A Correção do Fator de Potência (PFC) na eletrônica

Todo Eletricista com “E” maiúsculo sabe como é importante efetuar a correção do fator de potência em algumas instalações, ou seja, aquelas onde há um grande número de cargas indutivas.

Entretanto, para a maioria dos técnicos reparadores de aparelhos eletroeletrônicos, o PFC, que é a sigla para Power Factor Correction, ainda é uma novidade. 

Neste artigo que será divido em duas partes irei falar um pouco sobre Correção do Fator de Potência, mais especificamente sob o ponto de vista da eletrônica, ou melhor, das fontes de alimentação incluindo as fontes de PC e, como sempre gosto de fazer, começarei pelos conceitos básicos.

Por que a preocupação com a Correção do Fator de Potência?

Cargas indutivas (motores, transformadores) provocam uma perda de energia além de “sujar” a rede de distribuição com harmônicos indesejáveis, daí a necessidade de corrigir o fator de potência.

Nos últimos 10 anos (aproximadamente) as agências internacionais de meio ambiente começaram a se preocupar fortmente com a questão do desperdício de energia, por razões óbvias, e passaram a “‘exigir” que os fabricantes de equipamentos eletrônicos como televisores, monitores e fontes de PC também introduzam circuitos em seus projetos que minimizem os efeitos negativos para sociedade (ou melhor, para o planeta Terra) das perdas de energias.

E é aí que os circuitos de PFC começaram a aparecer nos modernos televisores de tela grande.

Antes de tratarmos especificamente sobre o circuito PFC façamos uma breve abordagem sobre o conceito de potência em eletricidade.

O que significa watt?

Quando queremos expressar a potência elétrica, geralmente utilizamos o watt que é simbolizado por W (maiúsculo).

Se vamos comprar uma lâmpada, por exemplo, nos preocupamos em olhar de “quantos watts” é a lâmpada e assim, concluímos que uma lâmpada de 60W iluminará mais que uma de 40W (e também gastará mais energia).

O técnico em eletrônica sabe que para especificar ou comprar um resistor não basta mencionar o valor de sua resistência em ohms; é preciso também informar a potência em watts que, por sua vez, está associada à quantidade de corrente (em ampère) que passa pelo resistor.

Esta potência pode ser calculada multiplicando-se o valor da resistência (R) pelo valor da corrente (I) ao quadrado que circula no resistor.

Por exemplo, se temos 3A passando em um resistor de 4 ohms a potência dissipada nele será 4 x 32 = 4 x 9 = 36W.

Se medirmos a tensão sobre o resistor que neste caso será 12V, podemos também calcular a potência dissipada nele multiplicando o valor da tensão (E) pela corrente (I).

No nosso exemplo podemos usar a Lei de Ohm e calcular a corrente no resistor (em vez de medi-la) que será I = 12/4 = 3A, logo a potência será 12V x 3A = 36W.

É isto que é ensinado na física do ensino médio e, embora este cálculo esteja correto ele só é válido porque estamos trabalhando com corrente contínua em um elemento puramente resistivo.

Neste caso a potência calculada e expressa em watts é o resultado da transformação de toda energia elétrica em calor e por isso, ela será chamada de potência ativa, potência efetiva ou potência real, embora na prática diga-se apenas potência.

Neste ponto vale a pena fazer uma observação quanto ao termo potência real.

A palavra REAL aqui tem a conotação de VERDADEIRA. Os fabricantes de fontes para PC se apropriaram deste termo, chamando as fontes de “fonte de potência real ou fonte real”, não sei se por má fé ou ignorância, talvez com a intenção de “enfatizar” que suas fontes fornecem realmente os watts que estão estampados na etiqueta o que nem sempre (ou quase sempre) não é verdade.

Não existe “fonte real”. O que e existe é fonte “honesta” que fornece a potência que está especificada na etiqueta ou não.

Isto, a meu ver, cria uma confusão na cabeça do leigo (e aqui podemos incluir a maioria dos técnicos em informática) dando a impressão que existem dois tipos de fonte; uma ruinzinha que não oferece a potência que está estampada no rótulo e outra boazona, que tem “potência REAL”, mas que no fundo, muitas vezes, nem a tal “fonte de potência real” fornece os watts que diz o seu rótulo.

No caso específico das fontes ATX para PC uma dica pode ser observar o preço. Se estão querendo te vender uma “fonte real” pela metade do preço de uma shing lin esta fonte deve ser “sureal”!

Outros “tipos” de potência

Como foi dito lá atrás a potência só pode ser expressa em watts se estivermos trabalhando com corrente contínua.

Se tivermos trabalhando com corrente alternada e a carga não for puramente resistiva a coisa muda.

A primeira coisa que precisamos lembrar é que em um circuito puramente resistivo a tensão e a corrente “caminham” juntas ou, em outras palavras, não há defasagem entre elas.

O mesmo não ocorrerá se uma tensão alternada for aplicada a um elemento reativo como um capacitor ou um indutor que produzirão uma defasagem entre a tensão e a corrente.

Relação de fase num circuito resistivo

De qualquer maneira a corrente alternada ao “passar” num capacitor ou indutor também “produzirá” uma potência, só que esta potência não se manifesta em forma de calor como num resistor e, portanto não deverá ser chamada de potência real nem deverá ser medida em watts para evitar confusão.

Você já deve estar desconfiado que a potência desenvolvida em componentes reativos, como capacitores e indutores deverá ser chamada de potência reativa e para diferenciá-la da potência real será medida em volt-ampere reativo (VAR).

Entretanto, o cálculo da potência reativa é feito da mesma maneira que o cálculo da potência real, ou seja, multiplicando-se a tensão pela corrente, mas é preciso levar em conta o efeito da defasagem entre a tensão e a corrente e isso mudará a maneira de fazer as contas.

Em resumo, na potência real, medida em watts, a tensão está em fase com a corrente, enquanto a potência reativa, medida em volt-amperes reativos, (VARs) tensão e corrente estão defasadas.

Então se o circuito tem também, além de componentes resistivos (sempre presentes), componentes reativos (capacitores e indutores) teremos duas potências a considerar: a potência real (em watt) e a potência reativa (em var) e esta potência reativa é um desperdício de energia.

Então você deve estar pensando que a “potência total” deve ser a soma destas duas potências: da “boa” ou real medida em watts e da “ruim” ou reativa, medida em vars.

Se você pensou assim, pensou corretamente, só tem um probleminha: – a soma destas duas potências (real + reativa) não é uma soma onde 2 + 2 é igual 4, por exemplo (também não é 5 como diz Caetano em sua música)!

O “probleminha” é que a soma das potências real com a reativa não é uma soma aritmética e sim uma soma vetorial por causa da defasagem entre as duas potências. Não irei entrar nestes detalhes aqui, apenas mencionarei que a soma das duas potências (real + reativa) será chamada de potência aparente e medida em volt-ampéres (VA).

O que nos interessa aqui é entender o que é fator de potência e saber como se faz a sua correção. Então vamos a ele.

O que é fator de potência ou cosseno de fi?

Chi! Acho que agora complicou tudo. Esse tal cosseno de fi e aquele “cara” da trigonometria?

É sim, mas não fique nervoso que eu não vou tratar dele aqui. Isto fica para outro dia em outro artigo. Só citei o “cosseno de fi” porque ele é uma espécie de “sinônimo” de fator de potência e é bom você saber disso.

Nada melhor que um copo de chopp para entender o fator de potência. Com ou sem colarinho? Como você prefere?

Dá uma olhada na figura baixo.

Potência real, reativa e aparente

O “colarinho” é a potência reativa que é desperdiçada enquanto o chopp propriamente é a potência real que é “aproveitada” e faz você ficar bêbado! (se for dirigir não beba).

Quanto menos “colarinho” mais chopp, ou seja, mais potência real que é a que interessa e aí a potência aparente ficaria mais próxima da potência real.

O fator de potência é definido como a divisão entre a potência real e a potência aparente.

Espero que você tenha percebido que o valor ideal do fator de potência é 1, ou seja, se não temos “colarinho” (ops! potência reativa) a potência aparente fica igual a real (mais chpp).

Mas isso só acontecerá se o circuito for puramente resistivo o que não é o caso numa fonte de alimentação.

A briga então é fazer o fator de potência ficar o mais próximo possível de um.

E aí que entra a Correção do Fator de Potência, mas isso vai ficar para a semana que vem.

Uma perguntinha básica

Será que as fontes de antigamente não desperdiçavam esta tal potência reativa?

A resposta é “sim”, sempre desperdiçaram e muito. E o preço deste desperdício nós estamos pagando (e caro) agora.

E o pior é que não estamos pagando com dinheiro e sim com a perda da qualidade de vida.

A primeira preocupação forte com o desperdício de energia começou com a ECO 92. Uma briga entre os ambientalistas e a indústria.

De lá pra cá, algumas “batalhas” já foram ganhas e a correção do fator de potência, que antes estava restrito às instalações elétricas, agora começa a surgir também nos eletroeletrônicos.

Hoje quase tudo é comandado por controle remoto e, portanto fica ligado o tempo todo mesmo que não esteja sendo usado e por isso, é importante se ter fontes de baixo consumo quando o aparelho está em stand by.

Outra questão que pretende ser melhorada pelos circuitos PFC são os harmônicos que “sujam” a rede elétrica e causam transtornos em outros equipamentos.

Mas como já disse tudo isso fica para a semana que vem.

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