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2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 1 Oportunidades de Racionalização de Consumos Parte I Humberto Jorge Mestrado em Engenharia.

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1 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 1 Oportunidades de Racionalização de Consumos Parte I Humberto Jorge Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

2 22003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Oportunidades de Racionalização de Consumos Redes de distribuição Compensação do factor de potência Controlo de consumos

3 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 3 Redes de distribuição Redes industriais Redução de perdas

4 42003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Redes de distribuição Suportam a alimentação das diferentes cargas a partir do PT A transmissão de potência é feita através de cabos cuja selecção e dimensionamento é essencial para o projecto

5 52003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Factores de escolha do tipo de cabos Tensão nominal Condições de utilização Isolamento Isolamento Flexibilidade Flexibilidade Resistência a acções mecânicas Resistência a acções mecânicas Resistência à corrosão Resistência à corrosão Blindagem eléctrica (Interferências) Blindagem eléctrica (Interferências) Temperatura ambiente Temperatura ambiente

6 62003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Perdas por efeito de Joule P = R I 2 - resistividade do condutor (.mm 2 /km) - resistividade do condutor (.mm 2 /km) S - secção do condutor (mm 2 ) L - comprimento do condutor (km)

7 72003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Resistividade dos condutores A resistividade dos metais cresce com a temperatura (um aumento de 25ºC no cobre aumenta as perdas em 10%)

8 82003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Dimensionamento da secção dos cabos Funcionamento à corrente nominal sem sobreaquecimento (protecção das canalizações) Queda de tensão admissível não excedida Em regime de curto-circuito não há sobreaquecimento Optimização das perdas do ponto de vista económico

9 92003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Secção técnica O maior dos três valores encontrados definidos pelos critérios anteriores é designado por secção técnica do cabo

10 102003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Optimização económica Compromisso óptimo entre os encargos de exploração e os encargos de investimento Aumento da secção do cabo: Aumento da secção do cabo: menores perdas maior investimento Encargo anual associado às perdas N - número de condutores percorridos pela corrent; L - comprimento do cabo (km); S - secção de um condutor (mm 2 ); - resistividade do condutor, à temperatura de funcionamento; I - valor eficaz da corrente (A); a - custo da energia (€/kWh); H - número de horas de funcionamento por ano

11 112003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Optimização económica Processo simples de estimação Calcular secção técnica e escolher valor superior Calcular secção técnica e escolher valor superior Avaliar tempo de recuperação de investimento Avaliar tempo de recuperação de investimento Secção deverá ser maior se recuperação de investimento inferior a 3-4 anos Secção deverá ser maior se recuperação de investimento inferior a 3-4 anos Instalações com elevado número de horas S E superior a S T (às vezes atinge valores 4x superior) S E superior a S T (às vezes atinge valores 4x superior) Vantagem adicional de um aumento de secção: diminuição das quedas de tensão

12 122003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Localização do ponto de distribuição de potência (QG/PT) Fora do centro de gravidade das cargas Situação mais desfavorável: U = 4,26%, Perdas = 885 W, L = 245 m No centro de gravidade das cargas Situação mais desfavorável: U = 1,51%, Perdas = 368 W, L = 198m

13 132003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Perdas nos transformadores Perdas no ferro (correntes de magnetização) Correntes de Foucault Correntes de Foucault Perdas por histerese Perdas por histerese Perdas no cobre (dependem da carga) Rendimento actuais são elevados (>95%)

14 142003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Perdas nos transformadores

15 152003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Rendimento dos transformadores

16 162003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Variação do rendimento e das perdas num transformador de potência

17 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 17 Compensação do factor de potência Penalização tarifária Redução de perdas nas redes

18 182003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Potência reactiva Conceitos básicos Factor de potência Factores de potência dos receptores mais usuais Efeitos da energia reactiva nas redes eléctricas Compensação do factor de potência

19 192003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Conceitos básicos Corrente absorvida pelas cargas Componente activa (em fase com a tensão) Componente activa (em fase com a tensão) Componente reactiva (atrasada de 90º em relação à tensão) Componente reactiva (atrasada de 90º em relação à tensão) Potência activa P = V ef x I ef x Cos (W) P = V ef x I ef x Cos (W) Potência Reactiva Q = V ef x I ef x Sin (VAr) Q = V ef x I ef x Sin (VAr) Potência Aparente S = V ef x I ef (VA) S = V ef x I ef (VA)

20 202003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Efeitos da energia reactiva Aumentos das perdas na rede Redução da vida útil dos equipamentos (dispositivos de comando) Penalizações tarifárias Subutilização da capacidade instalada Transformador de maior potência Transformador de maior potência Aparelhagem sobredimensionada Aparelhagem sobredimensionada Cabos de maior secção

21 212003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Aumento das perdas

22 222003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Cabos de maior secção

23 232003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Principais responsáveis pelo consumo de energia reactiva Motores eléctricos Equipamento de iluminação (balastros) Transformadores Soldadura eléctrica Equipamento de rectificação com semicondutores Forno de Indução

24 242003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Valores típicos do factor de potência

25 252003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Factor de potência dos Motores de indução Característica construtiva Característica de utilização

26 262003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Cálculo da potência de Compensação

27 272003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Formas de compensação Individual Por grupos de receptores Geral Combinada, utilizando conjuntamente os métodos anteriores

28 282003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Compensação individual Vantagens Reduz perdas em toda a instalação Reduz perdas em toda a instalação Diminui a carga sobre os circuito de alimentação Diminui a carga sobre os circuito de alimentação Melhora níveis de tensão Melhora níveis de tensãoDesvantagens Despesas maiores de instalação Despesas maiores de instalação Difícil de ajustar potências de compensação para as potências disponíveis Difícil de ajustar potências de compensação para as potências disponíveis

29 292003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Compensação combinada

30 302003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Compensação com regulação automática

31 312003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Exemplo: WC = kWh; WP = kWh; RC = kVAr cosf = (WC+ WP) / ((WC+ WP) 2 + RC 2 ) 1/2 = 0,85 Medida: Correcção do factor de potência p/ 0,95 Redução de custos = euros/ano Investimento = euros/ano pay-back = 8 meses Controlo do Factor de Potência

32 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 32 Controlo de consumos Desvios de consumo Limitação da ponta

33 332003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Desvio de Consumos Gestão do arranque e paragem de cargas em função da hora do dia Transferir consumos de horas de ponta para horas cheias e/ou horas de vazio. Armazenamento de energia

34 342003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Redução nos custos de P HP Por cada kWh deslocado para foras das horas de ponta corresponde a uma redução de: (1/120)* 7,770 = 0,0648 Euros(*) (*) Considerando a opção tarifária MT, MU, ciclo diário (2004)

35 352003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Redução da Ponta Gestão do arranque e paragem de cargas Controlo automático de ponta Armazenamento de energia

36 362003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Meios de Controlo de consumos e diminuição da ponta diferimento temporal de utilizações de electricidade controlo automático de consumos armazenamento de energia

37 372003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Interruptores horários sem calendário, os esquemas de comutação continuam válidos nos feriados falhas de alimentação obrigam a reprogra- mação (se não houver salvaguarda por bateria) número limitado de ciclos de comutação falta de flexibilidade para coordenação de acções falta de flexibilidade para adaptação a novas condições de utilização da energia eléctrica

38 382003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Cargas elegíveis para controlo com constante de tempo elevada as que não funcionam ininterruptamente equipamento não essencial exemplos: aquecedores de água, aparelhos de de ar condicionado, iluminação não essencial, aquecedores de ambiente, carregadores de baterias, moinhos, fornos de indução, equipamento de refrigeração, compressores, ventiladores, separadores electrolíticos, etc.. aquecedores de água, aparelhos de de ar condicionado, iluminação não essencial, aquecedores de ambiente, carregadores de baterias, moinhos, fornos de indução, equipamento de refrigeração, compressores, ventiladores, separadores electrolíticos, etc..

39 392003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Armazenamento de energia

40 402003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Armazenamento Aplicações aquecimento de água aquecimento de águadirectoindirecto aquecimento ambiente aquecimento ambiente arrefecimento ambiente arrefecimento ambiente Exige opções tarifárias adequadas

41 412003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Armazenamento Exº climatizarão aquecimento

42 422003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Comparação de sistemas de armazenamento

43 432003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Comparação de Diagramas


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