Rendimento e fator de potência. Qual a diferença?

Hoje tentarei explicar a diferença entre o rendimento e o fator de potência, uma dúvida que atinge muita gente que estuda eletricidade, pois fiz uma pesquisa e nao achei nada relacionado na web. Este tópico é destinado e recomendado para pessoas que tenham curso técnico, mesmo que em andamento.

Para vermos a diferença entre esses dois termos, muito semelhantes aparentemente, é necessário saber o que é cada um deles. Começarei pelo rendimento.

Uma máquina elétrica é um dispositivo capaz de transformar energia elétrica em outro tipo de energia, ou o contrário. Vou usar o exemplo de um aquecedor, que transforma energia elétrica em energia térmica. Acontece que um aquecedor nunca consegue transformar toda a energia elétrica recebida em calor, há perdas no processo de transformação, ou seja, parte da energia elétrica é transformada em ruído - muitas pessoas definem perda como calor, só calor, por ser a mais comum, o que é errado. Definiremos perda como sendo toda a energia transformada em qualquer outro tipo de energia que não seja a energia que desejamos obter. No exemplo citado acima, calor não seria uma perda, seria o único tipo de energia, energia térmica, que não seria perda nesse exemplo - o ruído é uma perda do aquecedor.

Podemos ver então que, em uma máquina elétrica, entra uma determinada potência, e sai outra, diferente da que entra, e menor, porque parte é perdida no processo. A figura abaixo ilustra isso.

Vemos que a cada processo de transformação de energia, um pouco de energia é perdido, e o resto é aproveitado. O rendimento (η) é a grandeza física - admensional - que mede a porcentagem da energia que é aproveitada. Essa porcentagem é dada pela razão entre e potência de saída e a potência de entrada, ou seja, η=Ps/Pe. Podemos também utilizar as definições, potência total, para a potência de entrada, potência útil, para a potência de saída e a potência perdida, que será mais adequado neste post. A potência total é a soma das potências útil e perdida, Pt=Pu+Pp. O rendimento mede o quanto de energia é aproveitado e o quanto é desperdiçado, o quanto a maquina elétrica rende.

Agora vamos ver o que é Fator de Potência.

Primeiro é importante salientar que existem máquinas elétricas resistivas e indutivas. Máquinas elétricas resistivas sempre têm fator de potência unitário, máquinas elétricas reativas possuem rendimento e fator de potência diferente de um, então, o que nos importa são as máquinas elétricas indutivas.

As máquinas elétricas indutivas também apresentam três tipos diferentes de potência: ativa, reativa e aparente.

• Potência ativa (P): É a potência que realiza o trabalho no circuito, a potência realmente utilizada.

• Potência reativa (Q): Esta potência serve apenas para criar um campo magnético que é essencial para o funcionamento de qualquer máquina elétrica indutiva. Ela não realiza nenhum trabalho, apenas gera o campo, porém, sem ela, o circuito não funciona.

• Potência aparecente (S): É a potência total de um circuito, a soma das potências ativa e reativa.

Obs.: A potência aparente é dada pela soma vetorial das duas potências, a potência total, citada no rendimento, é dada pela soma escalar das potências útil e perdida.

A figura abaixo representa a relação entre as três potências e o ângulo formado entre elas.

O Fator de Potência é o cosseno do ângulo formado pelas potências ativa e aparente, ou a razão entre a potência ativa e a potência aparente. É o que nos dá a relação entre e potência total de todo o sistema e a potência que realiza o trabalho.

Por essas definições muito semelhantes, as pessoas têm o costume de assimilar as potências do fator de potência com as potências do rendimento, potência total e aparente, pois as duas representam a soma das outras duas, mas vimos que a potência total é a mesma potência ativa. E as pessoas também assimilam a potência reativa com a potência perdida, e acham que a potência reativa é uma perda, mas a potência reativa não é uma perda.

Sem a potência reativa, o sistema não tem funcionalidade. Como considerar uma potência essencial uma perda? Eu concordo que uma potência reativa muito grande seja uma perda, pois não é necessário um campo muito grande para o sistema funcionar, essa potência extra poderia estar realizando trabalho, então, excesso de potência reativa é desperdício, mas a potência reativa em si não é uma perda.

Então, vimos que rendimento e fator de potência são grandezas diferentes. O rendimento serve para medir o quanto de potência é perdida no sistema de transmissão e transformação de energia e o quanto é utilizada de toda a potência recebida. O fator de potência serve para medir o quanto de potência realiza trabalho na transformação de energia do sistema indutivo e o quanto está sendo utilizada para criar o campo magnético indutivo de toda a potência recebida. É importante sempre tentar corrigir o fator de potência quando a potência reativa for muito elevada, afinal, nós pagamos pela potência aparente, então é melhor tirarmos o máximo proveito dela tendo a maior potência ativa possível.

Pelo fato de ser um assunto muito polêmico e o objetivo do meu blog é, não só informar, mas também adquirir conhecimento, estou inteiramente aberto a citações e opiniões alheias.