Tudo o que você precisa saber sobre fontes de alimentação

Correção do Fator de Potência

Todos os equipamentos que tenham motores e transformadores – como é o caso da fonte de alimentação – consomem dois tipos de energia: ativa (medida em kWh) e reativa (medida em kVArh). Energia ativa é aquela que produz trabalho, por exemplo, a rotação do eixo de um motor. Energia reativa (também chamada energia magnetizante) é aquela que não produz trabalho mas é necessária para produzir o fluxo magnético necessário ao funcionamento dos motores, transformadores, etc. A composição dessas duas energias consumidas é chamada energia aparente e é medida em kVAh. Para clientes industriais, a concessionária de energia elétrica mede e cobra a energia aparente, mas para clientes residenciais e comerciais, a energia medida e cobrada é a energia ativa.

O problema é que a energia reativa, apesar de necessária para motores e transformadores, ela "ocupa espaço" no sistema que poderia ser usado por mais energia ativa.

Fator de potência é a relação entre energia ativa e a energia aparente de um circuito (fator de potência = energia ativa / energia aparente). Esta relação está compreendia entre 0 (0%) e 1 (100%) e quanto mais próximo de 1 este fator, melhor, pois significa que o circuito está consumindo pouca energia reativa.

De forma a otimizar o consumo de energia reativa, vários países – inclusive o Brasil – possuem em sua legislação o percentual máximo de energia reativa que usuários podem consumir. Para você ter uma ideia de valores, a resolução 1.000 da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) determina, em seu artigo 302, que clientes industriais tenham um fator de potência de, no mínimo, 0,92 (92%). Se o cliente tiver um fator de potência inferior a este valor (ou seja, está consumindo energia reativa acima do permitido pela lei), paga-se multa. Esta multa é calculada de forma simples: multa = valor da conta de eletricidade x (0,92 / fator de potência - 1). Por exemplo, se o fator de potência apurado em um determinado mês por uma indústria for de 0,85 (85%), ela pagará 8,235% de multa sobre o valor da conta de eletricidade.

A ideia da multa é fazer com que as indústrias melhorem seus fatores de potência, de forma a não usarem muita energia reativa, já que como já foi dito, este tipo de energia sobrecarrega o sistema com um tipo de energia que não é usada de fato mas é necessária para fazer motores e transformadores funcionarem.

Essa melhoria em geral envolve a verificação se não há motores e transformadores operando "em vazio" ou superdimensionados. A energia reativa necessária para operar em "carga total" é praticamente a mesma necessária para operar em menor carga. Ou seja, se um motor opera com uma carga menor, ele consome menos energia ativa, mas o seu consumo de energia reativa é quase o mesmo que se ele estivesse operando em carga máxima, fazendo com que o fator de potência seja baixo. Outros pontos normalmente verificados são se o nível de tensão da rede está acima das especificações e se as lâmpadas fluorescentes (que necessitam de um reator, que é um tipo de transformador) usam circuitos de correção de potência e ainda a instalação de bancos de capacitores para corrigir o fator de potência (circuitos de correção de potência, nosso próximo assunto) do sistema elétrico.

A questão toda é que vários países estão começando a adotar legislações que obrigam fabricantes de equipamentos eletro-eletrônicos voltados para o usuário final a também respeitarem o fator de potência, assim como é exigido a clientes industriais. A partir de janeiro de 2001 a União Européia passou a exigir que todos os equipamentos eletro-eletrônicos vendidos naquela região com potência superior a 70 W passassem a ter circuitos de correção de potência, de forma a consumirem o menos possível energia reativa do sistema elétrico. É esperado que outros países comecem a adotar medidas semelhantes.

Por este motivo, os fabricantes de fontes de alimentação que quisessem vender para a Europa a partir do ano 2001 tiveram que passar a construir fontes de alimentação com circuitos de correção de potência, que em inglês é chamado power factor correction ou simplesmente PFC.

Existem dois tipos de circuito de correção de potência: passivo e ativo. O circuito passivo usa componentes que não necessitam de alimentação (tais como bobinas com núcleo de ferrite) e faz com que o fator de potência fique entre 0,60 (60%) a 0,80 (80%). Já o circuito ativo utiliza componentes eletrônicos tais como circuitos integrados, transistores e diodos e, de acordo com os fabricantes, faz com que o fator de potência fique na faixa de 0,95 (95%). Fontes de alimentação sem qualquer circuito de correção de potência têm um fator de potência inferior a 0,60 (60%).

A correção de potência não está relacionada com eficiência e este é o equívoco mais comum que vemos no mercado. Este circuito não faz com que o seu computador consuma menos eletricidade do tipo que nós pagamos. Como explicamos, o circuito de correção de potência serve para fazer com que a fonte consuma menos energia reativa do sistema elétrico e, com isso, otimizar a rede elétrica (permitindo que a concessionária forneça mais energia ativa). A inclusão deste tipo de circuito foi feita somente para atender às legislações sobre consumo elétrico, em particular a europeia, e também permitir a instalação de computadadores em redes elétricas industriais.

Honestamente, não há qualquer vantagem para consumidor caseiro ou comercial ter ou não ter uma fonte com correção do fator de potência (PFC), pois tais usuários não pagam por energia reativa. Para mostrar na prática o que estamos explicando, veja na Figura 33 a nossa conta de luz. Por motivos de segurança apagamos nossos dados pessoais, mas gostaríamos que você percebesse algumas coisas. Para a cobrança da energia consumida há duas áreas na conta, "energia ativa" e "energia reativa". O campo "energia reativa" está em branco. Como explicamos, o circuito de correção do fator de potência (PFC) faz com que a fonte consuma menos energia reativa – que não é cobrada na conta dos consumidores comuns! Outro ponto, a unidade da energia cobrada é kWh, que é unidade de energia ativa. Se a concessionária estivesse cobrando energia reativa, teria de haver alguma discriminação listando o consumo em kVArh (unidade de energia reativa) ou ainda em kVAh (unidade de energia aparente, que embute a energia reativa). Como explicamos, a energia reativa é cobrada somente de clientes industriais.

Figura 33: exemplo de conta de luz

Em termos práticos, uma fonte de alimentação com PFC ativo normalmente significa que ela é do tipo “full range” e você não precisará selecionar a tensão de entrada através de uma chave 110 V/220 V nem tampouco ter um estabilizador de tensão. Veja mais em “Mitos do hardware #11: estabilizadores de tensão”.