Conceitos básicos de eletrotécnica aplicada – 4ª parte: Modelos das cargas das instalações

dez, 2020

Esta é a quarta parte da série de conceitos básicos de eletrotécnica aplicados a qualidade de energia, gestão de energia e eficiência energética. Serão apresentados os conceitos relacionados à tipologia das cargas que são alimentadas pelas instalações elétricas.

Em uma abordagem mais acadêmica e conceitual, as cargas elétricas são classificadas em função do seu comportamento  quando  alimentadas  por uma fonte adequada. Possuem características de potência constante, impedância constante e corrente constante, conforme detalhado na sequência. Contudo, estas cargas quando empregadas nas atividades industriais, ou em prédios comerciais, sistemas de transportes, hospitais e outros, adquirem também outras características sob o ponto de vista de operação, vinculados ao regime da curva de carga, podendo ser classificadas em “constantes”, por exemplo, lâmpadas e motores em regime de curva de carga sem variações, variáveis no caso de variações bem definidas ao longo de um período, ou muito variáveis como é o caso de soldas a pontos, fornos, sistemas de transporte como guindastes, elevadores ou ponte rolantes.

Outra classificação proposta considera a linearidade das cargas e a linearidade está relacionada à presença das correntes harmônicas. As cargas lineares, se apresentarem em sua corrente elétrica, somente sinais em 60 Hz e as não lineares quando possuem em seu espectro de corrente a presença também, além de 60Hz, de componentes harmônicas em (outras frequências).

Quando no espectro de corrente de uma carga observa-se a presença de sinais de corrente em 60 Hz, e também, de outras frequências, a carga é considerada como não linear.

Portanto, uma carga pode ser de impedância constante, muito variável e não linear ao mesmo tempo, como o caso de um guindaste portuário, uma esteira transportadora ou um equipamento de solda a ponto.

Classificações das cargas

  • Carga de potência constante: independentemente da variação da tensão, a potência consumida é constante, como no caso de motores elétricos sem acionamento; partida direta. As lâmpadas Led com boa concepção também possuem esta característica de potência De uma forma geral, havendo variação na tensão de alimentação a corrente varia de forma a manter a potência consumida constante. Matematicamente U*I=constante;
  • Carga de impedância constante: são as cargas que, havendo variação da tensão, a impedância da carga definirá a resposta da potência, como é o caso de lâmpadas incandescentes ou mesmo cargas acionadas por inversores de frequência. Matematicamente   P/U2=constante. Os capacitores, apesar de não serem considerados exatamente como uma  carga, possuem também características de impedância constante e sua potência reativa injetada varia de acordo com a variação da tensão ao quadrado verificada na alimentação;
  • Carga de    corrente    constante:   são cargas que, havendo variação da tensão de alimentação, a potência  consumida irá variar de forma a manter a corrente constante. É o caso das lâmpadas de descarga de vapores como as de sódio e metálicas. Matematicamente, a relação P/U é mantida constante como no gráfico da Figura 1, em que se observa que a variação de tensão provocada na alimentação de lâmpada vapor de sódio causa redução da potência consumida.

Observa-se na Figura 2, relativa à Figura 1, que a variação da potência com a tensão possui alto valor de coeficiente de correlação (R2) próximo a 1.

Figura 1 – Variação da potência em função da variação de tensão em lâmpada a vapor de sódio de característica de corrente constante
Figura 2 – Variação da potência com a tensão em carga de corrente constante.

A expressão geral da tipologia das cargas está a seguir, em que se pode observar que os coeficientes de ponderação (a,b,c) caracterizam a tipologia da carga:

P=Po [a+ b(V/V0) +c*(V/V0)2]

Os coeficientes a,b e c representam o grau de proporcionalidade das cargas aos modelos de “potência constante”, “corrente constante” e “impedância constante”, respectivamente, e a soma dos três coeficientes devem manter a relação: a+b+c=1 Na próxima edição abordaremos características das cargas variáveis e não lineares.

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