Ensaios de funcionamento ao nível dos equipamentos eléctricos

Os ensaios realizados ao nível dos equipamentos eléctricos foram efectuados de modo a analisar os consumos e as influências dos mesmos na qualidade de energia da rede. Para proceder a estes ensaios foram usados equipamentos comuns, existentes na grande maioria das casas, tais como, um computador, um aquecedor, um microondas, uma lâmpada incandescente e uma lâmpada economizadora.

Computador

Os ensaios de consumo e influências do computador na rede foram realizados em condições normais de funcionamento. Os resultados obtidos encontram-se demonstrados nas Figuras 5.12, 5.13, 5.14 e 5.15.

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Figura 5.12 – Dados da monitorização de consumos de um computador

Pela Figura 5.12 verifica-se que o computador apresenta um consumo de potência da ordem dos 75 W para uma corrente de aproximadamente 0,35 A.

Figura 5.13 – Forma de onda de tensão e respectiva transformada de Fourier para o computador

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A forma de onda da tensão, a sua frequência fundamental e a sua distorção harmónica apresentam-se normais e dentro dos padrões.

Figura 5.15 – Forma de onda de corrente e respectiva distorção harmónica para o computador No entanto, a forma de onda da corrente apresenta uma elevada taxa de poluição harmónica. Devido a isto é possível afirmar que um conjunto de computadores pode influenciar de forma significativa a qualidade de energia da rede.

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Aquecedor

Para a realização deste ensaio utilizou-se um aquecedor da marca Lloytron, que possuía uma potência de 2 kW. Os resultados obtidos encontram-se demonstrados nas Figuras 5.16, 5.17, 5.18 e 5.19.

Figura 5.16 - Dados da monitorização de consumos de um computador

A potência activa consumida é de aproximadamente 2010 W. A corrente consumida pelo aquecedor é de aproximadamente 8,24 A para uma tensão de aproximadamente 237,4 V resultando numa potência aparente de aproximadamente 1956 VA como verificável pelos gráficos. O aquecedor é um equipamento puramente resistivo pelo que o seu factor de potência deveria ser de 1. O resultado obtido indica um factor de potência de 1,02 provavelmente devido a um pequeno erro de calibração.

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A forma de onda da tensão, a frequência da rede e a distorção harmónica causada pelo aquecedor são consideradas normais.

De notar que a forma de onda da corrente apresenta uma distorção harmónica praticamente inexistente, sendo possível distinguir uma sinusóide perfeita ao contrário dos aparelhos eléctricos ensaiados anteriormente. Isto deve-se ao facto do aquecedor ser puramente resistivo pelo que não introduz harmónicas na rede. É possível concluir que um aquecedor apresenta consumos de potência elevados, não tendo no entanto qualquer influência na qualidade da rede eléctrica.

Figura 5.19 - Forma de onda da corrente e respectiva distorção harmónica para o aquecedor Figura 5.18 – Foram de onda da tensão e respectiva distorção harmónica para o aquecedor

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Microondas

Os microondas são aparelhos que tendem a introduzir ruído de corrente na rede eléctrica. Este teste foi realizado recorrendo a um microondas da marca Crown, com uma potência de entrada (consumo) de 1100 W e uma potência de saída (aproveitada) de 700 W. Os resultados obtidos encontram-se ilustrados nas Figuras 5.20, 5.21, 5.22 e 5.23.

Figura 5.20 – Dados da monitorização de consumos de um microondas

O microondas tal como o aquecedor é um equipamento resistivo pelo que o seu factor de potência vale 1. A potência activa consumida pelo microondas é de aproximadamente 1100 W, como expectável. A corrente consumida é de aproximadamente 5 A.

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A distorção harmónica de tensão introduzida pelo microondas e como verificável pela Figura 5.22 é de aproximadamente 5 %, sendo que a frequência da onda de tensão é de aproximadamente 50 Hz.

Figura 5.22 – Forma de onda da tensão e respectiva distorção harmónica para o microondas Figura 5.21 – Forma de onda da tensão e respectiva transformada de Fourier para o

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Figura 5.23 – Forma de onda da corrente e respectiva distorção harmónica para o microondas Tal como expectável a forma de onda de corrente produzida pelo microondas apresenta alguma poluição harmónica. No entanto e comparativamente com as outras formas de onda de corrente, a forma de onda do microondas apresenta variações constantes ao longo do tempo, sendo que as perturbações ocorrem sempre na mesma posição da onda. A distorção harmónica média é de aproximadamente 5 %.

Lâmpada incandescente versus Lâmpada fluorescente

Actualmente e devido à preocupação em reduzir os consumos energéticos tornou-se habito substituir as lâmpadas incandescentes por lâmpadas economizadoras de energia ou lâmpada fluorescente. Neste teste comparou-se o consumo e influências na qualidade de energia da rede eléctrica entre uma lâmpada incandescente de 60 W e uma lâmpada fluorescente de 11 W e 0,096 A. As Figuras 5.24 e 5.25 apresentam os consumos da lâmpada de 60 W e 11 W respectivamente. De notar que cerca de 18 W de consumo são devidos ao monitor que se encontrava ligado na altura da obtenção de dados. Na Figura 5.24 o ligar da lâmpada só ocorre aproximadamente aos 2 segundos de tempo.

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Como é possível verificar no caso da lâmpada de 60 W o factor de potência tem o valor de 1 pois uma lâmpada incandescente é formada por um filamento ou resistência que ao aquecer emite luz, ou seja, uma lâmpada incandescente é uma carga puramente resistiva. O consumo de corrente é de aproximadamente 0,3 A. Comparativamente, a lâmpada

Figura 5.25 - Dados da monitorização de consumos de uma lâmpada fluorescente de 11 W Figura 5.24 – Dados da monitorização de consumos de uma lâmpada incandescente de 60 W

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economizadora de 11 W apresenta um factor resistivo de aproximadamente 0,83. A potência activa consumida é de aproximadamente 7 W (25 – 18 W do monitor) e a corrente consumida é de aproximadamente 0,02 A (0.11 – 0,9 A do monitor), valores que se encontram ligeiramente abaixo dos valores nominais da lâmpada (11 W e 0,096 A). Tais valores podem ser justificados pelo facto de a lâmpada fluorescente já se encontrar ligada à algum tempo, o que proporcionou um aumento de rendimento da mesma.

Nas Figuras 5.26 e 5.27 é possível verificar a influência de cada uma das lâmpadas na forma do sinal de corrente e por consequência na distorção harmónica de corrente.

Figura 5.26 – Forma de onda da corrente e respectiva distorção harmónica para a lâmpada incandescente de 60 W

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Figura 5.27 – Forma de onda da corrente e respectiva distorção harmónica para a lâmpada fluorescente de 11 W

Uma análise das Figuras anteriores permite concluir que a lâmpada incandescente de 60 W, devido ao facto de ser constituída por uma carga puramente resistiva, apresenta uma forma de onda com uma poluição harmónica muito inferior à apresentada pela lâmpada fluorescente de 11 W. No caso da lâmpada economizadora a ocorrência de inter-harmónicas não permite distinguir a forma de onda fundamental. Nas Figuras 5.28 e 5.29 é possível comparar as harmónicas causadas pelas diferentes lâmpadas.

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Como verificável pela Figura 5.29 a lâmpada incandescente tem uma frequência fundamental de 50 Hz e apresenta uma terceira e uma quinta harmónica, no entanto pouco significativas. Na Figura 5.28, relativa à lâmpada fluorescente, verifica-se a existência de diversas harmónicas, sendo que a terceira e a quinta possuem uma amplitude muito próxima da amplitude da frequência fundamental. É possível concluir que as lâmpadas economizadoras de energia influenciam negativamente a qualidade da energia na rede eléctrica.

Figura 5.28 – Forma de onda da corrente e respectiva transformada de Fourier para a lâmpada fluorescente de 11 W

Figura 5.29 – Forma de onda da corrente e respectiva transformada de Fourier para a lâmpada incandescente de 60 W

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