Elétrica

Como corrigir fator de potência de um motor na prática

Mardey Costa
Escrito por Mardey Costa em 31/05/2022
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Você sabe como corrigir fator de potência de um motor elétrico na prática?

Neste artigo, vamos explicar como corrigir o fator de potência de 0,75 de motor elétrico para 0 fator de potência de 0,92.

E também vamos determinar a potência reativa e qual o tamanho ideal do capacitor para este motor.

Portanto, se você quer aprender mais sobre esse assunto, então continue lendo esse artigo. Nele você vai aprender mais sobre:

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Como corrigir fator de potência de um motor

No artigo anterior nós já explicamos para que serve a correção do fator de potência.

E quais são os principais riscos principalmente para a indústria, caso ele não seja monitorado e corrigido corretamente.

Agora o nosso próximo passo é ensinar como calcular e corrigir o fator de potência.

Então se você tiver interesse então acesse o artigo acima para saber mais.

Por isso, vamos conferir o seguinte exemplo abaixo.

Como corrigir o fator de potência

Neste caso, vamos usar o exemplo abaixo onde temos um um motor elétrico de 10 CV de potência mecânica.

Sendo que este motor está com um fator de potência de 0,75.

E está apresentando um rendimento de 90% sendo alimentado com uma tensão elétrica a partir da rede de 220 Vef.

Mas qual seria o capacitor ideal que deve ser conectado em paralelo ao motor para corrigir o fator de potência para 0,92, segundo as normas brasileiras.

Como calcular e corrigir o fator de potência

Neste caso, vamos definir três objetivos principais para este artigo, que será:

  • Corrigir o fator de potência para 0,92.
  • Determinar a potência reativa.
  • Calcular o tamanho do capacitor.

Por isso, o nosso primeiro passo será começar a calcular a potência ativa, a potência reativa e aparente do motor, confira abaixo.

Como corrigir fator de potência de um motor elétrico

Por isso, o nosso primeiro passo será começar a calcular a potência ativa, a potência reativa e aparente do motor do motor antes da correção do fator de potência, confira abaixo.

Passo 1: Potência ativa do motor

Para calcular a potência ativa do motor é importante destacar que foi informado acima que o motor possui 10 CV de potência mecânica.

Neste caso, é importante destacar que 1 CV equivale a 736 W de potência, então confira os cálculos abaixo:

  • Pmec = 736 * 10
  • Pmec = 7360 W

No cálculo acima é possível verificar que 10 CV de potência mecânica será igual a 7360 W.

Mas conforme indicado acima, o nosso motor está operando com rendimento máximo de 90%.

Por isso, vamos calcular a potência elétrica com base nesse rendimento do motor, então confira o cálculo abaixo.

  • η(%) = (Pmec / Pelétrica) * 100
  • Pelétrica = (Pmec / η(%) * 100
  • Pelétrica = (7360 / 90) * 100
  • Pelétrica = 8177,8 W

No cálculo acima, é possível  destacar que o valor da potência ativa do motor será de 8177,8 W.

Mas agora o nosso próximo passo é encontrar o valor da potência aparente do motor, confira abaixo.

Passo 2: Potência aparente do motor

No passo anterior, nós encontramos o valor da potência ativa do motor.

E agora estamos em busca do valor da potência aparente e da potência reativa do motor.

Neste caso, como já sabemos o valor da potência ativa do motor é de 8177,8 W e o fator de potência atual é de 0,75.

Então basta usar a fórmula do fator de potência abaixo para encontrar a potência aparente, confira.

  • FP = P / S
  • S = 8177,8 / 0,75
  • S = 10903,7 VA

Depois de fazer o cálculo acima, é possível visualizar que a potência aparente do motor elétrico é de 10903,7 VA.

Agora nosso próximo passo é encontrar o valor da potência reativa nesse motor, confira.

Passo 3:  Potência reativa do motor

Nos passa a passo anterior, nós já encontramos o valor da potência ativa do motor que é de 8177, 8 W.

E também descobrimos que a potência aparente é de 10903,7 VA.

Então basta usar a fórmula do fator de potência abaixo para encontrar a potência reativa, confira.

  • Q = S * senφ

Mas antes de calcular a fórmula acima, é importante calcular o ângulo do fator de potência (0,75), que foi dado no enunciado da questão, confira abaixo.

  • φ =  cos-1(0,75)
  • φ = 41,41°

Para encontrar o ângulo acima do fator de potência, basta calcular o inverso do cosseno do fator de potência que é 0,75.

Então depois de encontrarmos o ângulo de 41,41°, vamos continuar o cálculo abaixo, confira.

  • Q = S * senφ
  • Q = 10903,7 * sen(41,41°)
  • Q = 10903,7 * 0,66144277433
  • Q = 7212,1 VAr

Depois de calcular o ângulo, basta inserir os valores na fórmula usada para calcular o fator de potência.

E fazendo a substituição dos valores na fórmula, encontramos o valor da potência reativa do motor no valor de 7212,1 VAr.

Confira abaixo como ficou o triângulo das potências do motor antes de corrigir o fator de potência.

Passo 4: Triângulo das potências antes de corrigir fator de potência

Na imagem abaixo é possível visualizar o triângulo das potências do motor antes de aplicar a correção do fator de potência, confira abaixo.

Triângulo das potências antes de corrigir fator de potência

Na imagem acima temos o triângulo de potências do motor com fator de potência de 0,75.

Agora o nosso próximo passo é corrigir o fator de potência de 0,75 para o fator de potência desejado que é 0,92, confira abaixo.

Como corrigir fator de potência para 0,92

Para corrigir o fator de potência atual de 0,75 para o fator desejado que é 0,92.

Nós também vamos calcular a potência ativa, a potência reativa e a potência aparente corrigida.

E nosso primeiro passo será calcular o valor da potência aparente, confira abaixo.

Passo 1: Potência aparente corrigida

No início desse artigo, nós calculamos que para alimentar uma carga de  8177,8 W com um fator de potência de 0,75 são necessários 10903,7 VA.

Neste caso, para a mesma carga de 8177,8 W, mas com fator de potência igual a 0,92, qual será o valor da potência aparente.

Então basta usar a fórmula do fator de potência abaixo para encontrar a potência aparente, confira.

  • FP = P / S
  • S = 8177,8 / 0,92
  • S = 8888,9 VA

Na fórmula acima, foi feita a substituição do valor da potência ativa de 8177,8 W, e do fator de potência desejado de 0,92.

Depois de fazer o cálculo acima, é possível visualizar que para alimentar uma carga de 8177,8 W com fator de potência a 0,92 são necessários 8888,9 VA.

Agora nosso próximo passo é encontrar o valor da potência reativa com base no novo fator de potência desejado.

Passo 2: Potência reativa corrigida

No passo a passo anterior é possível visualizar que para alimentar uma carga de 8177,8 W com fator de potência a 0,92 são necessários 8888,9 VA.

Agora que já temos o valor da potência aparente, nos resta agora calcular o valor da potência reativa.

Neste caso, basta usar a fórmula do fator de potência abaixo para encontrar a potência reativa que usamos anteriormente, confira.

  • Q = S * senφ

Mas antes de calcular a fórmula acima, é importante calcular o ângulo do fator de potência (0,92), que foi dado no enunciado da questão, confira abaixo.

  • φ =  cos-1(0,92)
  • φ = 23,07°

Para encontrar o ângulo acima do fator de potência, basta calcular o inverso do cosseno do fator de potência que é 0,92 como também já fizemos nos exemplos anteriores.

Então depois de encontrarmos o ângulo de 23,07°, vamos continuar o cálculo abaixo, confira.

  • Q = S * senφ
  • Q = 8888,9 * sen(23,07°)
  • Q = 8888,9 * 0,39185544543
  • Q = 3483,2 VAr

Observe que usando a fórmula da potência reativa, foi realizada a substituição dos valores da potência aparente e o seno do ângulo.

E neste caso, descobrimos que a potência reativa do motor corrigida para 0,92 será de  valor de 3483,2 VAr.

Para facilitar o entendimento, confira a comparação entre o triângulo de potências antes e depois de corrigir o fator de potência.

Passo 3: Triângulo de potências antes e depois de corrigir fator de potência

Confira abaixo como ficou o triângulo das potências antes e depois da correção do fator de potência.

Antes e depois de corrigir fator de potência

Se você observar mais atentamente é possível notar que houve uma redução significativa nos valores da potência reativa e aparente.

Ou seja, quando o fator de potência é corrigido conforme a legislação brasileira.

Então a empresa passa a utilizar energia da forma mais eficiente e econômica. 

Mas antes de finalizar este artigo sobre corrigir fator de potência.

Qual seria o tamanho do capacitor ideal a ser usado para corrigir o fator de potência, é o que vamos explicar agora.

Como calcular a potência reativa armazenada no capacitor e corrigir fator de potência

Ao calcular e corrigir fator de potência, é importante destacar que o nosso objetivo principal é reduzir a quantidade de potência reativa gerada pelo motor.

Neste caso, uma das formas mais utilizadas para resolver esse tipo de problema e corrigir o fator de potência, será armazenando parte da potência reativa do motor.

Ou seja, para corrigir o problema do nosso motor, o ideal seria instalar capacitores para correção do fator de potência.

Quantidade de potência reativa

Ao observar o triângulo das potências acima, podemos verificar que sem a correção ou com fator de potência de 0,75 a potência reativa é igual a 7212,1 VAr.

Mas após corrigir fator de potência para 0,92, então a potência reativa será reduzida para 3483,2 VAr.

Mas qual seria o valor da potência reativa excedente que será armazenada no capacitor, é o que vamos aprender agora.

Como calcular a potência reativa excedente

Fazendo o seguinte cálculo abaixo através da diminuição entre a potência reativa anterior e a potência reativa desejada.

É possível encontrar o valor excedente de potência reativa que deve ser eliminado, confira.

  • Qc = Qt – Qf
  • Qc = 7212,1 VAr – 3483,2 VAr
  • Qc = 3728,9 VAr

Isso significa que devemos armazenar 3728,9 VAr de potência reativa para conseguir manter um fator desejado de 0,92.

Desta forma, podemos elevar o fator de potência atual de 75% para 92% de eficiência.

E em conformidade com as leis brasileiras, para evitar multas pesadas.

Mas qual seria o tamanho do capacitor ideal para armazenar essa potência reativa e corrigir o fator de potência, é o que vamos entender agora.

Como dimensionar o capacitor ideal para corrigir fator de potência

No passo anterior você já aprendeu como calcular a potência reativa que será armazenada no capacitor do nosso motor.

E neste caso, o nosso capacitor deve ser dimensionado para armazenar 3728,9 VAr de potência reativa.

Além disso, ele possui uma Vef de 220 V e frequência de 60 Hz conforme o enunciado no início deste artigo.

Mas qual a fórmula usada para determinar o tamanho do capacitor, é o que vamos descobrir agora.

Fórmula para calcular capacitor e corrigir fator de potência

Para dimensionar o tamanho ideal do capacitor e corrigir para o fator de potência desejado de 0,92, vamos usar a fórmula abaixo.

Na imagem abaixo é possível entender como encontramos a fórmula usada para determinar o tamanho do capacitor.

Fórmula para calcular capacitor e corrigir fator de potência

Onde:

  • C é a capacitância;
  • Q é a potência reativa;
  • f é a frequência;
  • V é a tensão elétrica;

É importante destacar que a fórmula acima pode ser um pouco confusa.

Mas para facilitar o aprendizado, a expressão ficará da seguinte forma abaixo.

Como calcular o capacitor ideal para corrigir fator de potência

Na imagem abaixo é possível visualizar como fizemos para calcular o capacitor ideal, confira.

Como calcular capacitor e corrigir fator de potência

De posse dos valores obtidos, fiz a substituição dos seguintes valores na fórmula conforme calculado anteriormente.

Então, ao fazer os cálculos acima, podemos concluir que o capacitor ideal para armazenar 3728,9 VAr de potência reativa, deve ter um tamanho ideal de 204 μF.

Antes de finalizar este artigo, confira o resumo abaixo sobre corrigir fator de potência elétrica.

Resumo sobre corrigir fator de potência do motor

De maneira resumida, nós calculamos que para alimentar uma carga de 8177,8 W com fator de potência de 0,75 são necessários 10903,7 VA.

E para a mesma carga de 8177,8 W, mas com o fator corrigido igual a 0,92, são necessários apenas 8888,9 VA.

Além disso, também calculamos que sem a correção ou com fator de potência de 0,75 a potência reativa é igual a 7212,1 VAr.

Mas após corrigir fator de potência para 0,92, então a potência reativa será reduzida para 3483,2 VAr.

Neste caso, será necessário armazenar 3728,9 VAr de potência reativa para manter o fator de potência desejado de 92%.

E para armazenar essa potência reativa será necessário um capacitor que tenha um tamanho ideal de 204 μF.

Sobre fator de potência

Neste caso, é importante destacar que nós já fizemos um artigo completo explicando tudo sobre o fator de potência.

E neste artigo nós também explicamos sobre a relação entre os tipos de potência.

Além disso, também explicamos como calcular e corrigir o fator de potência elétrica.

Então se você tiver interesse em aprofundar neste assunto, então acesse o artigo acima para saber mais.