O forno elétrico em geral é uma carga preocupante para as concessionárias por apresentarem um alto valor de potência, o que pode causar perturbações no sistema da concessionária. Normalmente as concessionárias abordam as cargas potencialmente perturbadoras em suas normas de fornecimento em média tensão e algumas concessionárias como a CEMIG D apresentam uma norma separada onde especifica quais são consideradas cargas perturbadoras. Por isso é importante conhecer um pouco sobre estas cargas.
Os fornos elétricos são divididos em 3(três) categorias de acordo com seu princípio de funcionamento:
- Fornos a resistência elétrica;
- Fornos de indução eletromagnética;
- Fornos a arco.
Neste artigo vamos discursar um pouco sobre esses três tipos de fornos.
Fornos a resistência elétrica: são fornos que utilizam o calor resultante da perda Joule, gerado pela passagem de corrente em uma resistência elétrica, sistema similar ao que ocorre em chuveiros, porém em proporções maiores. Este tipo de forno é dividido em fornos a resistência de aquecimento direto e indireto.
Os fornos de aquecimento direto são de uso específico como a fabricação de eletrodos de grafite, manutenção da têmpera de fusão do vidro, dentre outros. Em seu funcionamento temos dois eletrodos com tensões de pequena intensidade, entre os eletrodos posicionamos o material a ser aquecido fechando o circuito.
Os fornos de aquecimento indireto funcionam semelhante aos fornos de aquecimento direto, porém o elemento a ser aquecido fica alocado em uma câmara termicamente isolada. Neste modelo o objeto aquece pelos princípios da condução, convecção e irradiação. Podemos observar este tipo de forno sendo utilizado em fusão de materiais como chumbo, alumínio, no tratamento térmico de metais, dentre outros, em suma vemos na indústria siderúrgica em geral.
Os fornos de indução têm como principal fundamento as correntes de Foucault para fusão de metais encapsulado em um recipiente isolado termicamente por material refratário e envolvido por uma bobina indutora. Funciona semelhante ao transformador, onde temos a bobina de indução do forno sendo representada pelo primário, já o secundário, em curto-circuito pode ser representado pela carga metálica.
O rendimento do forno de indução está diretamente atrelado a penetração das correntes induzidas no material a ser fundido. Quanto maior a frequência do circuito de indução menor é a penetração das correntes de Foucault, além disso podemos observar que o forno tem uma eficiência maior quando o objeto a ser fundido for constituído de material ferromagnético, e menores quando o objeto for constituído por materiais paramagnéticos como o alumínio e cobre.
Em geral, os fornos de indução são monofásicos, tendo a bobina de indução que ser ligada em duas fases de um sistema trifásico. Em razão disso, no caso de não ter 3(três) fornos iguais ligados ao sistema provoca um desequilíbrio de corrente no sistema alimentador. Para devolver o equilíbrio para o sistema é utilizado um retificador-oscilador como mostrado no esquemático da imagem a seguir.
Os fornos a arco, são aqueles que produzem a fusão dos materiais através das propriedades do arco elétrico, o tipo mais comum na indústria é o forno a arco direto. É constituído basicamente por uma cuba revestida de material refratário onde é posicionado os eletrodos verticalmente ao objeto a ser fundido, geralmente são cargas trifásicas, logo não temos a priori o problema de desequilíbrio do sistema. Este tipo de forno tem duas fases de operação, a primeira chamada de “período de fusão”, é a fase mais crítica de operação pois conta com uma instabilidade do arco elétrico devido ao estado ainda sólido do material a ser fundido. Neste período ocorrem cerca de 60 a 1000 curtos circuitos devido a grandes variações de corrente motivadas pela instabilidade do arco. A segunda fase de operação é denominada de “refino”, caracterizado pela melhor estabilidade do arco.
Esse tipo de carga pode trazer alguns impactos para o sistema elétrico como oscilação na tensão do sistema, produção de harmônicos, desequilíbrio do sistema por falta de fase dentre outros problemas que comprometem a qualidade da energia no sistema elétrico.
Referências Bibliográficas:
Livro: Instalações Elétricas Industriais, João Mamede Filho.
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