EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DA SUPERINTENDÊNCIA … VIANA FEITOSA.pdf · Tabela 3.2 – Equivalência...

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DA SUPERINTENDÊNCIA FEDERAL DA AGRICULTURA, PECUÁRIA E

ABASTECIMENTO

Marcos Viana Feitosa

Fortaleza Junho de 2011

ii

MARCOS VIANA FEITOSA

EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DA SUPERITENDÊNCIA FEDERAL DA AGRICULTURA, PECUÁRIA E

ABASTECIMENTO

Trabalho de Conclusão de Curso submetido à

Universidade Federal do Ceará como parte dos

requisitos para obtenção do título de graduado

em Engenharia Elétrica.

Orientador: Prof. M.Sc. Tomaz Nunes

Cavalcante Neto

.

Fortaleza Junho de 2011

iii

MARCOS VIANA FEITOSA

EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DA SUPERITENDÊNCIA FEDERAL DA AGRICULTURA, PECUÁRIA E

ABASTECIMENTO

Este trabalho de conclusão de curso foi julgado adequado para obtenção do título de

Graduado em Engenharia Elétrica e aprovada em sua forma final pela Coordenação do Curso

de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Ceará.

______________________________________________________

Marcos Viana Feitosa

Banca Examinadora:

______________________________________________________

Prof. Tomaz Nunes Cavalcante Neto, M.Sc.

______________________________________________________

Prof. Alexandre Rocha Filgueiras, M.Sc.

______________________________________________________

Prof. Carlos Gustavo Castelo Branco, M.Sc.

Fortaleza, Junho de 2011

iv

Feitosa, M. V. e “Eficiência energética da Superintendência Federal da Agricultura, Pecuária

e Abastecimento”, Universidade Federal do Ceará – UFC, 2011.

Este trabalho apresenta técnicas de eficiência energética úteis para unidades consumidoras comerciais ou administrativas. Apresenta informações sobre gerenciamento de fatura de energia, eficiência energética em sistemas de iluminação, climatização, correção de fator de potência e análise econômica. Primeiramente fez-se um levantamento de carga da Superintendência Federal da Agricultura, Pecuária e Abastecimento para verificar potenciais pontos para se realizar eficiência energética, depois analisou-se a fatura de energia e verificou-se problemas com excedente reativo. Através dos dados da fatura de energia e da telemedição foi possível realizar simulações de troca de tarifa e análises econômicas. No caso de iluminação e climatização é possível reduzir o consumo de energia em 30% através da eficiência energética. A conscientização das pessoal para evitar o desperdício de energia e também algumas medidas administrativas podem ajudar a melhorar a eficiência energética.

Palavras-Chave: Eficiência energética, iluminação, climatização, fator de potência,

análise econômica

v

Feitosa, M. V. e “Energetics efficiency of the Superintendência Federal da Agricultura, Pecuária e Abastecimento”, Universidade Federal do Ceará – UFC, 2011.

This work presents techniques for energetics efficiency useful for consumer units commercial

or administrative. Presents information on management of bill for energy, energetics

efficiency in lighting systems, climatization, correction factor of power and economic

analysis. It was first necessary to know the electrical charge of the Superintendência Federal

da Agricultura, Pecuária e Abastecimento to check for potential points to perform energy

efficiency, then analyzed the energy bill and found problems with excess reactive power.

Using data from the energy bill and telemetering was possible to perform simulations of rate

change of energy and economic analysis. In the case of lighting and climatization is possible

reduce energy consumption by 30% through energy efficiency. The awareness of people to

avoid the waste of energy and also some change administrative may help improve energy

efficiency.

Keywords: energetics efficiency, illumination, climatization, factor of Power, economic

analysis.

SUMÁRIO

vi

SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................. viii

LISTA DE TABELAS .............................................................................................................. ix

SIMBOLOGIA ........................................................................................................................... x

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 1

CAPÍTULO 2

GERENCIAMENTO DA FATURA DE ENERGIA ................................................................. 3

2.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS .................................................................................. 3

2.2 DEFINIÇÕES E CONCEITOS .................................................................................. 3

2.3 TENSÃO DE FORNECIMENTO .............................................................................. 5

2.4 ESTRUTURA TARIFÁRIA ...................................................................................... 6

2.4.1 FATURAMENTO .............................................................................................. 7

2.5 ANÁLISE DO PERFIL DE UTILIZAÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA ................. 7

2.6 INDICADORES DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ................................................. 8

2.6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ..................................................................................... 9

CAPÍTULO 3

TÉCNICAS DE EFICIENTIZAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ......................................... 11

3.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ................................................................................ 11

3.2 ILUMINAÇÃO ........................................................................................................ 11

3.2.1 DEFINIÇÕES ................................................................................................... 11

3.2.2 PRINCIPAIS TIPOS DE LÂMPADAS ........................................................... 13

3.2.3 MEDIDAS DE IMPLEMENTAÇÃO A CURTO PRAZO ............................. 16

3.3 CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA ............................................................ 18

3.3.1 CONCEITOS .................................................................................................... 18

3.3.2 TIPOS DE CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA .................................. 19

3.3.3 MÉTODOS DE CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA .......................... 21

3.4 CLIMATIZAÇÃO .................................................................................................... 22

3.4.1 MEDIDAS A CURTO PRAZO ....................................................................... 23

3.4.2 MEDIDAS A MÉDIO PRAZO ........................................................................ 23

3.4.3 MEDIDAS A LONGO PRAZO ....................................................................... 24

3.5 AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE INVESTIMENTOS EM EFICIÊNCIA

ENERGÉTICA ..................................................................................................................... 24

SUMÁRIO

vii

3.5.1 CONCEITOS BÁSICOS .................................................................................. 24

3.5.2 CRITÉRIOS PARA TOMADA DE DECISÃO ............................................... 25

3.6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 26

CAPÍTULO 4

ESTUDO DE CASO ................................................................................................................ 28

4.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ................................................................................ 28

4.2 MUDANÇA DE TARIFAÇÃO ............................................................................... 28

4.3 ILUMINAÇÃO ........................................................................................................ 33

4.4 CLIMATIZAÇÃO .................................................................................................... 35

4.5 CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA ............................................................. 37

4.6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 39

CAPÍTULO 5

CONCLUSÃO .......................................................................................................................... 40

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 41

APÊNDICE A – LEVANTAMENTO DE CARGA DA SFA ................................................. 43

LISTA DE FIGURAS

viii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 – Consumo de energia elétrica no Brasil. ................................................................. 1

Figura 3.1 – Difusor para luminária com lâmpada fluorescente .............................................. 12

Figura 3.2 – Tabela de reatores para lâmpadas fluorescentes .................................................. 13

Figura 3.3 – Eficiência luminosa das lâmpadas ....................................................................... 16

Figura 3.4 – Triângulo de potência ........................................................................................... 18

Figura 3.5 – Fatores para correção do fator de potência .......................................................... 22

Figura 3.6 – Exemplo de fluxo de caixa ................................................................................... 25

Figura 4.1 – Histórico de consumo e demanda ........................................................................ 33

Figura 4.2 – Correção do fator de potencia para 0,95 no mês de abril de 2011. ...................... 37

LISTA DE TABELAS

ix

LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 – Subgrupos do grupo A ........................................................................................... 5

Tabela 3.1 – Fatores de manutenção ........................................................................................ 12

Tabela 3.2 – Equivalência de fluxo luminoso entre lâmpadas incandescentes e compactas.... 18

Tabela 4.1 – Dados da conta de abril de 2011 .......................................................................... 28

Tabela 4.2 – Preços de demanda e consumo para tarifa verde e convencional ........................ 31

Tabela 4.3 – Simulação de mudança de tarifa para horosazonal verde .................................... 31

Tabela 4.4 – Resultados obtidos através da telemedição ......................................................... 32

Tabela 4.5 – Economia dos quatro primeiros meses com tarifa verde ..................................... 32

Tabela 4.6 – Mudança de lâmpadas fluorescentes ................................................................... 33

Tabela 4.7 – Mudança de reator ............................................................................................... 34

Tabela 4.8 – Mudança para lâmpada incandescente................................................................. 34

Tabela 4.9 – Custo das lâmpadas e reatores ............................................................................. 34

Tabela 4.10 – Resultado da eficientização da iluminação ........................................................ 35

Tabela 4.11 – Cálculo econômico para iluminação .................................................................. 35

Tabela 4.12 – Quantidade de aparelhos de ar-condicionado .................................................... 36

Tabela 4.13 – Resultado da eficientização da climatização ..................................................... 36

Tabela 4.14– Análise econômica para climatização ................................................................. 36

Tabela 4.15 – Dados do momento de maior potência reativa .................................................. 37

Tabela 4.16 – Análise economia para correção do fator de potência ....................................... 38

Tabela 4.17 – Análise econômica incluindo todos os investimentos ....................................... 39

SIMBOLOGIA

x

SIMBOLOGIA

Símbolo Significado

BTU Unidade Termina Britânica

CA Consumo de energia no mês

Cam consumo de energia ativa registrada no mês

Cat consumo de energia ativa

CMe Custo médio de energia

Dam Demanda de potência ativa máxima

Dat demanda de potência ativa

Dc Demanda contratada

Df demanda de potência ativa faturável

Dfp demanda de potência ativa faturada em cada posto horário

DMAX Demanda máxima

DMED Demanda média

DR Demanda registrada

EL Eficiência luminosa

F Horário fora de ponta

FC Fator de carga

Fdr Faturamento de demanda de potência reativa excedente

Fdrp Faturamento de demanda de potência reativa excedente por posto tarifário

Fer Faturamento de consumo de energia reativa excedente

Ferp Faturamento de consumo de energia reativa excedente por posto tarifário

FP Fator de potência

Fpp Fator de potência calculado de hora em hora

Grupo A Unidades consumidoras com fornecimento em tensão igual ou superior a

2,3kV

Grupo B Unidades consumidoras com fornecimento em tensão inferior a 2,3kV

GWh Gigawatt-hora

I Investimento inicial

IRC Índice de reprodução de cores

K Juros

kV Quilovolt

SIMBOLOGIA

xi


kVArh Quilovolt-ampère-reativo-hora

kW Quilowatts

kWh Quilowatts-hora

max função que indica o maior valor da expressão

P Horário de ponta

Pat potência ativa

Payback Tempo de retorno de capital

Pc potência do capacitor

R$ Reais

Tda tarifa de demanda de potência ativa

Tdap tarifa de demanda de potência ativa por posto tarifário

Tea tarifa de energia ativa

Teap tarifa de energia ativa por posto tarifário

TIR Taxa Interna de retorno

VPL Valor presente líquidoNível alto da corrente que circula em Lb1 ou Lb2

W Watt

∆t Intervalo de tempo

Acrônimos e Abreviaturas:


ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica

COELCE Companhia Energética do Ceará

PROCEL Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica

SFA Superintendência Federal de Agricultura Pecuária e Abastecimento

Introdução

1

INTRODUÇÃO

A eficiência energética ganhou força no Brasil como uma das soluções para o “apagão”

de 2001. A principal causa do apagão se deve ao fato de que a oferta de energia não era sufi-

ciente para suprir a demanda. De 1991 até 2001, a média ao ano do crescimento do consumo

de energia era de 4,1% e a média de crescimento de produção era de 3,3%. Observa-se um

defasamento entre o crescimento da oferta e da demanda de 10%, praticamente [2].

A energia hidráulica contribui com cerca de 75% da energia elétrica gerada no Brasil..

Em 2000, o Brasil optou pela implantação de termelétricas como foco de crescimento da ge-

ração de energia elétrica e lançou o Programa Prioritário de Termoeletricidade (PPT). Porém

o programa não surtiu efeito, pois o tempo médio de implantação de uma termoelétrica é de 2

anos.

Em 2001, aconteceu o racionamento que visava uma redução média de 20%, tendo vari-

ações de meta e tempo de racionamento dependendo do estado e da característica do consu-

midor. Para alcançar esse objetivo uma das soluções apresentadas foi o Programa de Conser-

vação e uso eficiente de energia. Pode-se dizer que o racionamento obteve sucesso, pois hou-

ve a redução desejada e não aconteceram os “apagões” que seria desligar a energia de bairros

ou cidades por determinado períodos para alcançar a redução necessária de consumo de ener-

gia. Para surpresa de muitos a redução no consumo durou mesmo após o fim do racionamento

como pode ser visto na Figura 1.1 [1].

Figura 1.1 – Consumo de energia elétrica no Brasil.

Introdução

2

É importante saber a diferença entre eficiência energética e racionamento de energia.

Racionamento de energia é reduzir o tempo de serviço energético, enquanto eficiência energé-

tica é redução da energia para a realização de um mesmo serviço.

A eficiência energética traz muitas vantagens como:

- diminui emissões e impacto ao meio ambiente;

- aumenta a consciência contra o desperdício, melhoria em processos e equipamentos;

- aumento da produtividade e competitividade nas empresas;

- diminui o consumo na ponta do sistema para as concessionárias.

Porém, existem barreiras para se implantar um programa de eficiência energética como:

- o preço dos equipamentos mais eficientes tendem a serem maiores;

- muitas empresas querem retorno a curto prazo de seus investimentos em eficiência e-

nergética;

- mito de energia farta e barata;

- falta de pessoal capacitado para operar nesse mercado de trabalho. [3]

Este trabalho está voltado para eficiência energética de unidades consumidores comer-

ciais ou administrativas. O objetivo é reduzir o custo da energia elétrica, seja através de equi-

pamentos mais eficientes, seja por medidas que reduzam o desperdício de energia.

O capítulo 2 apresenta conceitos e definições importantes para conhecer uma fatura de

energia de alta tensão. Serão mostrado indicadores de eficiência e o que deve ser verificado

para escolher a melhor tarifa.

O capítulo 3 apresenta medidas a curto, médio e longo prazo para melhorar a eficiência

energética. Também mostra como fazer a análise econômica de soluções propostas.

O caso teste é apresentado no capítulo 4. São realizadas varias simulações e apresenta-

das várias soluções de eficiência energética que podem ser implantadas separadamente.

Ao final são apresentadas conclusões no capítulo 5.

CAPÍTULO 2 – Gerenciamento da fatura de energia.

3

CAPÍTULO 2

GERENCIAMENTO DA FATURA DE ENERGIA

2.1 - CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Quando um consumidor de energia pensa em realizar um programa de eficiência ener-

gética, o mais importante para ele é saber o quanto de custo será reduzido na sua conta.

A conta de energia é uma síntese dos parâmetros de consumo. Uma análise histórica da

fatura apresenta ricas informações que serão base para futuras mudanças. A escolha de tarifa-

ção errada pode acarretar grandes prejuízos. Assim compreender as informações de um fatura

e como são calculados cada parcela da fatura são importantes para uma correta tomada de de-

cisão em projetos de eficiência energética.

2.2 - DEFINIÇÕES E CONCEITOS

É necessário conhecer algumas definições para facilitar o entendimento de uma fatura

de energia. [6]

Energia elétrica ativa – é o uso da potência ativa durante qualquer intervalo de tempo,

sua unidade é o quilowatts-hora(kWh).

Energia elétrica reativa – É a energia elétrica que circula continuamente entre os diver-

sos campos elétricos e magnéticos de um sistema de corrente alternada, sem produzir traba-

lho, expressa em quilovolt-ampère-reativo-hora (kVArh)

Demanda – é a média das potências elétricas ativas ou reativas, solicitadas ao sistema

elétrico pela parcela da carga instalada em operação na unidade consumidora, durante um in-

tervalo de tempo especificado. A demanda é expressa em quilowatts (kW) e o intervalo de

tempo adotado no Brasil é de 15 minutos.

Demanda medida – é a maior demanda de potência ativa registrada durante o período de

faturamento, expressa em (kW).

Demanda contratada – demanda de potência ativa a ser obrigatoriamente e continua-

mente disponibilizada pela concessionária conforme valor e período de vigência fixados no

contrato de fornecimento e que deverá ser integralmente paga, seja ou não utilizada, durante o

período de faturamento.


4

Demanda faturável – geralmente a demanda faturada é a maior demanda entre a deman-

da medida e a demanda contratada.

Fator de carga(FC) – é a razão entre a demanda média e a demanda máxima da unidade

consumidora, ocorridas no mesmo intervalo de tempo especificado. O fator de carga indica o

quanto ociosa é a unidade consumidora.(1.1)

(2.1)

Fator de potência(FP) – é a razão entre a energia elétrica ativa e a raiz quadrada da soma

dos quadrados das energias elétricas ativa e reativa, consumidas num mesmo período especi-

ficado.

Horário de ponta(P) – é o período definido pela concessionária e composto por 3(três)

horas diárias consecutivas definido pela concessionária, exceção feita aos sábados, domingos,

terças feira de carnaval, sexta-feira da Paixão, “Corpus Christi”, dia de finados e os demais

feriados definidos por lei federal, considerando as características do seu sistema elétrico.

Horário fora de ponta (F) – é o período composto pelo conjunto de horas complementa-

res àquelas definidas no horário de ponta.

Período seco – período de 7 meses consecutivos iniciando-se em maio e finalizando-se

em novembro de cada ano. É em geral o período de pouca e chuva e com tarifas de consumo

de energia um pouco mais cara.

Período úmido – período de 5 meses iniciando-se em dezembro de um ano e finalizan-

do-se em abril do ano seguinte. É geralmente o período com mais chuva e, por isso, a tarifa é

menor quando comparado com o período seco.

Consumidor – pessoa física ou jurídica que solicitar a concessionária o fornecimento de

energia elétrica e assumir responsabilidade de pagamento das faturas e pelas demais obriga-

ções fixadas em normas e regulamentos da ANEEL(Agência Nacional de Energia Elétrica).

Unidade consumidora – Conjunto de instalações e equipamentos elétricos caracterizado

pelo recebimento de energia elétrica em um só ponto de entrega, com medição individualiza-

da e correspondente a um único consumidor[6].


5

2.3 - TENSÃO DE FORNECIMENTO

As unidades consumidoras são dividias em grupos, dependendo do nível de tensão for-

necida pela concessionária. O nível de tensão depende da carga instalada da unidade consu-

midora. A concessionária deve estabelecer e informar ao interessado a tensão de fornecimen-

to, observando os seguintes limites:

• Tensão secundária de distribuição: quando a carga instalada na unidade consu-

midora for igual ou inferior a 75 kW;

• Tensão primária de distribuição inferior a 69 kV: quando a carga instalada na

unidade consumidora for superior a 75 kW e a demanda contratada ou estimada

pelo interessado for igual ou inferior a 2500 kW

• Tensão rimaria de distribuição igual ou superior a 69kV quando a demanda con-

tratada for superior a 2500 kW.

Para fins de faturamento as unidades consumidoras são dividas em dois grupos tarifá-

rios. “Grupo B” (baixa tensão) para unidades consumidoras com tensão de fornecimento infe-

rior a 2300 Volts. “Grupo A” (alta tensão) para unidades consumidoras com tensão de forne-

cimento igual ou superior a 2300 Volts.

Há subgrupos tanto no grupo A como no grupo B. O grupo A é caracterizado por ter ta-

rifa binômia (paga por consumo e por demanda) e subdividido nos subgrupos: A1, A2, A3,

A3a, A4 e A5.

Tabela 2.1 – Subgrupos do grupo A

Subgrupo Tensão de fornecimento

A1 ≥ 230 kV

A2 88 kV a 138kV

A3 69 kV

A3a 30 kV a 44 kV

A4 2,4 kV a 25kV

A5 subterrâneo


6

Subgrupo B é caracterizado por ter tarifa monômia (paga apenas consumo) e subdividi-

do nos seguintes grupos:

• Subgrupo B1- residencial;

• Subgrupo B1- residencial de baixa renda;

• Subgrupo B2 – rural;

• Subgrupo B2 – cooperativa de eletrificação rural;

• Subgrupo B2 – serviço público de irrigação;

• Subgrupo B3 – demais classes;

• Subgrupo B4 – iluminação pública [4].

2.4 - ESTRUTURA TARIFÁRIA

A estrutura tarifária convencional é caracterizada pela aplicação de tarifas de consumo

de energia elétrica e/ou à demanda de potência independente das horas de utilização do dia e

dos períodos do ano.

A estrutura tarifária horosazonal tem tarifas diferenciadas de consumo de energia elétri-

ca e de demanda de potência dependendo do horário do dia e do período do ano.

Tarifa azul tem aplicação de tarifas diferenciadas de consumo de energia dependendo do

horário do dia e período do ano e também tarifas diferenciadas para a demanda dependendo

do horário do dia.

Tarifa verde tem aplicação de tarifas diferenciadas de consumo de energia dependendo

do horário do dia e período do ano e tarifa única para demanda.

Os critérios de inclusão na tarifa convencional ou horo-sazonal seguem as seguintes

condições:

• Tarifa convencional para unidades consumidoras com tensão inferior a 69kV e

demanda contratada inferior a 300kW;

• Compulsoriamente tarifa horo-sazonal para unidades consumidoras com tensão

igual ou superior a 69kV;

• Compulsoriamente tarifa horo-sazonal azul ou verde quando a tensão da unidade

consumidora for inferior a 69kV, a demanda contratada for igual ou superior a


7

300kW ou nos últimos onze ciclos de faturamento, três registros consecultivos

ou seis alternados de demandas medidas iguais ou superiores a 300kW;

• Opcionalmente na tarifa horo-sazonal azul ou verde quando a tensão da unidade

consumidora for inferior a 69kV e a demanda contratada inferior a 300kW.

2.4.1 - FATURAMENTO

Demanda faturável: maior valor dentre os definidos a seguir.

• Demanda contratada ou a demanda medida, exceto se a classificada como Rural

ou reconhecida como sazonal;

• Demanda medida no ciclo de faturamento ou 10% da maior demanda medida em

qualquer dos onze ciclos completos de faturamento anteriores, caso de unidade

consumidora na tarifa convencional, classificada como Rural ou reconhecida

como sazonal.

Demanda medida no ciclo de faturamento ou 10% da maior demanda medida em qual-

quer dos onze ciclos completos de faturamento anteriores, caso de unidade consumidora na

tarifa horo-sazonal, classificada como Rural ou reconhecida como sazonal.

Consumo de energia elétrica ativa: a maior entre a energia elétrica ativa contratada se

houver, e energia elétrica ativa medida no período de faturamento.

Consumo de energia elétrica e demanda de potência reativas excedentes: quando o fator

de potência da unidade consumidora for inferior a 0,92 indutivo ou capacitivo.

Tarifa de ultrapassagem: será aplicada a tarifa de ultrapassagem sobre a parcela que ul-

trapassar a demanda contratada e superior ao limite de tolerância de 5%. A tarifa de ultrapas-

sagem corresponde a duas vezes o valor da tarifa normal de demanda.

2.5 - ANÁLISE DO PERFIL DE UTILIZAÇÃO DA ENERGIA EL ÉTRICA

Há possibilidade de otimização da demanda através do aumento de eficiência dos siste-

mas consumidores. Outras possibilidades de otimização devem ser consideradas como a aná-

lise tarifária e a correção do fator de potência.


8

Serão analisadas as demandas de potência contratada, demanda medida e demanda fatu-

rada da fatura de energia. O objetivo é reduzir ou mesmo eliminar a ociosidade e ultrapassa-

gens de demanda.

A unidade consumidora estará trabalhando adequadamente quando os valores de de-

manda contratada, medida e faturada tiverem o mesmo valor ou apresentarem valores próxi-

mos, desta forma estará pagando apenas aqui que realmente necessita.

O super ou subdimensionamento da demanda contratada gera aumento nos custos que

devem ser evitado.

Se a demanda medida for menor que a contratada será faturada a demanda contratada.

Se a demanda medida for superior a demanda contrata e ultrapassar o percentual limite de 5%,

será pago multa por ultrapassagem de demanda.

Tarifa horo-sazonal apresenta maior possibilidade de gerenciamento das despesas com

energia. A otimização tarifária é a escolha da tarifa mais conveniente para a unidade consu-

midora, considerando o seu regime de funcionamento, característica do processo de trabalho,

oportunidade ou possibilidade de fazer modulação de carga.

Para determinar a melhor sistema de tarifação é preciso considerar:

• Os valores médios mensais de consumo e demanda na ponta e fora de ponta;

• A possibilidade de deslocamento do horário de trabalho de diversos equipamen-

tos para minimizar o consumo e demanda no horário de ponta;

• Valores médios mensais a serem faturados em cada um dos segmentos horosa-

zonais;

• As despesas mensais de cada um dos sistemas tarifários

2.6 - INDICADORES DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

Os indicadores de eficiência mais comuns e os que apresentam maior utilização, pode-

se destacar:

• Fator de carga da instalação;

• Custo médio de energia.

Fator de carga mostra como a energia é utilizada ao longo do tempo. Um fator de carga

baixo indica que houve concentração de consumo de energia num curto período de tempo.

Fator de carga alto indica que as cargas elétricas foram utilizadas de forma racional ao longo

do tempo.


9

As informações para calcular o fator de carga podem ser encontrado nos dados das con-

tas de energia.

Uma solução para aumentar o fator de carga é reduzir a demanda conservando o mesmo

consumo. Para isso é necessário um levantamento das cargas e do seu horário de funciona-

mento. Identificar e deslocar o período de operação equipamentos que funcionam no horário

de demanda máxima, reduzindo assim a demanda medida.

Outra solução é aumentar o consumo e manter a demanda. Aqui é necessário identificar

máquinas e horários ociosos para adicionar turnos de trabalho.

Lembrando que:

(2.2)

FC – fator de carga do mês na ponta e fora de ponta;

CA – consumo de energia (kWh) no mês na ponta e fora de ponta;

h – número médio de horas no mês, sendo 66h para a ponta e 664h para o período fora

de ponta;

DR – demanda registrada máxima do mês na ponta e fora de ponta.

Para a análise do custo médio de energia, tem-se:

(2.3)

CMe – Custo médio de energia (R$/kWh) [4]

Uma boa referência para analisar o preço médio é R$0,45/kWh. Se o resultado da anali-

se de uma conta resultar em um preço médio superior a R$0,45/kWh, significa que provavel-

mente há uma tarifação melhor a ser escolhida. Um resultado inferior a R$0,45/kWh é um re-

sultado aceitável. Caso o preço médio seja menor que R$0,30/kWh, significa um excelente

preço médio e provavelmente não há outra tarifa melhor.

2.6 – CONSIDERAÇÕES FINAIS

Para analisar a fatura de energia verifica-se primeiro a modalidade tarifária da unidade

consumidora. Depois é necessário verificar se há problemas com excedente reativo ou ultra-


10

passagem de demanda. Próximo passo é verificar se a demanda contratada está adequada para

a demanda medida do mês e se também está adequada observando o histórico de demanda

medida dos últimos 12 meses. Depois é calcular o preço médio e o fator de carga para analisar

se a modalidade tarifária está adequada e se a energia está sendo bem utilizada.

Realizando estes passos é possível descobrir todos os problemas que podem aparecer

numa fatura de energia para propor soluções.

CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica

11

CAPÍTULO 3

TÉCNICAS DE EFICIENTIZAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA


Há basicamente duas formas de alcançar eficiência energética que podem ser aplicadas

em qualquer área. A primeira é reduzir o consumo através da troca de equipamentos por ou-

tros com maior eficiência. A segunda são medidas para evitar o desperdício de energia elétri-

ca. Para isso é necessário conscientizar para que fiquem sempre atentas aos possíveis desper-

dícios.

Este capítulo apresenta informações sobre eficiência energética na área de iluminação,

climatização, correção de fator de potência e avaliação econômica de investimentos.

3.2 - ILUMINAÇÃO

No Brasil a iluminação consome cerca de 46.000 GWh/ano o que representa cerca de

15% de toda a energia consumida. A iluminação é responsável por, aproximadamente, 23%

de energia elétrica no setor residencial, 44% no setor comercial e serviços públicos e 1% no

setor industrial. [4]

3.2.1 – DEFINIÇÕES

Controlador de luz – é a parte da luminária responsável por modificar o fluxo luminoso

das lâmpadas. Podendo ser do tipo refletor, refrator, difusor lente ou colméia. O tipo escolhi-

do irá influenciar no rendimento da lâmpada.

Iluminância – é definida como sendo o fluxo luminoso incidente por unidade de área. A

unidade de medida usual é o lux.

Depreciação do fluxo luminoso – é a diminuição da iluminância que pode ocorrer devi-

do ao próprio decréscimo do fluxo luminoso da lâmpada ao passar do tempo e também ao a-

cúmulo de poeira na lâmpada ou luminária.


12

Difusor – Dispositivo colocado em frente à fonte de luz com a finalidade de diminuir

sua luminância, reduzindo a possibilidade de ofuscamento. Se for conveniente, utilizar lumi-

nárias sem difusor, pois melhora o rendimento da lâmpada. [5]

Figura 3.1 – Difusor para luminária com lâmpada fluorescente [5]

Eficiência Luminosa (EL) – Representa a eficiência da lâmpada. É a razão entre o fluxo

luminoso total emitido em lumens e a potência consumida em watts.

Fator de manutenção – é a iluminação média no plano de trabalho após certo período de

uso.

Tabela 3.1 – fatores de manutenção [5]

Período de uso sem

limpeza (meses)

Ambiente

limpo

Ambiente

médio

Ambiente

sujo

0 1,00 1,00 1,00

2 0,97 0,92 0,85

4 0,95 0,87 0,76

6 0,93 0,85 0,70

8 0,92 0,82 0,66

10 0,91 0,80 0,63

12 0,90 0,78 0,61

14 0,89 0,77 0,59

16 0,88 0,76 0,57

18 0,87 0,75 0,56

20 0,86 0,74 0,54

Fator de utilização – é um índice da luminária que é influenciado pelas cores do teto,

parede e chão. Quanto mais claras as cores, maior será o rendimento da luminária.


13

Índice de reprodução de cores (IRC) – é a habilidade que a fonte luminosa tem de re-

produzir fielmente as cores de vários objetos por ela iluminada. O melhor índice possível é

100.

Reator – é equipamento fornece tensão adequada para dar partida em lâmpada fluores-

cente e limitar a corrente da lâmpada. Pode ser do tipo magnético ou eletrônico, com partida

rápida ou convencional, e com baixo ou alto fator de potência. O tipo de reator utilizado in-

fluenciará no consumo de energia como pode ser visto na figura 3.2.[5]

Figura 3.2 – Tabela de reatores para lâmpadas fluorescentes [13]

Pela Figura 3.2 observa-se que um reator para luminária dupla de 40W tem perdas mé-

dia de 23W, isso é mais que a metade da potência de uma das lâmpada. Um reator eletrônico

tem em média perdas entre 2W e 6W. Para este caso pode-se ter uma economia de no mínimo

17W com a troca do reator.

3.2.2 PRINCIPAIS TIPOS DE LÂMPADAS

Serão apresentadas informações sobre os principais tipos de lâmpadas e depois um grá-

fico que expõe a eficiência luminosa de cada uma delas.


14

3.2.2.1 - INCANDESCENTE COMUM

• Excelente reprodução de cores. IRC = 100;

• Baixa eficiência energética;

• Vida útil de 1000 horas;

• Não exige equipamentos auxiliares para funcionar;

• Grande variedade de formas.

3.2.2.2 - INCANDESCENTE HALÓGENA

• Excelente reprodução de cores;


• Eficiência luminosa maior que a incandescente comum;

• Exige equipamentos auxiliares, dependendo da tensão;

• Vários tamanhos, inclusive com refletores.

3.2.2.4 - FLUORESCENTE

• Boa de reprodução de cores;

• Boa eficiência luminosa;

• Vida útil de 7500 a 20000 horas;

• Exige equipamentos auxiliares: reator e starter (partida convencional) ou só rea-

tor (partida rápida);

• Forma tubular.

3.2.2.5 - FLUORESCENTE COMPACTA

• Boa reprodução de cores;



15


• Necessita de reator, porém já vem embutido na lâmpada;

• Pequenas dimensões.

3.2.2.6 - MISTA

• Moderada reprodução de cores;


• Eficiência luminosa moderada;

• Não exige o uso de equipamentos auxiliares.

3.2.2.7 VAPOR DE MERCÚRIO

• Moderada reprodução de cores;



• Exige uso de reator.

3.2.2.8 - VAPOR DE METÁLICO

• Boa reprodução de cores;



• Exige uso de reator.

3.2.2.9 - VAPOR DE SÓDIO ALTA PRESSÃO

• Pobre reprodução de cores;

• Alta eficiência luminosa;


16


• Exige uso de reator e ignitor. [4]

Figura 3.3 – Eficiência luminosa das lâmpadas [15]

Deve-se evitar o uso de lâmpadas incandescentes devido à baixa eficiência luminosa.

Lâmpadas de vapor metálico ou sódio são recomendadas apenas para ambientes externos, pois

apresentam baixo IRC. Assim, a fluorescente tubular é a lâmpada que apresenta melhor efici-

ência luminosa para ambientes externo.

3.2.3 – MEDIDAS DE IMPLEMENTAÇÃO A CURTO PRAZO

• Evitar o uso de refratores opacos que eleva o índice de absorção dos raios em até

30%;

• A iluminação dos ambientes deve ser desligada sempre que não houver a pre-

sença de pessoas. Uma solução para este caso é o uso de sensores de presença

para ativar a iluminação;

• Sempre que possível utilizar apenas uma lâmpada de maior potência em vez de

várias lâmpadas de menor potência, pois quanto maior a potência da lâmpada


17

maior será seu rendimento. Porém, pode ter o inconveniente de quando queimar

a lâmpada, o local ficará sem iluminação;

• Evitar uso de lâmpadas incandescentes e caso seja necessário usá-la, escolha uti-

lizar lâmpadas com bulbo transparente;

• As luminárias devem ser instaladas abaixo (com relação à altura da instalação)

das vigas do teto dos ambientes

• Utilizar lâmpadas fluorescentes T8 de 16 ou 32W em substituição as lâmpadas

fluorescentes comuns T10 de 20 e 40W, respectivamente;

• Lâmpadas incandescentes podem ser substituídas por lâmpadas fluorescentes

compactas de acordo com a Tabela 3.2.

Tabela 3.2 – Equivalência de fluxo luminoso entre lâmpadas incandescentes e compactas [5]

Tensão Lâmpadas Incandescentes Lâmpadas Compactas

Volts (Watt)

127

25 5

40 9

50 13

60

15 70

75

80 20

90 25

100

220

25 5

30 9

40

50 11

60

70 15

75

80 20

90 23

100 25


18

Para que o nível de iluminação seja mantido ao longo do tempo é necessário algumas ta-

refas de manutenção.

• As paredes, o forro e as janelas devem ser limpas com determinada freqüência.

Normalmente o projetista da iluminação indica o tempo entre as manutenções.

• As luminárias devem ser limpas com freqüência. Sujeira reduz a iluminância. [5]

3.3 – CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA

3.3.1 – CONCEITOS

Unidades consumidoras utilizam varias cargas que consomem energia reativa indutiva,

como: transformadores, motores, reatores para lâmpadas de descarga, fornos de indução, entre

outros. Cargas indutivas requerem dois tipos de potência para seu funcionamento.

Potência ativa: é a potência que efetivamente realiza trabalho gerando calor, luz, movi-

mento, etc.

Potência reativa: potência usada para criar e manter os campos eletromagnéticos das

cargas indutivas. Além de não realizar trabalho a potência reativa circula entre a carga e a fon-

te ocupando espaço no sistema elétrico que poderia ser utilizado para fornecer mais energia

ativa.

Temos ainda potência aparente que é a soma vetorial da potência ativa e reativa. [9]

Figura 3.4 – Triângulo de potência

Fator de potência é a razão entre a potência ativa e a potência aparente.


19

A correção do fator de potência traz outros benefícios além da questão do faturamento

de energia. Há vários benefícios para a unidade consumidora, tais como liberação da capaci-

dade de transformadores e dos cabos, redução de perdas, melhoria da tensão, entre outros.

O fator de potência deve ser manter igual ou superior a 0,92 e inferior a 1 após a insta-

lação dos bancos de capacitores.

3.3.2 – TIPOS DE CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA

Existem quatro maneiras de corrigir o fator de potência.

Correção feita na entrada de energia de alta tensão. Corrige o fator de potência visto da

concessionária, porém o custo é elevado.

Correção na entrada de energia de baixa tensão. Utiliza-se para instalações elétricas com

elevado número de cargas e potências diferentes. Normalmente utilizam-se bancos de capaci-

tores automáticos.

Correção por grupos de carga. Corrige-se um setor ou um conjunto de máquinas peque-

nas (menor que 10CV). É instalada junto ao quadro de distribuição que alimenta a carga. A

desvantagem é não diminuir a corrente nos circuitos de alimentação de cada carga.

Correção localizada. Tecnicamente é a melhor solução. Reduz as perdas de toda a insta-

lação, diminui a carga nos circuitos de alimentação da carga e gera potência reativa somente

onde é necessário. [9]

O faturamento de potência e consumo de energia reativa excedente pode ser faturado a-

través do fator de potência horário ou mensal.

O faturamento da demanda e do consumo de energia reativa excedente horário é deter-

minado pelas equações 3.1 e 3.2. [4]

(3.1)


20

(3.2)

Onde:

Fdrp- Faturamento de demanda de potência reativa excedente por posto tarifário, em R$;

Ferp- Faturamento de consumo de energia reativa excedente por posto tarifário, em R$;

Dat – demanda de potência ativa medida em cada intervalo de 1h, em kW;

Dfp – demanda de potência ativa faturada em cada posto horário, em kW;

Tdap – tarifa de demanda de potência ativa, por posto tarifário em R$/kW;

Cat – consumo de energia ativa medido em cada intervalo de 1 hora, em kWh;

Teap – tarifa de energia ativa, por posto tarifário em R$/kWh;

Fpp – Fator de potência calculado de hora em hora;

max – função que indica o maior valor da expressão entre parênteses, calculada em cada

intervalo de 1 hora;

t - cada intervalo de 1 hora;

n - número de intervalos de 1 hora;

p – posto tarifário, isto é, ponta ou fora de ponta para as tarifas horo-sazonais.

O faturamento da demanda e do consumo de energia reativa excedente mensal é deter-

minado pelas equações (3.3) e (3.4). [4]

(3.3)

(3.4)

Onde:

Fdr - Faturamento de demanda de potência reativa excedente, em R$;

Fer - Faturamento de consumo de energia reativa excedente, em R$;


21

Dam – demanda de potência ativa máxima registrada no mês, em kW;

Df – demanda de potência ativa faturável no mês, em kW;

Tda – tarifa de demanda de potência ativa, em R$/kW;

Cam – consumo de energia ativa registrada no mês, em kWh;

Tea – tarifa de energia ativa, em R$/kWh;

Fp – Fator de potência médio mensal.

3.3.3 – MÉTODOS DE CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA

3.3.3.1 – MÉTODOS ANALÍTICO

O método baseia-se na resolução do triângulo das potências e pode ser realizada com a

equação (3.5)

PC = Pat.(tgΨ1 - tg Ψ2) (3.5)

Onde:

Pc – potência do capacitor

Pat – potência ativa, em kW;

Ψ1 – ângulo do fator de potência original;

Ψ2 – ângulo do fator de potência desejado;

3.3.3.2 – MÉTODO TABULAR

Utiliza-se a tabela da Figura 3.5 para obter o fator para correção do fator de potência e

aplicado na equação (3.6)


22

PC = Pat.∆tg (3.6)

Figura 3.5 – Fatores para correção do fator de potência

3.4 - CLIMATIZAÇÃO

O condicionamento de ar é um processo que visa controlar simultaneamente a pureza, a

umidade, a temperatura e a movimentação de ar, num delimitado ambiente. [4]

Atualmente, o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL) tem

incentivado a eficiência de unidades de climatização.


23

Aparelhos com selo PROCEL apresentam uma taxa média de 0,95kW/10.000BTU con-

tra uma taxa média de 1,35kW/10.000BTU de aparelhos mais antigos, permitindo uma efici-

ência de aproximadamente 30%. [5]

Varias medidas podem ser tomadas para que seja melhorada e eficiência da climatiza-

ção.

3.4.1 – MEDIDAS A CURTO PRAZO

• Utilizar somente aparelhos de ar condicionado com selo PROCEL;

• Evitar a entrada de ar exterior no ambiente climatizado;

• Limpar periodicamente os filtros do aparelho para melhorar seu rendimento;

• Evitar que as áreas climatizadas fiquem expostas ao sol, evitando o aumento de

carga térmica da área. Utilize cortinas, persianas ou película de proteção solar

nas janelas;

• Sempre desligar o aparelho que ambiente não seja utilizado ou que fique longos

períodos de tempo desocupado;

• Nos dias frios manter apenas os ventiladores dos aparelhos de ar condicionado

ligado;

• Designar uma pessoa para desligar os aparelhos de ar-condicionado em horários

predefinidos. [5]

3.4.2 – MEDIDAS A MÉDIO PRAZO

• Reparar janelas e portas quebradas ou fora de alinhamento;

• Reparar fugas de ar, água ou fluído refrigerante;

• Isolar termicamente as tubulações de ar das centrais de climatização para evitar a

perda de calor (frio). [5]


24

3.4.3 – MEDIDAS A LONGO PRAZO

• Em edificações antigas reavaliar o projeto de climatização adequando aos crité-

rios atuais;

• Utilizar barreiras verdes (árvores) para proteger janelas e portas de vidro da edi-

ficação contra a entrada de raios solares. [5]

3.5 – AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE INVESTIMENTOS EM EFICI ÊNCIA ENER-

GÉTICA

Utiliza-se avaliação econômica para decidir se o investimento é viável ou não. Serão re-

alizadas três avaliações: valor presente líquido, taxa interna de retorno e tempo de retorno de

capital.

3.5.1 – CONCEITOS BÁSICOS

Taxa de juros – Taxa percentual que mede o valor do juro por capital inicial num certo

período de tempo. Pode ser simples ou composto, em geral, se aplica o juros composto.

Taxa mínima de atratividade – Representa a rentabilidade mínima aceitável de um in-

vestimento. Serve como base de comparação com a taxa de rentabilidade do investimento

Montante simples ou valor futuro – é a soma do capital com o juros

Fluxo de caixa – maneira simplificada de se representar graficamente as entradas e saí-

das de um capital, através de determinados períodos. Tudo que for ganho, benefício, receita e

semelhantes, é representado por uma seta apontando para cima. Tudo que for gasto, despesa,

investimento e outros são representado por uma seta para baixo. [8]


25

Figura 3.6 – Exemplo de fluxo de caixa [11]

3.5.2 – CRITÉRIOS PARA TOMADA DE DECISÃO

3.5.2.1 – VALOR PRESENTE LÍQUIDO (VPL)

Neste critério, devem-se trazer para o presente todos os benefícios e custos. Caso o re-

sultado do VPL seja positivo, significa que é interessante realizar o investimento. Caso o re-

sultado seja negativo, significa que não é interessante realizar o investimento. Caso o resulta-

do seja nulo, significa que não haverá ganhos e nem perdas com o investimento. No caso de

haver diferentes alternativas, a mais atraente será a que oferecer o maior valor presente líqui-

do.

O valor presente líquido é dado pela equação (3.7)

(3.7)

Onde:

Fct – fluxo de caixa no t-ésimo período;

I – investimento inicial;

k – juros


26

3.5.2.2 – TAXA INTERNA DE RETORNO (TIR)

TIR é a taxa necessária para igualar o valor de um investimento com seus respectivos

retorno futuro ou saldos de caixa, ou seja, é fazer o VPL igual a zero. A TIR deve ser compa-

rada com a taxa mínima de atratividade. Se a TIR for maior que a taxa mínima de atrativida-

de, o investimento é atrativo.

A TIR é dada pela equação (3.8)

(3.8)

Onde:

Fct – fluxo de caixa no t-ésimo período;

I – investimento inicial

T – tempo

3.5.2.3 – TEMPO DE RETORNO DE CAPITAL (PAYBACK)

É o critério mais difundido no meio técnico devido à facilidade de sua aplicação. Tempo

de retorno do capital é o período de tempo necessário para ter o retorno do investimento inici-

al, sem considerar a taxa de juros. A análise é feita apenas dividindo-se o custo de implanta-

ção do empreendimento pela economia mensal.

PAYBACK = I/retorno mensal (3.9)


Na iluminação é possível reduzir o consumo trocando as lâmpadas fluorescentes co-

muns de 20W e 40W por lâmpadas fluorescentes de volume reduzido de 16W e 32W. Tam-

bém foi exposto que os reatores convencionais de lâmpadas fluorescentes podem apresentar


27

perdas consideráveis e devem ser substituídos por reatores eletrônicos. Atualmente os apare-

lhos de ar-condicionado com selo PROCEL consomem cerca de 30% menos energia. Foi a-

presentado a forma de corrigir o fator de potência para evitar pagar excedente reativo além de

mostrar três formas de avaliação econômica de investimentos.

CAPÍTULO 4 – Estudo de caso

28

CAPÍTULO 4

ESTUDO DE CASO


Superintendência Federal de Agricultura, Pecuária e Abastecimento (SFA) executam a-

tividades operacionais do sistema de defesa sanitário, inspeção e fiscalização agropecuárias e

de promoção do desenvolvimento agropecuário, do cooperativismo e do associativismo rural.

O horário de trabalho da SFA do estado do Ceará é das 08:00h às 12:00h e das 14:00h às

18:00h de segunda-feira a sexta-feira.

Os dados do levantamento de carga da SFA estão no apêndice A. Para cada local verifi-

cava-se a potência e a quantidade de lâmpadas, o tipo de reator para lâmpadas fluorescentes

tubulares, a potência do ar-condicionado e também o tempo de funcionamento por dia do e

quantos dias no mês o local é utilizado. Somente foram contabilizados os aparelhos de ar-

condicionado antigos ou que não apresentavam selo do PROCEL.

4.2 - MUDANÇA DE TARIFAÇÃO

Inicialmente foi analisada a conta de energia de abril de 2011. A tabela 4.1 apresenta as

informações retiradas da conta.

Tabela 4.1 Dados da conta de abril de 2011

Modalidade tarifária Convencional

Período de faturamento 21/03 até 19/04

Tensão de fornecimento 13,8 kV

Demanda contratada 150 kW

Demanda medida 121 kW

Consumo ativo faturado 23.332 kWh

Consumo R$ 5.245,26

Demanda R$ 9.001,50

Consumo de reativo excedente R$ 575,06

Total R$ 14.821,76


29

Pode-se observar que a tarifa é a convencional e que a demanda contratada é de 150

kW. Verifica-se que há faturamento de consumo reativo excedente e que o preço médio da

conta é de R$0,61/kWh. Lembrando que para o cálculo do preço médio devem-se retirar pro-

blemas como consumo de reativo excedente ou ultrapassagem de demanda. O objetivo do

preço médio é analisar se a modalidade tarifária é adequada para a unidade consumidora, por-

tanto deve ser incluído apenas o preço de consumo e demanda. O preço médio obtido é alto,

logo justifica uma análise de troca de tarifação. Uma análise para correção do fator de potên-

cia será realizada em (4.5).

Há um problema quando não se tem acesso a telemedição e deseja-se simular uma troca

de tarifação para horosazonal. Na conta com tarifação convencional não a distinção entre os

horários de ponta e fora de ponta. Como na convencional não há horosazonalidade, a conta

mostra apenas o consumo total, portanto deve-se estimar o consumo na ponta.

Fez-se uma simulação com base na conta da Tabela 4.1. A simulação tem como base a

equação (4.1).

8horas. 22dias.x+16h.22dias.y+24h.8dias.y = consumo total (4.1)

Onde:

x é o consumo médio em plena carga, ou seja, em horário de trabalho;

y é o consumo médio em carga leve.

Considerou-se um mês de 30 dias e 22 dias úteis. As duas primeiras parcelas da equação

dividem os 22 dias úteis do mês nos horários em plena carga e em carga leve. A terceira par-

cela é o consumo em carga leve nos finais de semanas ou feriados. A terceira parcela não foi

dividida em dois períodos de consumo, pois nos finais de semana e feriados não há fatura-

mento do período de ponta. Através de conhecimento próprio do local, considerou-se que o

consumo em carga leve é 10% do consumo em plena carga, com isso é possível resolver a e-

quação.

Depois de encontrar o consumo médio, o próximo passo é descobrir o consumo no horá-

rio de ponta. Nesse caso, como o horário de funcionamento é das 8:00h até 12:00h e das

14:00h até 18:00h, há 30 minutos de plena carga no horário de ponta (das 17:30h até 18:00h)

e 2 horas e 30 minutos de carga leve em horário de ponta. As equações (4.2) e (4.3) mostram

o consumo em plena carga na ponta e o consumo em carga leve na ponta, respectivamente.


30

Cp1 = 0,5horas.x.22dias (4.2)

Cp2 = 2,5horas.y.22dias (4.3)

Cptotal = Cp1 + Cp2 (4.4)

A equação (4.4) apresenta o consumo total na ponta. O próximo passo é calcular o con-

sumo fora ponta com a equação (4.5).

Cfptotal = Ctotal – Cptotal (4.5)

Nesse ponto já se tem todas as informações necessárias para simular a troca de tarifa-

ção. Agora só resta aplicar o preço de tarifa a cada consumo e demanda com as equações

(4.6), (4.7) e (4.8).

Fcfp = Cfptotal.Tcfp (4.6)

Fcp = Cptotal.Tcp (4.7)

Fd = Dc.Td (4.8)

Onde:

Fcfp – Faturamento de consumo de energia fora de ponta;

Tcfp – Tarifa consumo de energia fora de ponta;

Fcp – Faturamento de consumo de energia na ponta;

Tcp – Tarifa de consumo de energia na ponta;

Fd – Faturamento de demanda;

Dc – Demanda contratada;

Td – Tarifa de demanda.


31

Ftotal = Fcfp + Fcp + Fd (4.9)

A equação (4.9) apresenta o valor total da Fatura simulada.

A Tabela 4.2 apresenta os preços de demanda e consumo para tarifa verde e convencio-

nal. A Tabela 4.3 apresenta o resultado da simulação para tarifa verde.

Tabela 4.2 – Preços de demanda e consumo para tarifa verde e convencional

Verde Convencional

Demanda (R$/kW) 16,97 60,01

Consumo fora ponta (R$/kWh) 0,22151 0,22481

Consumo ponta (R$/kWh) 1,74478 0,22481

Tabela 4.3 – Simulação de mudança de tarifação para horosazonal verde

Preço (R$)

Consumo calculado horário fora ponta (kWh) 21661,1 4.798,15

Consumo calculado horário ponta (kWh) 1670,9 2.915,37

Demanda contratada (kW) 150 2.545,50

Total 10.259,02

Preço médio (R$/kWh) 0,44

Observa-se que na tarifa verde há um aumento no preço do consumo de energia de

R$2.468,25. Porém, na demanda há uma economia de R$6.456,00, resultando numa economia

mensal de R$3.987,75 com a troca de tarifação.

Para validar a simulação são necessários os dados da telemedição. O sistema de teleme-

dição apresenta dados dos meses de forma fechada, ou seja, no mês de abril é apresentado o

consumo total do dia primeiro de abril até 30 de abril. Enquanto na conta de energia o mês do

faturamento é quebrado, por exemplo, na Tabela 4.1 o faturamento é do dia 21 de março até

19 de abril.

Serão utilizados dados de março para validar a simulação. A escolha do mês de março

se deve ao fato do consumo ser próximo ao apresentado na Tabela 4.1, facilitando a compara-

ção.


32

Tabela 4.4 – Resultados obtidos através da telemedição

Preço (R$)

Consumo total (kWh) 23633

Consumo fora ponta (kWh) 21951 4862,37

Consumo ponta (kWh) 1682 2934,72

Demanda contratada (kW) 150 2545,50

Total 10342,59

Preço médio (R$/kWh) 0,44

Comparando a tabela 4.3 com a tabela 4.4 observa-se o mesmo preço médio de

R$0,44/kWh. A diferença de R$83,57 no preço total pode ser explicado pela diferença no

consumo total de 300 kWh. Logo, a simulação é valida.

A tabela 4.5 apresenta a simulação de economia para os quatro primeiros meses do ano.

Tabela 4.5 – Economia dos quatro primeiros meses com a tarifa verde

mês valor convencional valor tarifa verde Economia

Janeiro R$ 12381,11 R$ 7514,22 R$ 4866,89

Fevereiro R$ 13400,35 R$ 9219,16 R$ 4181,19

Março R$ 14270,89 R$ 10311,04 R$ 3959,85

Abril R$ 13591,22 R$ 8779,22 R$ 4812,00

Total 17819,93

Média 4454,98

Apesar da média de economia ser R$4454,98 será utilizado o valor de R$3975,00(caso

pior que o calculado) para a economia com a troca de tarifa. Aproveitando-se a simulação va-

lidada, realizou-se outra simulação para verificar a economia se o horário da tarde fosse das

13:00h às 17:00h para fugir do horário de ponta. Verificou-se uma economia de cerca de R$

1.500,00.

A figura (4.1) apresenta o histórico de 1 ano de consumo e demanda.


Observa-se que nunca foi atingido o valor da demanda contratada

possível reduzi-la. Lembrando

por ultrapassagem de demanda. Pode

Dessa forma a tolerância de demanda será de 148 kW (máxima registrada no histórico).

conselha-se deixar alguma folga para a tolerância.

144 kW que gera uma economia mensal de R$101,82 e com tolerância de 151 kW.

4.3 - ILUMINAÇÃO

A proposta de mudança das lâmpadas fluorescentes é apresentada na

res para as lâmpadas fluorescentes na

4.8.

Tabela 4.

Lâmpadas fluorescentes 20W

Lâmpadas fluorescentes 40W

Figura 4.1 – Histórico de consumo e demanda

se que nunca foi atingido o valor da demanda contratada

Lembrando-se que há uma tolerância de 5% onde não será pago a multa

por ultrapassagem de demanda. Pode-se adotar a demanda mínima contra

Dessa forma a tolerância de demanda será de 148 kW (máxima registrada no histórico).

alguma folga para a tolerância. Pode-se adotar uma demanda contratada de


A proposta de mudança das lâmpadas fluorescentes é apresentada na

res para as lâmpadas fluorescentes na Tabela 4.7 e das lâmpadas incandescentes na

Tabela 4.6 – Mudança de lâmpadas fluorescentes Atual Proposto

mpadas fluorescentes 20W Lâmpadas fluorescentes 16W

mpadas fluorescentes 40W Lâmpadas fluorescentes 32W

33

se que nunca foi atingido o valor da demanda contratada (150 kW), portanto é

5% onde não será pago a multa

se adotar a demanda mínima contratada de 141 kW.

Dessa forma a tolerância de demanda será de 148 kW (máxima registrada no histórico). A-

se adotar uma demanda contratada de


A proposta de mudança das lâmpadas fluorescentes é apresentada na Tabela 4.6, reato-

e das lâmpadas incandescentes na Tabela

mpadas fluorescentes 16W

fluorescentes 32W


34

Tabela 4.7 – Mudança de reator

Atual (reator eletromagnético) Proposto (reator eletrônico)

1x20W (10W de perdas) 1x16W (2W de perdas)

2x20W (19,5W de perdas) 2x16W (3W de perdas)



Tabela 4.8 – Mudança para lâmpada incandescente

Lâmpada incandescente Lâmpada compacta

60W 11W

100W 25W

150W 25W

Foram contabilizadas 122 lâmpadas fluorescentes tubulares de 20W e 448 lâmpadas tu-

bulares de 40W e todas com reatores eletromagnéticos. As perdas dos reatores atuais foram

retiradas da referência bibliográfica [5] e as perdas dos reatores eletrônicos foram retiradas do

site da OSRAM [10]. A Tabela 4.9 apresenta os custos das lâmpadas e dos reatores. A tabela

4.10 apresenta a economia mensal de consumo e demanda devido à eficientização.

Tabela 4.9 – Custo de lâmpadas e reatores

Custo unitário

Lâmpada fluorescente 16W R$ 5,38

Lâmpada fluorescente 32W R$ 5,38

Reator eletrônico 1x16W R$ 10,71





35

Tabela 4.10 – Resultado da eficientização da iluminação

Atual Proposto Diferença Economia (R$)

Consumo mensal (kWh) 3707,42 2360,26 1347,16 296,38

Demanda (kW) 27,1 17,47 9,58 162,41

Obtêm-se uma redução de cerca de 36% no consumo e uma economia mensal de

R$458,79. A tabela 4.11 apresenta os cálculos econômicos para tomar a decisão de fazer ou

não o investimento.

Tabela 4.11 – Cálculo econômico para iluminação

Investimento inicial R$ 8.446,60

Economia mensal R$ 458,79

Taxa de atratividade 1% ao mês

Vida útil 2 anos

Taxa interna de retorno 2,24%

Valor presente líquido R$ 1.286,77

Payback 19 meses

A taxa interna de retorno é maior que a taxa de atratividade, indicando que o investi-

mento é atrativo. Valor presente líquido é positivo, portanto deve ser realizado o investimen-

to. O Payback é menor que a vida útil dos equipamentos, logo é atrativo realizar o investimen-

to. Todos os indicadores econômicos apontam que o investimento deve ser realizado.

4.4 - CLIMATIZAÇÃO

No apêndice 1, foram contabilizados apenas os aparelhos de ar-condicionado que não

tinham selo PROCEL. A tabela 4.12 apresenta a quantidade de aparelhos de ar-condicionado.


36

Tabela 4.12 – Quantidade de aparelhos de ar-condicionado

Potência (btu) Quantidade

10000 14

10500 3

12000 3

15000 5

18000 4

21000 2

Considera-se a taxa média de 0,95kW/10.000BTU para os novos aparelhos de ar-

condicionado e taxa média de 1,35kW/10.000BTU de aparelhos contabilizados. Com estes

dados é possível calcular a redução no consumo e na demanda. Tabela 4.13 apresenta os re-

sultados de economia mensal devido à troca por aparelhos de ar-condicionado eficientes.

Tabela 4.13 – Resultado da eficientização da climatização

Antigo Novo Diferença Economia mensal (R$)

Consumo (kWh) 8711,01 6129,97 2.581,04 567,83

Demanda (kW) 53,53 37,67 15,86 268,83

Portanto, obtêm-se uma economia mensal de R$ 836,66. A Tabela 4.14 mostra os cálcu-

los econômicos para tomar a decisão de fazer ou não o investimento.

Tabela 4.14 – Análise econômica para climatização




Vida útil 5 anos

Taxa interna de retorno 1,36%


Payback 40,84 meses




37



4.5 – CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA

A figura 4.2 apresenta a correção do fator de potência no mês de abril para 0,95 que foi

obtida através da telemedição da Coelce. A telemedição é acessada através do site da Coelce.

[12]

Figura 4.2 – Correção do fator de potencia para 0,95 no mês de abril de 2011

Pela telemedição do dia 06/04/2011, encontrou-se os seguintes dados para o horário de

maior potência reativa:

Tabela 4.15 – Dados do momento de maior potência reativa

Valor

Fator de potência 0,86

Potência ativa correspondente 81 kW

Com esses valores, pode-se calcular o valor nominal do banco:

Qc = 81.[tan(cos-1 0,86) – tan(cos-1 0,95)] = 27,54 kVAr (5.10)


38

O valor encontrado corresponde à potência para um banco de 380V. Como um banco de

capacitores é sensível a aumento de tensão é recomendado utilizar uma tensão nominal refor-

çada, ou seja, acima da tensão nominal da rede (380V).

É necessário sobredimensionar a potência nominal do banco de acordo com a equação

(5.11)

Qc440v = 27,54.��= 36,92 kVAr (5.11)

Logo, adota-se um valor de:

Qc440v = 40 kVAr (5.12)

Estimativa do preço de um banco de capacitor será de R$ 130,00 para cada 1kVAr. De-

ve-se utilizar um timer para manter o banco de capacitor ligado apenas no período que é fatu-

rado o excedente reativo indutivo que é das 06:00h às 00:00h. A tabela 4.15 apresenta os cál-

culos econômicos para tomada de decisão.

Tabela 4.16 - Análise economia para correção do fator de potência




Vida útil 5 anos

Taxa interna de retorno 11%


Payback 9 meses





.


39


Pode-se ainda fazer uma avaliação econômica final com todos os investimentos propos-

tas. Com a troca das lâmpadas, troca dos reatores eletromagnéticos, troca dos aparelhos de ar-

condicionado e a correção de banco de capacitores, obtêm-se uma economia mensal de apro-

ximadamente R$1.870,45. A tabela 4.17 apresenta os cálculos econômicos.

Tabela 4.17 – Análise econômica incluindo todos os investimentos

Investimento inicial R$48.015,60

Economia mensal R$1.870,45


Número de períodos 60 meses

Taxa interna de retorno 3%


Payback 28 meses

Verifica-se que a TIR é maior que a taxa de atratividade, o VPL é positivo e o payback

é de 28 meses. Todos os indicadores econômicos mostram que o investimento é atrativo. De-

ve-se lembrar que há uma redução de 25kW devido ao aumento de eficiência dos aparelhos.

Assim, a demanda contratada deve ser reduzida para 119kW (25kW a menos que a sugerida

no item 4.2).

Apenas com a troca de tarifação, redução de demanda sugerida no item 4.2 e mudança

do horário de trabalho para fugir do horário de ponta obtém-se uma economia mensal de

R$5,576,82. Nenhuma destas mudanças requer investimento inicial. A troca de tarifação e

redução de demanda é necessário apenas informar à concessionária sobre a pretensão de mu-

dança. E a mudança de horário de trabalho é uma decisão administrativa.

CAPÍTULO 5 - Conclusão

40

CAPÍTULO 5

CONCLUSÃO

Este trabalho foi realizado com o objetivo de aplicar técnicas de eficientização energéti-

ca, para reduzir perdas de unidades consumidores comerciais ou administrativas.

A análise da fatura de energia mostrou a importância da escolha da tarifa correta. Numa

fatura de aproximadamente R$14.000 é possível reduzir R$4.000,00 apenas trocando por uma

tarifa mais adequada. O mais importante é que essa economia não necessita de nenhum inves-

timento inicial.

No sistema de iluminação houve uma redução de 36% de energia, considerando apenas

o consumo das lâmpadas fluorescentes e incandescentes que serão trocadas.

Considerando os investimentos iniciais individuais, a correção de fator de potência foi o

investimento com melhores indicadores econômicos e menor payback apresentados.

Separando as soluções com investimento inicial das soluções sem investimento inicial,

verifica-se que há economia maior nas soluções sem investimento inicial. É possível econo-

mizar R$ 5.576,82 com mudança de tarifação, redução de demanda contratada e mudança do

horário de trabalho para fugir do horário de ponta. Apesar das soluções com investimento ini-

cial causarem uma economia de apenas R$ 1870,45 por mês, os indicadores econômicos mos-

tram que o investimento é atrativo e deve ser realizado.

Apesar dos bons resultados, nenhuma solução foi implantada, nem mesmo as que não

necessitam de investimento.

Para trabalhos futuros, pode-se sugerir a reavaliação do projeto de climatização para ve-

rificar se está adequadamente dimensionado.

Referência Bibliograficas

41

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Bardelin, C. E. A, Impactos do Racionamento de Energia Elétrica de 2001 e 2002 no

Brasil, Escola Politécnica da USP, São Paulo.

[2] ELETROBRÁS – Centrais Elétricas Brasileiras S.A e SIESE – Sistema de Informações

Empresariais do Setor de Energia Elétrica

[3] Panesi, A. R. Q., Fundamentos de eficiência: energética industrial, comercial e

residencial, São Paulo, Ensino Profissional, 2006

[4] ELETROBRÁS/PROCEL, Conservação de Energia: eficiência energética de

instalações e equipamentos, Itajubá-MG: EFEI, 2001.

[5] Mamede, J. F, Instalações Elétricas Industriais, sétima edição, Rio de Janeiro: LTC,

2007.

[6] Resolução ANEEL, nº 414 de 9 de setembro de 2010.

[7] Costa, G. C. C, Iluminação Econômica: Cálculo e Avaliação. Porto Alegre:

EDIPUCRS, 1998.

[8] Gomes, H. P, Eficiência Hidráulica e Energética em Saneamento: Análse Econômica

de Projetos, Rio de Janeiro: ABES, 2005.

[9] Disponível na URL: http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-correcao-do-fator-

de-potencia-958-manual-portugues-br.pdf, acessado em 14/05/2011

[10] Disponível na URL:

http://www.osram.com.br/osram_br/Ferramentas_%26_Catlogos/Downloads/Sistemas_

Eletronicos/index.html acessado em 10/05/2011.

[11] Disponível na URL: http://silveiraneto.net/estudos/lista-8-de-matematica-financeira/

acessado em 11/05/2011

[12] Disponível na URL: http://www.coelce.com.br/default.aspx acessado em 21/04/2011

Referência Bibliograficas

42

[13] Niskier, J, Instalações elétricas. quinta edição, Rio de Janeiro: LTC, 2008.

[14] Disponível na URL:

http://www.forumclima.pr.gov.br/arquivos/File/pnmc_consulta_publica.pdf acessado

em 11/05/2011

[15] Disponível na URL: http://www.sylvania.com.br/index4.htm acessado em 08/05/2011

APÊNDICE A

(LEVANTAMENTO DE CARGA DA SFA)

EXISTENTE EQUIPAM. POT. (1000 BTU/h) Observações

FLUORESCENTE INC CPT Vap. Met Halógena REATOR ELETROMAG.

Sala 1x20 2x20 3x20 2x32 1x40 2x40 3x40 4x40 60 100 150 9 12 18 20 22 150 400 300 350 1x20 2x20 1x40 2x40 7,5 10 10,5 12 15 18 21 30

Recursos Humanos 1 13 1 13 8 22

Corredor RH 12 12 3 22

Execução orçamentaria 1 10 1 10 1 3 8 22

WC masculino 1 1 1 22

WC feminino 1 1 1 22

Comunicação e protocolo 4 4 8 22

Biblioteca 1 1 1 8 22

Area em baixo da escada 1 1 11


WC feminino 1 1 2 1

SAD 6 6 2 1 8 22

WC masculino 1º andar 1 1 1 22

WC feminino 1ºandar 2 2 1 22

cantina 1 1 3 22

corredor 1º andar 14 2 14 2 8 22



Comissão de sindicância 2 2 1 1 22

Licitação 3 3 1 8 22

Setor de planejamento 6 6 1 8 22

Auditório superior 8 8 2 1 1 22

Gabinete superintedência 2 14 2 14 2 1 1 8 22

Corredor térreo 1 1 22

WC masculino 1 1 22


SAG 3 3 1 1 8 22

Transporte 1 1 1 1 1 1 14 22

Sala de vigilância 2 2 2 2 1 22

Galpão 2 4 22

Sisme



Copa 2 2 4 22

Recepção 1 2 1 2 8 22

Depósito 2 2 1 8 22

Secretaria - chefia 4 4 8 22

Area tecnica 9 9 2 8 22

limpeza 1 1 1 8 22

WC limpeza 1 1 22

Centro de processamento 6 6 8 22

Bloco 2- recepção 2 1 2 8 22

Banheiros 5 5 1 22

Copa 1 1 3 22

corredor 4 4 8 22

SEFAG 14 14 8 22

SISA 12 12 8 22

DPDAG 12 12 8 22

Deposito 1 1 1 1 1 22

WC auditorio 3 5 3 5 1 22

Copa auditorio 4 4 1 22

Area atras da copa 6 6 1 22

LOCAL

Horas/

Dia

Dias/

Mês

Janela

EXISTENTE EQUIPAM. POT. (1000 BTU/h) Observações

FLUORESCENTE INC CPT Vap. Met Halógena REATOR ELETROMAG.

Sala 1x20 2x20 3x20 2x32 1x40 2x40 3x40 4x40 60 100 150 9 12 18 20 22 150 400 300 350 1x20 2x20 1x40 2x40 7,5 10 10,5 12 15 18 21 30

LOCAL

Horas/

Dia

Dias/

Mês

Janela

Sala servidor 2 4 2 4 3 22

Área externa 1 2 4 10 11 66 1 2 4 12 22

Auditório 31 16 31 1 22

Cozinha de apoio 6 6 1 22

Almoxarifado térreo 4 2 6 2 3 1 8 22

Banco 14 14 1 2 8 22

Total 6 58 128 1 10 216 2 0 3 10 1 1 1 0 27 0 68 0 0 0 6 58 12 218 0 14 3 3 5 4 2 0

EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DA SUPERINTENDÊNCIA … VIANA FEITOSA.pdf · Tabela 3.2 – Equivalência...

Documents

Transcript of EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DA SUPERINTENDÊNCIA … VIANA FEITOSA.pdf · Tabela 3.2 – Equivalência...