
O banco de capacitores deve ser dimensionado afim de se alcançar o fp mínimo desejado, (≥ 0,92) conforme exigência do PRODIST;
Exemplo:
Um motor trifásico de 200kW, alimentada em 480V possui um fp de 0,5. Baseado nestas informações: 
Calcule a potência aparente, reativa e a corrente da carga para o fp = 0,5;
Para um fp = 0,85, calcule a potência aparente, potência reativa do sistema, a potência reativa no capacitor, corrente e o valor da capacitância do conjunto. Calcule também o ganho energético (η) ao melhorar o fator de potência em %.
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Correção de Fator de Potência (fp)
a)
b) 
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Qualidade de Energia Elétrica (QEE)
A QEE está relacionada com qualquer desvio que possa ocorrer na magnitude, forma de onda ou frequência da tensão e/ou corrente elétrica;
A QEE também é influenciada por interrupções de natureza permanente ou transitória, pois afetam a transmissão e distribuição da energia bem como as cargas;
Devido ao crescente uso de dispositivos eletrônicos que possuem chaveamento, como CLPs e inversores, devido suas características não lineares também influenciam na QEE;
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Qualidade de Energia Elétrica (QEE)
Uma carga é dita linear quando a corrente que ela absorve não tem a mesma forma que a tensão que a alimenta. Tipicamente, as cargas que utilizam eletrônica são não lineares;
Para o exemplo acima, só haverá circulação de corrente se a tensão instantânea da fonte for maior que a tensão do capacitor;
A consequência é uma corrente pulsada não senoidal;
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Qualidade de Energia Elétrica (QEE)
A QEE possui influência direta no que diz respeito a Eficiência Energética, principalmente, através do uso da eletrônica de potência;
O uso da eletrônica de potência aumenta a quantidade de harmônicos injetados na rede;
Em contrapartida, a melhoria da qualidade dos materiais utilizados nos equipamentos, como motores elétricos contribuem positivamente para a melhoria da QEE;
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Os fatores que afetam a QEE serão vistos posteriormente em detalhes no assunto distúrbios elétricos;
Eficiência Energética (QEE)
Em 1985 o PROCEL foi instituído pelo Ministério de Minas e Energia para o uso mais eficiente do uso da energia elétrica no Brasil;
Uma das medidas mais importantes foi o Programa Brasileiro de Etiquetagem, sendo classificados por três tipos de etiquetas, sendo eles:
ENCE (Etiqueta Nacional de Conservação de Energia) – Informa sobre a eficiência energética dos equipamentos disponíveis no mercado nacional, com o intuito de estimular o consumidor na adquirir produtos mais econômicos, sendo este concedido pelo INMETRO;
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Eficiência Energética (QEE)
PROCEL (Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica) – Informa ao consumidor que os equipamentos com o selo são mais eficientes energeticamente;
Essa certificação é concedida através de ensaios conforme determinados na lei 10.295/01 e decreto 4.059/01;
Os produtos contemplados com o selo PROCEL são classificados pela faixa “A” da ENCE;
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Eficiência Energética (QEE)
CONPET (Programa Nacional da Racionalização do Uso de Derivados de Petróleo e do Gás Natural) - é utilizado em veículos leves, fornos e fogões a gás e aquecedores de água a gás;
É concedido anualmente pela PETROBRAS;
Segue os mesmos critérios que a ENCE, classifica os modelos, em geral, de “A” (mais eficiente) a “E” (menos eficiente), e fornece outras informações relevantes que podem variar segundo o tipo de produto;
O selo CONPET promoveu uma economia de cerca de 6 milhões de metros cúbicos no consumo de GLP, o que representa 10 milhões de toneladas de CO2 evitado;
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Eficiência Energética (QEE)
A eficiência energética não se restringe apenas a energia elétrica, mas trata do uso eficaz dos váriostipos de fontes utilizadas em nosso dia a dia;
Além da energia elétrica, outros tipos de fontes podem ser o calor, combustíveis, dentre outros;
Ex. 
Uma lâmpada incandescente possui uma eficiência energética de aproximadamente 8%, ou seja, uma lâmpada de 100W produz apenas 8W de energia luminosa, enquanto 92W é perdida na forma de calor. Uma lâmpada fluorescente equivalente, produz aproximadamente 32% de energia luminosa;
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Eficiência Energética (QEE)
Outros meios de uso eficiente da energia são:
O aproveitamento do calor do processo de queima de uma cogeração;
O uso de cortinas de vento em ambientes climatizados;
O uso de carros elétricos ou híbridos;
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Eficiência Energética (QEE)
Alguns modelos de eficiência energética são observados a seguir:
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ILUMINAÇÃO
Uma lâmpada tipo LED de 7W tem o mesmo nível de iluminamento que uma lâmpada incandescente de 60 W, ou seja, economia de 53 Watts por hora ou quase 90% de economia.
Além disto, a vida útil do LED é 50 vezes maior e o calor que é transferido para o ambiente é menor portanto locais climatizados gastarão menos energia para resfriar o ambiente.
MOTORES
Em média, um motor de alto rendimento economiza de 20 a 30% de energia em relação a um motor tradicional.
Além disto, uma boa parte dos motores instalados possui potência maior que a necessária, portanto adequando a potencia do motor, haverá mais economia de energia elétrica
Eficiência Energética (QEE)
Para pensar.....
Caso 1:
Em um prédio de salas comerciais pretende-se utilizar a maior quantidade de luz do dia possível, pois o prédio possui sua fachada de vidros. Para controlar a temperatura, o ambiente terá ar condicionado em todas as salas. Então, pergunta-se:
Quais as medidas podem ser utilizadas para melhorar o consumo energético?
Poderia ser mais eficiente utilizar paletas móveis nas fachadas e aproveitar menos a luz do dias?
A carga térmica do aproveitamento da luz do dia promove maior economia se comparada a carga elétrica dos ares condicionados?
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Eficiência Energética (QEE)
Caso 2:
Mencionou-se que uma boa parte dos motores elétricos instalados possui potência maior que a necessária. Considerando uma grande indústria, pergunta-se:
Porque acontece o superdimensionamento dos motores?
Quais medidas podem ser adotadas para minimizar o desperdício de energia?
Porque é adotada a medida de superdimensionamento dos motores e quais as implicações técnicas e econômicas?
O subdimensionamento de cabos do sistema elétrico pode ser considerada um fator impactante na eficiência do sistema?
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Cogeração de Energia
Geração de energia elétrica com bagaço de cana
https://www.youtube.com/watch?v=J5uTn5HwOqw
Cogeração de energia elétrica da Copasa
https://www.youtube.com/watch?v=aV11aRe7800
Micro Geraçãoa fio d’água
https://www.linkedin.com/feed/update/urn:li:activity:6372985936170487808/?lipi=urn%3Ali%3Apage%3Ad_flagship3_messaging%3B24A5FHh7TkKoFRehd0dkOA%3D%3D
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Exercícios
Em uma instalação industrial, foi conectado um banco de capacitores de 13,75kVAr para compensação do fp, que passou a ser de 0,96. Sendo a potência ativa 30kW, qual era o fator de potência antes da conexão do banco de capacitores?
0,70
0,76
0,78
0,80
0,86
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Potência do sistema com fp=0,96
Potência reativa total do sistema
Potência reativa antes da conexão do BC
Potência aparente antes da inserção do BC
Fp antes do BC
Exercício
Um motor de 6HP, rendimento de 0,8 e fator de potência de 0,6 possui potências elétricas aparente e ativa iguais, respectivamente a: (1HP = 746W) 
5935VA e 9325W
9325 VA e 5595W
5935VA e 4476W
4476VA e 5935W
9325VA e 4476W
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Exercícios
O aproveitamento de qualquer forma de energia rejeitada em um processo pode ser direcionado à geração de energia elétrica, denominado cogeração. Assinale a alternativa que representa um tipo de energia a ser utilizado na cogeração.
O fluxo de vento provocado por um sistema de arrefecimento
Calor utilizado para o derretimento de metais de uma siderúrgica
Queda d’água em várias turbinas em série
Movimentos provocados pelas marés
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Exercícios
A figura mostra um circuito com um inversor trifásico conectado a uma fonte de tensão contínua, sendo seus terminais de saída A, B e C conectados a um sistema elétrico de corrente alternada. A esse respeito, considere as afirmativas abaixo.
I - Só pode haver fluxo de potência ativa da fonte de tensão contínua para o sistema elétrico CA.
II - Para que o inversor funcione adequadamente, o valor de pico das tensões no sistema elétrico CA deve ser maior que o valor da tensão da fonte de tensão contínua.
III - O inversor pode fornecer potência não ativa, proveniente de reativos e harmônicos, para o sistema elétrico CA.
Está correto APENAS o que se afirma em
(A) I (B) II (C) III (D) I e II (E) II e III
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É necessário um potencial maior para que haja condução de corrente.
A potência reativa é uma parcela da potência ativa
Exercícios
Uma dada instalação elétrica com 50 kW de potência possui um fator de potência igual a 0,707. Com o objetivo de elevar esse fator de potência para 0,866, é necessário instalar um banco de capacitores BC cujo valor deverá ser:
A) 32 ≤ BC ≤ 79
B) 25 ≤ BC ≤ 59
C) 22 ≤ BC ≤ 50
D) 21 ≤ BC ≤ 79
E) 21 ≤ BC ≤ 59
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Potência do sistema com fp=0,707
Potência reativa com fp=0,707
Potência do sistema com fp=0,866
Potência reativa com fp=0,866
Q adicionada ao sistema
Q total fornecida pelo sistema
Exercícios
Para corrigir o fator de potência de uma instalação de 0,8 (cosθ1) para 0,9 (cosθ2) necessita-se que seja instalado um banco de capacitores. Considerando que a instalação tem uma potência de 80 kW e sabendo que tgθ1 = 0,75 e tgθ2 = 0,48, a potência reativa do banco de capacitores será de:
A) 21,6 kVAr 
B) 38,4 kVAr 
C) 60,0 kVAr
D) 98,4 kVAr
E) 72,3 kVAr
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Exercícios
Uma carga elétrica é representada por um triângulo da impedância com resistência de 40 Ω e reatância indutiva de 30 Ω.
Sabendo-se que essa carga solicita uma potência ativa de 350 W, a potência aparente, em VA, é de:
A) 187,5
B) 280
C) 425,6
D) 437,5
E) 525
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Z
XL
R
θ
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