Vídeo Teste de Funcionamento

O presente vídeo demonstra testes realizados com dois equipamentos elétricos caseiros. Como pode ser observado as medições foram bem próximas da realidade, com pequenas variações. É demonstrado também o funcionamento dos botões para alternar os valores exibidos em tela, também em bom funcionamento. Contudo não houve oportunidade de se testar a correção do fator de potência.

Avanço semanal 08/08/2016

Nessa semana foram encomendados os capacitores a serem utilizados no projeto, ao todo serão 6 capacitores de 38 µF e 10 de 11 µF à disposição das equipes. Agrupando apenas os capacitores de 11 µF e os de 38 µF, é possível fazer as seguintes combinações, ligando-os em série:

Tabela 1: Combinações de capacitores. Fonte: Autoria própria.

Número de capacitores associados	Capacitores de 11 µF	Capacitores de 38 µF
1	11 µF	38 µF
2	5,5 µF	19 µF
3	3,67 µF	12,67 µF
4	2,75 µF	9,5 µF
5	2,2 µF	7,6 µF
6	1,83 µF	6,33 µF
7	1,56 µF	x
8	1,37 µF	x
9	1,22 µF	x
10	1,1 µF	x

Assim, é possível obter os valores calculados e criar margens para outras medições.

Além disso, foram feitas alterações nos sensores que permitem medir apenas os picos positivos de tensão e corrente.

A caixa que conterá os componentes será feita com o dimensionamento de 20x27x15 cm.

Avanço Semanal - 01/08/2016

Nesta semana, foram encontrados problemas com o sensor de tensão, visto que este não media com certeza os picos da linha, apresentando um valor constante de tensão, sem estes picos não é possível calcular o fator de potência, já que não se sabe o quão defasado a corrente está da tensão. O grupo ponderou soluções para este problema, uma dessas consiste em utilizar uma carga resistiva, que não defasa corrente, e comparar as fases de corrente da carga e do componente a ser corrigido, assim consegue-se determinar a fase da tensão.

Além disso, esta semana a equipe contatou fornecedores, buscando capacitores específicos de 11 uF e de 23 uF, dos modelos B32340-C4001-A840 e B32340-C4011-A740, de 440 Vac monofásicos com resistor de descarga ,disponíveis para correção de potência e continuou os testes de análise de sinais dos sensores ACS-712 e SCT-013-020.

Figura 1: Modelo dos capacitores monofásicos

Referências:

Figura 1: Modelo do capacitor B32340C4011A740. Disponível em: <http://en.tdk.eu/tdk-en/530380/products/product-catalog/components-for-power-factor-correction-and-harmonic-filtering/search-results---components-for-power-factor-correction-and-harmonic-filtering?so={%22orderingCode%22:%22B32340*%22}>. Acesso em 01 de ago. 2016

Avanço Semanal - 25/07/2016

Nesta semana, alguns dos principais componentes eletrônicos para a construção do dispositivo de correção de fator de potência, chegaram, sendo estes os sensores e os módulos relés. Sendo assim, se iniciou a fase de testes e experimentos para por estes em funcionamento. Os primeiros a serem testados foram os sensores de corrente. A equipe optou por utilizar dois modelos ao mesmo tempo, sendo que um servirá de "apoio" ao outro, cabendo a este segundo o fator decisivo no momento de medição de corrente. Para os testes realizados com o sensor SCT-013-020 inicialmente foi necessária a confecção de um circuito condicionador de sinal, isto por que o sensor sozinho não tem a capacidade de exibir valores para amplitudes negativas do sinal da rede, seu sinal varia de 0 a 1 V. Para soluciona este problema foi utilizado um esquema bastante conhecido entre os projetos que utilizaram o mesmo tipo de sensor, na figura 1 é possível observar o esquema em questão que foi empregado.

Fig. 1: Circuito condicionador de sinal

O efeito que o circuito da figura 1 gera no sinal de resposta do sensor SCT é de alterá-lo para uma faixa maior, exibindo valores tanto para amplitudes positivas quanto negativas. Isto acontece porque, ao ligar o sensor em paralelo com um dos resistores, ele passa a sofrer influência de uma tensão constante de 2,5 V. A tensão em seu terminal passa a variar de acordo com a direção da corrente que passa pelo transformador existente no sensor. O sensor consegue então ler correntes entre +20 A e -20 A, com o sinal de resposta variando de 2,5 V para 0 A; de 2,5 a 0 V para amplitudes negativas e 2,5 a 5 V para amplitudes positivas. O gráfico da figura 2 demonstra este resultado.

Fig. 2: Onda senoidal que pode ser lida pelo Arduino

Na figura 3 é possível observar dois esquemas montados para os testes, o primeiro utilizando um capacitor de 100 µF e o segundo um capacitor de 10 µF. O capacitor tem o efeito de controlar a frequência do sinal de resposta do sensor. Os resultados da adição do circuito condicionador foram satisfatórios, funcionando perfeitamente. Os dados obtidos se aproximaram bastante de uma onda senoidal.

Fig. 3: Circuitos utilizados e sensor em teste 

A etapa de teste teve continuidade com a experimentação do sensor ACS-712. Como já esperado, este demonstrou uma maior precisão em suas medições. Um dos maiores defeitos deste sensor é o fato de ser invasivo, sendo assim, suscetível a danos por altas correntes. Durante os testes realizados, com utilização de um ventilador de 126 W em tomada de 127 V, o sensor conseguiu obter bons valores de medição, estes tabelados para plotar o gráfico observado na figura 4. 

Fig. 4: Gráfico obtido com a utilização do ACS-712

O ACS-712 funciona da mesma maneira que o sensor SCT combinado com o circuito condicionador funciona, sendo que ele já possui internamente em seu módulo um circuito apropriado para manipulação do sinal de resposta. Consegue medir faixas positivas e negativas, variando entre +5 A e -5 A. O esquema de ligação do sensor com o Arduino pode ser visualizado na figura 5.

Fig. 5: Sensor ACS-712 e Arduino

Outro detalhe de grande importância, e que já começa a gerar certo nível de preocupação é a compra dos capacitores que serão aplicados ao protótipo. Este fato se deve pela grande dificuldade de arrecadar fundos para a compra dos capacitores e de conseguir encontrar os modelos corretos para o tipo de atividade ao qual serão empregados, correção de fator de potência. A equipe ainda se encontra em processo de pesquisa de mercado.

Referências Bibliográficas:

Figura 1: Disponível em: <http://www.martaduino.com.br/sensor-de-corrente-nao-invasivo-sct013-100a-para-arduino>. 

Figura 2: Disponível em: <http://www.martaduino.com.br/sensor-de-corrente-nao-invasivo-sct013-100a-para-arduino>. 

Figura 3: Fonte Própria

Figura 4: Fonte Própria

Figura 5: Fonte Própria

Avanço Semanal 18/07/2016

Nessa semana foram feitos os pedidos dos seguintes itens, já citados em postagens anteriores:
-Módulo sensor de corrente ACS712 5 A e sensor não invasivo SCT-013-020 de 20 A;
-Módulo sensor de tensão P8;
-Módulos relés;

                 

Figura 1: Módulo do sensor ACS712

Modulo sensor de tensão P8

Figura 3: Sensor de corrente SCT-013-020

Vale ressaltar que estes sensores podem ser afetados pelos harmônicos presente no sistema. Harmônicos são ondas derivadas da onda senoidal fundamental da rede, ou seja, ondas cujas frequências são múltiplas da fundamental retratada na figura 4, que neste caso possui uma frequência de 60Hz, estas ondas se sobrepõe ao sinal original gerando pequenas distorções, como pode ser observado na figura 5, a amplitude das ondas múltiplas tende a diminuir, portanto os primeiros harmônicos são os mais significativos. Além disso, a presença de harmônicos pode levar a eventos de ressonância no banco de capacitores, danificando o sistema a ser corrigido .

Figura 4:Presença de harmônicos

Figura 5:Onda senoidal com harmônicos

Uma das preocupações que diz respeito à precisão de medição é a presença de ruído branco no sistema. Ruído branco é qualquer tipo de interferência que tenha uma potência constante e leva esse nome em alusão à cor branca, que é a mistura de toda frequência visível das cores. Ele basicamente é uma interferência aleatória que tende a um valor médio e pode ser causado por inúmeras fontes, desde radiação eletromagnética, até efeitos de temperatura no condutor, o chamado ruído térmico. Esse tipo de fenômeno pode acarretar diferença de potencial na em um condutor e atrapalhar leituras de componentes eletrônicos mais precisos.

Referências Bibliográficas:
Figura 1: Disponível em: <http://www.filipeflop.com/pd-304251-sensor-de-corrente-acs712-30a-a-30a.html?ct=&p=1&s=1> Acesso em 18 jul. 2016
Figura 2: Disponível em: <http://loja.multcomercial.com.br/modulo-sensor-de-tens-o-gbk-robotics-p8.html>. Acesso em 18 jul 2016.

Figura 3: Disponível em: <http://www.filipeflop.com/pd-18b9da-sensor-de-corrente-nao-invasivo-20a-sct-013.html?ct=&p=1&s=7> Acesso em 18 jul. 2016
Figura 4:Disponível em: <https://renatoreis.com.br/2015/04/15/harmonicas-em-instalacoes-eletricas/> Acesso em 18 jul. 2016
Figura 5:Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfpIsAC/distorcao-harmonica-redes-eletricas> Acesso em 18 jul. 2016

JOHNSON, J. B. Termal Agitation of Electricity in Conductors. Physical Review. Volume 32.  13 p. 1928

NYQUIST, H. Termal Agitation of Electric Charge in Conductors. Physical Review. Volume 32.  4 p. 1928

FILHO, SIDNEY NOCETI. Fundamentos Sobre Ruídos. Disponível em: <http://www.etelj.com.br/etelj/artigos/151280402b0bc1accfaea913d6301caf.pdf> Acesso em 17  de jun. 2016

Avanço Semanal 11/07/16

Nesta semana, foi-se observado os capacitores que a instituição pode disponibilizar. Os capacitores são cilíndricos de 1,67 kVAR ou 30,68 uF com uma precisão de 5%:

Figura 1: Capacitores disponíveis

Com esses valores é possível, através de associações em série e em paralelo, obter capacitâncias de 10,22 uF, 15,34 uF, 30,68 uF, 46,02 uF, 61,36 uF e 92,04 uF.

Tabela 1: Valores de capacitância obtidos

Cargas	Capacitância
Lâmpada Incandescente	Não precisa de correção
Lâmpada Fluorescente	4,7 µF/85,8 VAR
Motor	22,7 µF/408,44 VAR
Notebook	17,03 µF/312,8 VAR
Cargas Combinadas	24,3 µF/437,87 VAR

  O melhor valor obtido é 15,34 uF, se aproximando do necessário para corrigir o notebook que corrige o fator para 0,79, muito abaixo do especificado.

Visto que os valores medidos de potência aparente necessários não ultrapassaram 25 uF será necessário utilizar estes capacitores em série ou paralelo com outros capacitores de menor capacitância, já que se os valores corrigidos ultrapassam o fator de potência 1, que por sua vez não é alcançável, tornam o circuito capacitivo. As figuras 2 e 3 mostram como é um circuito de capacitores associados em paralelo e série, respectivamente.

Figura 2: Capacitores em paralelo

Figura 3: Capacitores em série

Quando o circuito chega ao valor de fator de potência 1, este apresenta comportamento puramente resistivo, portanto a potência aparente é igual a potência ativa, ou seja, toda a energia necessária é consumida. Porém, se o valor de capacitância utilizado ultrapassar o valor de correção, o circuito deixa de ter potência reativa indutiva e passa a ter potência reativa capacitiva, exigindo assim uma nova correção.

Referências Bibliográficas:
Figura 1: Autoria própria.
Figuras 2 e 3: Disponíveis em: <http://www.infoescola.com/eletricidade/associacao-de-capacitores/>
Acesso em. 10 de jul 2016.

Avanço Semanal 04/07/2016

Nessa semana, foram medidos valores referentes às cargas que servirão como teste para o corretor de potência, sendo elas:

-Lâmpada incandescente 220/60 W.
-Lâmpada fluorescente 220/ 20 W.
-Notebook 110~240/60 W.
-Motor de indução monofásico 110~220 1/4 CV.
-Cargas combinadas.

Medições	Lâmpada Incandescente	Lâmpada Fluorescente	Notebook	Motor de indução	Cargas combinadas
Tensão (V)	220,7	220,2	220,7	218,4	218,6
Corrente (A)	0,13	0,42	0,3	3,17	3,7
S (VA)	17,6	87,8	154,2	688,2	800
P (W)	16,9	10,8	6,3	436	519,6
Q (VAR)	5,2	87,4	125,6	530,4	600
F.P.	0,96	0,12	0,02	0,62	0,66

A partir dos valores medidos, foram recalculados novos valores de potência aparente e fator de potência, que são efetivamente utilizados no dimensionamento dos capacitores, para ter melhor precisão. Com as medições de Q e P, um novo S foi calculado utilizando a relação abaixo e, se esse S for maior que o encontrado, essa será a nova potência aparente a ser utilizada no dimensionamento do banco de capacitores.

Para o fator de potência, utilizou-se os valores de P e S medidos, através da fórmula:

A partir disso, refazendo os cálculos, temos a seguinte tabela, que será utilizada:

Medições	Lâmpada Incandescente	Lâmpada Fluorescente	Notebook	Motor de indução	Cargas combinadas
Tensão (V)	220,7	220,2	220,7	218,4	218,6
Corrente (A)	0,13	0,42	0,3	3,17	3,7
S (VA)	17,6	90	315	703,2	800
P (W)	16,9	10,8	6,3	436	519,6
Q (VAR)	5,2	87,4	125,6	530,4	600
F.P.	0,96	0,12	0,02	0,62	0,649

Com esses valores é possível calcular a capacitância necessária para corrigir o fator de potência, através da fórmula:

Onde C é a capacitância necessária, w é a frequência angular da rede, V é o valor de tensão rms e Qc é a potência reativa do capacitor, que pode ser calculada através da fórmula:

Onde Q é a potência reativa do circuito e Q' é a potência reativa do circuito depois de feita a correção.

A tabela abaixo mostra os capacitores dimensionados para corrigir a potência das cargas:

Cargas	Capacitância
Lâmpada Incandescente	Não precisa de correção
Lâmpada Fluorescente	4,7 µF/85,8 VAR
Motor	22,7 µF/408,44 VAR
Notebook	17,03 µF/312,8 VAR
Cargas Combinadas	24,3 µF/437,87 VAR

Também foram discutidos alguns materiais do projeto de modo mais abrangente. A instituição entrou em contato com as equipes acerca de materiais que poderiam ser disponibilizados para a elaboração do projeto. O docente orientador disponibilizou um disjuntor termomagnético, um dos dois exigidos na composição do dispositivo. 

A equipe encontra-se, na data desta postagem, entrando em contato com funcionários responsáveis da instituição para obter capacitores de dimensões especificadas de acordo com a tabela acima.

Referências Bibliográficas:

ALEXANDER, CHARLES K.; SADIKU, MATTHEW N. O.; Fundamentos de Circuitos Elétricos; 5ª Edição; Porto Alegre: Mc Graw Hill; 2013; 874.