2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 1 Oportunidades de Racionalização...

2003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria

11

Oportunidades de Oportunidades de Racionalização de Racionalização de Consumos Parte IConsumos Parte I

Humberto JorgeHumberto Jorge

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de ComputadoresMestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Gestão de Energia em Edifícios e na IndústriaGestão de Energia em Edifícios e na Indústria


Oportunidades de Oportunidades de Racionalização de Consumos Racionalização de Consumos

Redes de distribuiçãoRedes de distribuição

Compensação do factor de potênciaCompensação do factor de potência

Controlo de consumosControlo de consumos


33


Redes industriaisRedes industriais

Redução de perdasRedução de perdas



Suportam a alimentação das diferentes Suportam a alimentação das diferentes cargas a partir do PTcargas a partir do PT

A transmissão de potência é feita A transmissão de potência é feita através de cabos cuja selecção e através de cabos cuja selecção e dimensionamento é essencial para o dimensionamento é essencial para o projectoprojecto


Factores de escolha do tipo Factores de escolha do tipo de cabosde cabos

Tensão nominalTensão nominalCondições de utilizaçãoCondições de utilização IsolamentoIsolamento FlexibilidadeFlexibilidade Resistência a acções mecânicasResistência a acções mecânicas Resistência à corrosãoResistência à corrosão Blindagem eléctrica (Interferências)Blindagem eléctrica (Interferências) Temperatura ambienteTemperatura ambiente


Perdas por efeito de Joule Perdas por efeito de Joule

P = R IP = R I22

- resistividade do condutor (- resistividade do condutor (.mm.mm22/km)/km)

SS - secção do condutor (mm - secção do condutor (mm22))

LL - comprimento do condutor (km) - comprimento do condutor (km)

S

LR


Resistividade dos condutoresResistividade dos condutores

Cobre Alumínio

Resistividade a 20ºC(.mm2/m) 0.0175 0.0289

Coeficiente de variação daresistência com atemperatura (%/ºC)

0.393 0.403

A resistividade dos metais cresce com a temperatura (um aumento de 25ºC no cobre aumenta as perdas em 10%)


Dimensionamento da Dimensionamento da secção dos cabossecção dos cabos

Funcionamento à corrente nominal sem Funcionamento à corrente nominal sem sobreaquecimento sobreaquecimento (protecção das canalizações)(protecção das canalizações)

Queda de tensão admissível não excedidaQueda de tensão admissível não excedida

Em regime de curto-circuito não há Em regime de curto-circuito não há sobreaquecimentosobreaquecimento

Optimização das perdas do ponto de vista Optimização das perdas do ponto de vista económicoeconómico


Secção técnicaSecção técnica

O maior dos três valores encontrados O maior dos três valores encontrados definidos pelos critérios anteriores é definidos pelos critérios anteriores é designado por secção técnica do cabodesignado por secção técnica do cabo


Optimização económicaOptimização económica

Compromisso óptimo entre os encargos de exploração Compromisso óptimo entre os encargos de exploração e os encargos de investimentoe os encargos de investimento Aumento da secção do cabo:Aumento da secção do cabo:

menores perdasmenores perdas

maior investimentomaior investimento

Encargo anual associado às perdasEncargo anual associado às perdas

32

1 10 aHIS

LNC

N - número de condutores percorridos pela corrent; L - comprimento do cabo (km); S - secção de um condutor (mm2); - 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


Optimização económicaOptimização económica

Processo simples de estimaçãoProcesso simples de estimação Calcular secção técnica e escolher valor superiorCalcular secção técnica e escolher valor superior Avaliar tempo de recuperação de investimentoAvaliar tempo de recuperação de investimento Secção deverá ser maior se recuperação de Secção deverá ser maior se recuperação de

investimento inferior a 3-4 anosinvestimento inferior a 3-4 anos

Instalações com elevado número de horasInstalações com elevado número de horas SSEE superior a S superior a STT (às vezes atinge valores 4x superior)(às vezes atinge valores 4x superior)

Vantagem adicional de um aumento de secção: Vantagem adicional de um aumento de secção: diminuição das quedas de tensãodiminuição das quedas de tensão


Localização do ponto de Localização do ponto de distribuição de potência (QG/PT)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


Perdas nos transformadoresPerdas nos transformadores

Perdas no ferro Perdas no ferro (correntes de magnetização)(correntes de magnetização) Correntes de FoucaultCorrentes de Foucault Perdas por histeresePerdas por histerese

Perdas no cobre (dependem da carga)Perdas no cobre (dependem da carga)

Rendimento actuais são elevados (>95%)Rendimento actuais são elevados (>95%)


Perdas nos transformadoresPerdas nos transformadores


Rendimento dos transformadoresRendimento dos transformadores


Variação do rendimento e das perdas Variação do rendimento e das perdas num transformador de potêncianum transformador de potência

90919293949596979899

100

0% 10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%10

0%11

0%12

0%

Carga (%)

Rendim

ento

(%

)

00,511,522,533,544,55

Perd

as

(%)

Perdas

Rendimento


1717

Compensação do Compensação do factor de potênciafactor de potência

Penalização tarifáriaPenalização tarifária

Redução de perdas nas redesRedução de perdas nas redes


Potência reactivaPotência reactiva

Conceitos básicosConceitos básicos

Factor de potênciaFactor de potência

Factores de potência dos receptores mais Factores de potência dos receptores mais usuaisusuais

Efeitos da energia reactiva nas redes Efeitos da energia reactiva nas redes eléctricaseléctricas

Compensação do factor de potênciaCompensação do factor de potência


Conceitos básicosConceitos básicos

Corrente absorvida pelas cargasCorrente absorvida pelas cargas Componente activa Componente activa (em fase com a tensão)(em fase com a tensão)

Componente reactiva Componente reactiva (atrasada de 90º em relação à tensão)(atrasada de 90º em relação à tensão)

Potência activaPotência activa P = VP = Vefef xx I Iefef xx Cos Cos (W) (W)

Potência ReactivaPotência Reactiva Q = VQ = Vefef xx I Iefef xx Sin Sin (VAr) (VAr)

Potência AparentePotência Aparente S = VS = Vefef xx I Iefef (VA) (VA)


Efeitos da energia reactivaEfeitos da energia reactiva

Aumentos das perdas na redeAumentos das perdas na redeRedução da vida útil dos equipamentos Redução da vida útil dos equipamentos (dispositivos de comando)(dispositivos de comando)

Penalizações tarifárias Penalizações tarifárias Subutilização da capacidade instaladaSubutilização da capacidade instalada Transformador de maior potênciaTransformador de maior potência Aparelhagem sobredimensionadaAparelhagem sobredimensionada

Cabos de maior secçãoCabos de maior secção


Aumento das perdasAumento das perdas


Cabos de maior secçãoCabos de maior secção


Principais responsáveis pelo Principais responsáveis pelo consumo de energia reactivaconsumo de energia reactiva

Motores eléctricosMotores eléctricos

Equipamento de iluminação (balastros)Equipamento de iluminação (balastros)

TransformadoresTransformadores

Soldadura eléctricaSoldadura eléctrica

Equipamento de rectificação com Equipamento de rectificação com semicondutoressemicondutores

Forno de InduçãoForno de Indução


Tipo de Equipamento Factor de PotênciaSistemas de Bombagem 0,5 a 0,85Sistemas de Ventilação 0,3 a 0,6

Sistemas de Ar Condicionado 0,6 a 0,8Elevadores 0,7 a 0,9

Iluminação Fluorescente não compensada 0,4 a 0,5Iluminação Fluorescente compensada 0,7 a 0,8

Valores típicos do factor de potência


Factor de potência dos Factor de potência dos Motores de induçãoMotores de indução

Característica construtiva Característica de utilização


Cálculo da potência de Cálculo da potência de CompensaçãoCompensação

1

1

S

PCos

111 tgPQ

212 tgPQ

)( 21121 tgtgPQQQC


Formas de compensaçãoFormas de compensação

IndividualIndividual

Por grupos de receptoresPor grupos de receptores

GeralGeral

Combinada, utilizando conjuntamente os Combinada, utilizando conjuntamente os métodos anterioresmétodos anteriores


Compensação individualCompensação individual

VantagensVantagens Reduz perdas em toda a instalaçãoReduz perdas em toda a instalação Diminui a carga sobre os circuito de alimentaçãoDiminui a carga sobre os circuito de alimentação Melhora níveis de tensãoMelhora níveis de tensão

DesvantagensDesvantagens Despesas maiores de instalaçãoDespesas maiores de instalação Difícil de ajustar potências de compensação para as Difícil de ajustar potências de compensação para as

potências disponíveispotências disponíveis


Compensação combinadaCompensação combinada


Compensação com regulação Compensação com regulação automáticaautomática


Exemplo:

WC = 4.175.658 kWh; WP = 1.722.683 kWh;

RC = 3.641.256 kVAr

cosf = (WC+ WP) / ((WC+ WP)2 + RC2)1/2 = 0,85

Medida: Correcção do factor de potência p/ 0,95

Redução de custos = 18300 euros/ano

Investimento = 12500 euros/ano

pay-back = 8 meses

Controlo do Factor de Potência


3232

Controlo de consumosControlo de consumos

Desvios de consumoDesvios de consumo

Limitação da pontaLimitação da ponta


Desvio de ConsumosDesvio de Consumos

Gestão do arranque e paragem de cargas Gestão do arranque e paragem de cargas em função da hora do diaem função da hora do dia

Transferir consumos de horas de ponta Transferir consumos de horas de ponta para horas cheias e/ou horas de vazio.para horas cheias e/ou horas de vazio.

Armazenamento de energiaArmazenamento de energia


Redução nos custos de PRedução nos custos de PHPHP

Por cada kWh deslocado para foras das Por cada kWh deslocado para foras das horas de ponta corresponde a uma horas de ponta corresponde a uma redução de:redução de:

(1/120)* 7,770 = 0,0648 Euros(*)(1/120)* 7,770 = 0,0648 Euros(*)

(*) Considerando a opção tarifária MT, MU, ciclo diário (2004)(*) Considerando a opção tarifária MT, MU, ciclo diário (2004)


Redução da PontaRedução da Ponta

Gestão do arranque e paragem de cargasGestão do arranque e paragem de cargas

Controlo automático de pontaControlo automático de ponta



Meios de Controlo de consumos Meios de Controlo de consumos e diminuição da pontae diminuição da ponta

diferimento temporal de utilizações de diferimento temporal de utilizações de electricidadeelectricidade

controlo automático de consumoscontrolo automático de consumos

armazenamento de energia armazenamento de energia


Interruptores horáriosInterruptores horáriossem calendário, os esquemas de comutação sem calendário, os esquemas de comutação continuam válidos nos feriadoscontinuam válidos nos feriadosfalhas de alimentação obrigam a reprogra-falhas de alimentação obrigam a reprogra-mação (se não houver salvaguarda por mação (se não houver salvaguarda por bateria)bateria)número limitado de ciclos de comutaçãonúmero limitado de ciclos de comutaçãofalta de flexibilidade para coordenação de falta de flexibilidade para coordenação de acçõesacçõesfalta de flexibilidade para adaptação a novas falta de flexibilidade para adaptação a novas condições de utilização da energia eléctricacondições de utilização da energia eléctrica


Cargas elegíveis para controloCargas elegíveis para controlo

com constante de tempo elevadacom constante de tempo elevada

as que não funcionam ininterruptamenteas que não funcionam ininterruptamente

equipamento não essencialequipamento não essencial

exemplos:exemplos: aquecedores de água, aparelhos de de ar aquecedores de água, aparelhos de de ar

condicionado, iluminação não essencial, condicionado, iluminação não essencial, aquecedores de ambiente, carregadores de aquecedores de ambiente, carregadores de baterias, moinhos, fornos de indução, equipamento baterias, moinhos, fornos de indução, equipamento de refrigeração, compressores, ventiladores, de refrigeração, compressores, ventiladores, separadores electrolíticos, etc..separadores electrolíticos, etc..



fora do vaziovazio vazio

Consumoadicional paraarmazenamento

consumoevitado

diagrama semarmazenamento

diagrama comarmazenamento

kW

h

Consumoadicional paraarmazenamento

........

.


ArmazenamentoArmazenamento

AplicaçõesAplicações aquecimento de águaaquecimento de água

directodirecto

indirectoindirecto aquecimento ambienteaquecimento ambiente arrefecimento ambientearrefecimento ambiente

Exige opções tarifárias adequadasExige opções tarifárias adequadas


ArmazenamentoArmazenamentoExº climatizarão aquecimentoExº climatizarão aquecimento


Comparação de sistemas de armazenamentoComparação de sistemas de armazenamento


Comparação de DiagramasComparação de Diagramas

2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 1 Oportunidades de Racionalização...

Documents

Transcript of 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 1 Oportunidades de Racionalização...